Chemie · Klasse 8–9 · aktualisiert
Energiediagramm: exotherm oder endotherm?
Energiediagramme lesen: Start, Ende und Gipfel zeigen Energieabgabe, Energieaufnahme und Aktivierungsenergie.
0 von 11 Aufgaben gelöst
Kurz gesagt
Im Energiediagramm zeigt die Höhe die Energie der Stoffe, die waagerechte Achse den Reaktionsverlauf. Liegen die Produkte tiefer als die Edukte, ist die Reaktion exotherm; liegen sie höher, ist sie endotherm. Der Abstand vom Start zum Gipfel ist die Aktivierungsenergie.
Ein Energiediagramm zeigt, wie sich die Energie der beteiligten Stoffe im Verlauf einer chemischen Reaktion verändert. Liegen die Produkte tiefer als die Edukte, ist die Reaktion exotherm; liegen sie höher, ist sie endotherm. Der Anstieg bis zum Kurvenmaximum zeigt die Aktivierungsenergie.
Deine Lernziele
Hake ab, was du schon kannst. Löst du alle Aufgaben eines Abschnitts, hakt Mela das Ziel für dich ab.
4 Abschnitte
Ein Energiediagramm beginnt links bei den Edukten, den Ausgangsstoffen. Rechts stehen die Produkte, die neuen Stoffe. Die Kurve steigt zu einem Gipfel und fällt dann wieder.
Die waagerechte Achse zeigt den Reaktionsverlauf; sie ist normalerweise keine genaue Zeitachse. Die senkrechte Achse zeigt die Energie. Höher bedeutet energiereicher, tiefer bedeutet energieärmer. Am Gipfel liegt ein kurzer Übergangszustand: Die Teilchen ordnen ihre Bindungen gerade neu.
Definition
Energieniveau
Das Energieniveau ist die Höhe, auf der Edukte oder Produkte im Diagramm liegen. Meist werden nur Höhenunterschiede verglichen, nicht absolute Energiegehalte.
Beispiel
- 1In einem Diagramm liegen die Edukte bei 80 Energieeinheiten, das Maximum bei 140 und die Produkte bei 30.
- 2Du liest zunächst nur ab: Startniveau 80, höchste Stelle 140, Endniveau 30.
- 3Weil das Endniveau tiefer liegt als das Startniveau, wird insgesamt Energie an die Umgebung abgegeben.
Teste dich
Bei einer exothermen Reaktion gibt das System Energie an die Umgebung ab. Das Produktniveau liegt tiefer als das Eduktniveau.
E_{\mathrm{Edukte}}>E_{\mathrm{Produkte}}
Bei einer endothermen Reaktion nimmt das System Energie auf. Das Produktniveau liegt höher.
E_{\mathrm{Produkte}}>E_{\mathrm{Edukte}}
Merke: Vergleiche zuerst nur Start und Ende: Produkte tiefer bedeutet exotherm, Produkte höher bedeutet endotherm. Die Höhe des Energiebergs entscheidet darüber nicht.
Beispiel
- 1Im ersten Beispiel sinkt das Energieniveau von 80 auf 30 Energieeinheiten. Die Differenz beträgt 80 - 30 = 50 Energieeinheiten. Diese Energie wird insgesamt abgegeben: Die Reaktion ist exotherm.
- 2Ein zweites Diagramm beginnt bei 40 und endet bei 90 Energieeinheiten. Die Differenz beträgt 90 - 40 = 50 Energieeinheiten. Diese Energie muss das System insgesamt aufnehmen: Die Reaktion ist endotherm.
Teste dich
Auch eine exotherme Reaktion startet häufig nicht von selbst. Zunächst muss sie eine Energiebarriere überwinden. Die dafür nötige Mindestenergie heißt Aktivierungsenergie. Die Reaktionsenergie beschreibt dagegen den Unterschied zwischen Edukt- und Produktniveau. Sie sagt, wie viel Energie insgesamt abgegeben oder aufgenommen wird. Aktivierungsenergie und Reaktionsenergie sind also zwei verschiedene Höhenunterschiede.
Definition
Aktivierungsenergie
Die Aktivierungsenergie E_A ist der Abstand vom Eduktniveau bis zum Kurvenmaximum. E_A=E_{\mathrm{Maximum}}-E_{\mathrm{Edukte}}
Beispiel
- 1Im Diagramm mit 80 Energieeinheiten bei den Edukten, 140 am Maximum und 30 bei den Produkten gilt:
- 2E_A = 140 - 80 = 60 Energieeinheiten.
- 3Die Reaktionsenergie hat einen Betrag von 50 Energieeinheiten. Die zwei Werte sind verschieden, weil sie zwischen verschiedenen Punkten gemessen werden.
Teste dich
Ein Katalysator eröffnet einen anderen Reaktionsweg mit geringerer Aktivierungsenergie. Die katalysierte Kurve erreicht einen niedrigeren Gipfel. Dadurch kann die Reaktion schneller ablaufen.
Anfangs- und Endniveau bleiben gleich; damit ändern sich weder Reaktionsenergie noch die Einordnung als exotherm oder endotherm. Der Katalysator wird bei der Gesamtreaktion nicht dauerhaft verbraucht. Auch eine endotherme Reaktion kann katalysiert werden.
Zum Zeichnen beschriftest du die waagerechte Achse als Reaktionsverlauf und die senkrechte als Energie. Du trägst Start und Ende ein, zeichnest den Gipfel und markierst die Abstände vom Start zum Gipfel sowie vom Start zum Ende. Für eine katalysierte Kurve bleibt Start und Ende gleich, der Gipfel liegt tiefer.
Eine Temperaturänderung der Umgebung gibt einen Hinweis auf Energieübertragung. Erwärmt sich die Umgebung, passt das zu Energieabgabe; kühlt sie ab, passt das zu Energieaufnahme. Andere Ursachen musst du prüfen. Temperatur ist jedoch nicht die senkrechte Diagrammachse; dort steht Energie.
Beispiel
- 1Ohne Katalysator liegt ein Maximum bei 140 Energieeinheiten, mit Katalysator bei 110.
- 2Beginnen beide Wege bei 80, sinkt die Aktivierungsenergie von 60 auf 30 Energieeinheiten.
- 3Enden beide bei 30, bleibt die abgegebene Reaktionsenergie 50 Energieeinheiten.
Beispiel: Gehe beim Zeichnen und Beschriften in dieser Reihenfolge vor
- 1Zeichne eine waagerechte Achse für den Reaktionsverlauf und eine senkrechte Achse für die Energie.
- 2Trage links das Energieniveau der Edukte ein.
- 3Entscheide anhand der Energieabgabe oder -aufnahme, ob das Produktniveau tiefer oder höher liegen muss.
- 4Zeichne einen Kurvenanstieg bis zum Maximum und danach den Verlauf zum Produktniveau.
- 5Markiere die Aktivierungsenergie vom Eduktniveau bis zum Maximum.
- 6Markiere die Reaktionsenergie zwischen Edukt- und Produktniveau.
- 7Zeichnest du einen katalysierten Weg, setze nur dessen Maximum tiefer; Start und Ende bleiben gleich.
Teste dich
Alles auf einen Blick
Energiediagramm
Achsen
waagerecht: Reaktionsverlauf; senkrecht: Energie
Energiebilanz
exotherm: Produkte tiefer; endotherm: Produkte höher
Energiebarriere
Maximum: Übergangszustand; Abstand vom Start: Aktivierungsenergie
Katalysator
niedrigeres Maximum; gleiche Anfangs- und Endniveaus
Musteraufgabe · Schritt für Schritt
Drei Höhen im Energiediagramm
- 1Ein Diagramm startet bei 80 Energieeinheiten, erreicht 140 und endet bei 30.
- 2Die Aktivierungsenergie ist 140 − 80 = 60 Energieeinheiten.
- 3Die Reaktionsenergie beträgt 80 − 30 = 50 Energieeinheiten. Die Produkte liegen tiefer; diese Energie wird abgegeben, der Vorgang ist exotherm.
- 4Bei einem Katalysatorgipfel von 110 beträgt die neue Aktivierungsenergie 110 − 80 = 30; die abgegebene Reaktionsenergie bleibt 50.
Fehler finden
Start, Gipfel und Ende In einer Zeile steckt ein Fehler. Tippe sie an.
Fehler in Zeile 3Die Reaktionsenergie vergleicht Ende und Start: 45 − 20 = 25 Energieeinheiten werden aufgenommen. Der Abstand vom Gipfel zum Ende ist dafür ungeeignet.
Lückentext
Wähl in jeder Lücke das passende Wort und prüf dann deine Antworten.
Die waagerechte Achse zeigt . Produkte unter dem Eduktniveau bedeuten . Ein Katalysator senkt die .
Karteikasten
Erst selbst überlegen, dann umdrehen.
Übung mit Feedback