Chemie · Klasse 8–9 · aktualisiert
Endotherme Reaktion: Energieaufnahme verstehen
Du erkennst endotherme Reaktionen am Energiefluss zum System und am höheren Energieniveau der Produkte.
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Kurz gesagt
Eine endotherme Reaktion nimmt Energie aus ihrer Umgebung auf. Die Produkte liegen im Energiediagramm über den Ausgangsstoffen; das System hat insgesamt Energie aufgenommen. Eine Abkühlung kann darauf hinweisen, beweist die Reaktion allein aber nicht.
Bei einer endothermen Reaktion nimmt das Reaktionssystem Energie aus seiner Umgebung auf. Wird Wärme übertragen, kann sich die Umgebung abkühlen. Die Produkte liegen im Energiediagramm höher als die Edukte, also die Ausgangsstoffe. Du lernst, Energiefluss, Temperaturmessung und Diagramm zu deuten. Außerdem unterscheidest du die Startbarriere von der gesamten Energiebilanz und eine chemische Reaktion von einem physikalischen Vorgang.
Deine Lernziele
Hake ab, was du schon kannst. Löst du alle Aufgaben eines Abschnitts, hakt Mela das Ziel für dich ab.
4 Abschnitte
Stell dir ein Reaktionsgefäß vor, dessen Inhalt während eines Vorgangs kälter wird. Die benötigte Energie verschwindet nicht: Sie wird aus der Umgebung in das Reaktionssystem übertragen.
Für eine eindeutige Beschreibung legst du zuerst die Systemgrenze fest. Das Reaktionssystem umfasst die Stoffe, deren Reaktion du untersuchst. Die Umgebung umfasst etwa Gefäß, Thermometer und Luft. Bei einer endothermen Reaktion fließt Energie von der Umgebung zum System. System und Umgebung zusammen verlieren dabei keine Energie. Sie wird übertragen und kann in den Produkten gespeichert werden.
Eine sinkende Temperatur kann auf Energieaufnahme hinweisen. Entzieht das Reaktionssystem seiner Umgebung Wärme, können Reaktionsgemisch, Gefäß oder nahe Umgebung kälter werden. Auch Verdunstung, Wärmeverluste an die Luft oder ein bereits kaltes Gefäß beeinflussen die Messung. Lege deshalb zuerst fest, welche Stoffe zum Reaktionssystem gehören. Vergleiche dann Anfangs- und Endtemperatur unter möglichst gleichen Bedingungen und denke an mögliche Wärmeverluste.
Im Energiediagramm steht die Energie senkrecht und der Reaktionsweg waagerecht. Bei einer endothermen Reaktion liegen die Produkte höher als die Edukte: Das System hat insgesamt Energie aufgenommen. Bei einer exothermen Reaktion liegen die Produkte tiefer; dabei wurde Energie abgegeben.
Definition
Endotherme Reaktion
Eine endotherme Reaktion ist eine chemische Reaktion, bei der das Reaktionssystem Energie aus der Umgebung aufnimmt. Im Energiediagramm liegen die Produkte energetisch höher als die Ausgangsstoffe.
Beispiel: Beispiel: Brausetablette
- 1Eine Brausetablette wird in Wasser gegeben. Es bilden sich Blasen, und das Wasser wird etwas kälter.
- 2Die Zitronensäure der Tablette reagiert mit Natron (Natriumhydrogencarbonat) zu Kohlenstoffdioxid und weiteren Stoffen. Diese chemische Reaktion ist endotherm: Sie nimmt Energie aus dem Wasser auf.
- 3Im Glas liefert zunächst auch das abkühlende Wasser Energie für die Teilvorgänge. Über die Gefäßwand kann weitere Wärme aus der Umgebung nachfließen.
Beispiel: Diagramm deuten
- 1In einem Energiediagramm liegt das Produktniveau über dem Eduktniveau.
- 2Vergleiche beide Niveaus: Produkte höher als Edukte.
- 3Bilde gedanklich „Produkte minus Edukte“: Das Ergebnis ist positiv.
- 4Deute das Vorzeichen: Das System hat insgesamt Energie aufgenommen.
- 5Ordne ein: Die Reaktion ist endotherm.
Teste dich
Viele Reaktionen beginnen erst nach einem Energieimpuls. Diese Startenergie heißt Aktivierungsenergie. Im Energiediagramm reicht sie vom Eduktniveau bis zum Gipfel.
Die gesamte Reaktionsenergie vergleichst du dagegen zwischen Edukten und Produkten. Aus „endotherm“ folgt nicht, dass eine Flamme die Reaktion ständig erhitzen muss. Sie kann Energie aus der Umgebung aufnehmen. Kühlt die Umgebung stark ab, kann die Reaktion langsamer werden oder enden.
Definition
Aktivierungsenergie
Die Aktivierungsenergie ist die Energie, die zum Überwinden der Startbarriere einer Reaktion nötig ist. Sie entscheidet nicht darüber, ob die Gesamtreaktion endotherm oder exotherm ist.
Beispiel
- 1Ein Streichholz zündet erst, wenn du es an der Reibfläche anreibst. Die Reibung liefert die Aktivierungsenergie.
- 2Danach brennt das Streichholz und gibt mehr Energie an die Umgebung ab, als die Reibung geliefert hat: Die Verbrennung läuft exotherm.
- 3Das zeigt: Eine benötigte Startenergie ist kein Beweis für eine endotherme Reaktion. Erst der Vergleich von Edukt- und Produktniveau liefert die energetische Einordnung.
Teste dich
Nicht jeder endotherme Vorgang ist eine chemische Reaktion. Bei einer chemischen Reaktion entstehen neue Stoffe. Bei einer Zustandsänderung bleibt der Stoff derselbe. Prüfe deshalb zuerst die Stoffänderung und dann den Energiefluss.
Auch andere Energieformen können beteiligt sein: Die Photosynthese ist eine endotherme Reaktion, die Lichtenergie aufnimmt und in ihren Produkten speichert.
Beispiel
- 1Schmelzen: Eis nimmt Wärme auf und wird zu flüssigem Wasser. Das ist ein endothermer physikalischer Vorgang; es entsteht kein neuer Stoff.
- 2Verdunsten: Wasser nimmt ebenfalls Energie auf, ohne dass ein neuer Stoff entsteht.
- 3Brausetablette: Zitronensäure und Natron (Natriumhydrogencarbonat) reagieren im Wasser zu Kohlenstoffdioxid und weiteren Stoffen. Diese Reaktion nimmt selbst Energie auf; auch das Lösen der Stoffe kühlt mit. Die Abkühlung allein zeigt dir also noch nicht, welcher Teil wie viel Energie braucht.
Merke: Prüfe zuerst die Stoffänderung: Entstehen neue Stoffe? Prüfe dann den Energiefluss: Fließt Energie zum System und liegen die Produkte höher, ist die chemische Reaktion endotherm.
Beispiel: Aufgabe
- 1Eine chemische Reaktion lässt die Temperatur ihrer Umgebung sinken. Im Energiediagramm liegen die Produkte über den Edukten. Ordne den Vorgang ein und begründe.
- 2Lösung:
- 3Es liegt laut Aufgabe eine chemische Reaktion vor.
- 4Die sinkende Umgebungstemperatur passt dazu, dass das System Wärme aufnimmt.
- 5Das höhere Produktniveau zeigt, dass das System insgesamt Energie aufgenommen hat.
- 6Beide Hinweise führen zur Einordnung: Die Reaktion ist endotherm.
Teste dich
Die Enthalpieänderung vergleicht im Energiediagramm das Produktniveau mit dem Eduktniveau. Ihre Kurzform ist \Delta H. Liegen die Produkte höher, ist diese Änderung positiv: \Delta H>0. Das ist das Vorzeichen für die endotherme Reaktion. Für das Vorzeichen brauchst du hier keine Rechnung.
Merke: Produkte höher als Edukte: \Delta H>0, endotherm. Produkte tiefer als Edukte: \Delta H<0, exotherm.
Teste dich
Alles auf einen Blick
Endotherme Reaktion
Energiefluss
von der Umgebung zum Reaktionssystem
Beobachtung
Die Umgebung kann sich abkühlen; andere Ursachen prüfen
Energiediagramm
Produkte über den Edukten bedeuten Energieaufnahme
Startbarriere
Aktivierungsenergie ist nicht die gesamte Energiebilanz
Abgrenzung
Schmelzen und Verdunsten bilden keinen neuen Stoff
Musteraufgabe · Schritt für Schritt
Messung und Diagramm verbinden
- 1Bei einer chemischen Reaktion sinkt die Temperatur im Gefäß von 21 °C auf 17 °C. Im Energiediagramm liegt das Produktniveau drei Kästchen über dem Eduktniveau.
- 2Die Temperatur ist um 4 °C gesunken, denn 21 − 17 = 4.
- 3Die Abkühlung passt zu einer Wärmeaufnahme des Reaktionssystems; allein beweist sie sie aber noch nicht.
- 4Das Diagramm entscheidet: Die Produkte liegen höher als die Edukte, das System hat insgesamt Energie aufgenommen. Die Reaktion ist endotherm.
Fehler finden
Schmelzendes Wachs richtig deuten In einer Zeile steckt ein Fehler. Tippe sie an.
Fehler in Zeile 3Die dritte Zeile ist falsch: Schmelzen ist hier ein endothermer physikalischer Vorgang. Es entsteht kein neuer Stoff.
Lückentext
Wähl in jeder Lücke das passende Wort und prüf dann deine Antworten.
Bei einer endothermen Reaktion fließt Energie von der zum . Die Produkte liegen energetisch als die Edukte.
Karteikasten
Erst selbst überlegen, dann umdrehen.
Übung mit Feedback