Chemie · Klasse 8–9 · aktualisiert
Exotherme Reaktion: Energiefluss einfach erklärt
Du deutest exotherme Reaktionen über Energieabgabe, Energiediagramm und Startbarriere.
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Kurz gesagt
Bei einer exothermen Reaktion gibt das Reaktionssystem Energie an die Umgebung ab. Im Energiediagramm liegen die Produkte unter den Edukten. Ein Eisen-Wärmepflaster wird dabei warm. Auch eine solche Reaktion kann zuerst Aktivierungsenergie brauchen.
Bei einer exothermen Reaktion gibt das Reaktionssystem Energie an die Umgebung ab, häufig als Wärme oder Licht. Die Produkte sind danach energieärmer als die Edukte, also die Ausgangsstoffe. Auf dieser Seite lernst du, exotherme Reaktionen zu erkennen, Energiediagramme zu deuten und Aktivierungsenergie von Reaktionsenergie zu unterscheiden.
Deine Lernziele
Hake ab, was du schon kannst. Löst du alle Aufgaben eines Abschnitts, hakt Mela das Ziel für dich ab.
4 Abschnitte
Beim Abbrennen einer Kerze oder eines Magnesiumstreifens werden Wärme und Licht frei. Das kann auf eine exotherme Reaktion hinweisen. Das Reaktionsgemisch oder seine Umgebung kann sich erwärmen; manchmal sieht man Licht oder Flammen. Bei sehr schneller Energieabgabe kann es sogar zu einer Explosion kommen. Rostbildung verläuft dagegen langsam und ohne sichtbare Flamme.
Lege für die Deutung die Systemgrenze fest: Die reagierenden Stoffe bilden das System. Gefäß und Luft gehören zur Umgebung. Das System gibt Energie ab; die Umgebung nimmt sie auf. Für beide zusammen geht keine Energie verloren.
Im Energiediagramm liegen die Produkte tiefer als die Edukte. Der Unterschied zeigt die insgesamt abgegebene Energie.
Definition
Exotherme Reaktion
Eine exotherme Reaktion ist eine chemische Reaktion, bei der das Reaktionssystem Energie an die Umgebung abgibt. Dabei entstehen neue Stoffe, deren Energieniveau niedriger ist als das der Edukte.
Merke: Eine Flamme ist kein Pflichtmerkmal. Entscheidend ist die Energieabgabe vom Reaktionssystem an die Umgebung.
Beispiel
- 1In einem Wärmepflaster reagiert Eisen in Gegenwart von Wasser mit Sauerstoff. Das Reaktionssystem gibt einen Teil seiner chemischen Energie als Wärme an die Umgebung ab. Das Pflaster und die angrenzende Haut werden wärmer.
- 2Die Beobachtung „Das Pflaster wird warm“ beschreibt die Temperatur. Die Erklärung „Energie fließt vom Reaktionssystem zur Umgebung“ beschreibt den Energiefluss.
Teste dich
Ein Energiediagramm zeigt den energetischen Verlauf einer Reaktion: Auf der waagerechten Achse steht der Reaktionsverlauf. Auf der senkrechten Achse steht die Energie. Links liegt das Energieniveau der Edukte. Rechts liegt das Energieniveau der Produkte. Dazwischen liegt meist ein Hochpunkt. Bei einer exothermen Reaktion liegt das Produktniveau unter dem Eduktniveau. Der Höhenunterschied steht für die insgesamt abgegebene Reaktionsenergie.
Beispiel
- 1Du siehst ein Energiediagramm, in dem die Kurve beim Eduktniveau beginnt, zunächst zu einem Hochpunkt steigt und anschließend auf ein tieferes Produktniveau fällt.
- 2Das tiefere Produktniveau zeigt: Die Produkte sind energieärmer.
- 3Die Differenz zwischen Edukt- und Produktniveau wird an die Umgebung abgegeben.
- 4Der Verlauf ist deshalb exotherm.
Merke: Produkte tiefer als Edukte: exotherm. Produkte höher als Edukte: endotherm.
Teste dich
Holz kann beim Verbrennen viel Energie abgeben. Trotzdem beginnt es bei Raumtemperatur nicht einfach zu brennen. Zunächst muss eine Energiebarriere überwunden werden. Ein Streichholz oder Feuerzeug kann die Aktivierungsenergie für eine Verbrennung liefern. Nach erfolgreicher Aktivierung kann die Reaktion weiterlaufen und dabei insgesamt Energie an die Umgebung abgeben. Wie hoch die Aktivierungsenergie ist, bestimmt nicht die Menge der abgegebenen Reaktionsenergie.
Ein Katalysator ermöglicht einen Reaktionsweg mit niedrigerer Aktivierungsenergie. Dadurch können bei gleichen Bedingungen mehr Teilchen wirksam reagieren und die Reaktion läuft schneller. Bei manchen Wärmepflastern kann Aktivkohle katalytisch wirken; ihre Rolle hängt vom Aufbau des Pflasters ab. Sie kann auch Wärme verteilen oder den Reaktionsverlauf regeln.
Der Katalysator verändert weder das Energiegefälle zwischen Edukten und Produkten noch die gesamte Reaktionsenergie. Im Energiediagramm wird nur der Energieberg niedriger; Anfangs- und Endniveau bleiben gleich.
Definition
Aktivierungsenergie
Die Aktivierungsenergie ist die Mindestenergie, die zum Starten einer Reaktion benötigt wird. Im Energiediagramm entspricht sie dem Anstieg vom Eduktniveau bis zum Hochpunkt.
Merke: Exotherm bedeutet Energieabgabe insgesamt. Trotzdem kann zum Start Aktivierungsenergie nötig sein.
Definition
Katalysator
Ein Katalysator senkt die Aktivierungsenergie und beschleunigt dadurch eine Reaktion. Im idealen Reaktionszyklus wird er zurückgebildet.
Teste dich
Temperatur gibt an, wie warm oder kalt etwas ist; sie ist selbst keine Energieform. Aktivierungsenergie ist die Startbarriere. Reaktionsenergie ist der Unterschied zwischen Edukt- und Produktniveau.
Ein schneller Verlauf bedeutet nicht von selbst „exotherm“. Auch eine sichtbare Flamme ist kein Pflichtmerkmal: Langsame Oxidationen können ebenfalls Energie abgeben. Entscheidend ist der Energiefluss vom System zur Umgebung und das tiefere Produktniveau.
Beispiel
- 1Eine Abbildung zeigt einen entzündeten Magnesiumstreifen. Er leuchtet hell; dabei entsteht ein neuer Stoff.
- 2Das System besteht aus den reagierenden Stoffen Magnesium und Sauerstoff.
- 3Wärme und Licht werden an die Umgebung abgegeben.
- 4Die Produkte liegen energetisch unter den Edukten.
- 5Die Reaktion ist daher exotherm.
- 6Das Entzünden lieferte die Aktivierungsenergie und ändert diese Einordnung nicht.
Beispiel: Drei Prüfschritte
- 1Gehe bei einer unbekannten Situation so vor:
- 2Lege das System fest: Welche Stoffe reagieren?
- 3Bestimme den Energiefluss: Gibt das System Energie ab oder nimmt es Energie auf?
- 4Prüfe das Energieniveau: Liegen die Produkte tiefer oder höher als die Edukte?
Teste dich
Alles auf einen Blick
Exotherme Reaktion
Energiefluss
vom System zur Umgebung
Beobachtung
häufig Wärme oder Licht, aber keine Flamme nötig
Energieniveau
Produkte unter den Edukten bedeuten Energieabgabe
Startenergie
Aktivierungsenergie trotz Energieabgabe möglich
Katalysator
niedrigerer Gipfel bei unverändertem Anfang und Ende
Musteraufgabe · Schritt für Schritt
Eine brennende Kerze energetisch deuten
- 1Eine Kerze brennt. Dabei werden Wärme und Licht frei, und es entstehen neue Stoffe wie Kohlenstoffdioxid und Wasser.
- 2Das System sind Wachs und Sauerstoff. Wärme und Licht gelangen in die Umgebung, etwa in die Luft.
- 3Im passenden Energiediagramm liegen die Produkte tiefer als Wachs und Sauerstoff.
- 4Insgesamt gibt das System Energie ab: Die Verbrennung der Kerze ist exotherm.
Fehler finden
Langsame Rostbildung einordnen In einer Zeile steckt ein Fehler. Tippe sie an.
Fehler in Zeile 3Die dritte Zeile ist falsch: Auch eine langsame Reaktion ohne Flamme kann exotherm sein. Entscheidend ist die Energieabgabe.
Lückentext
Wähl in jeder Lücke das passende Wort und prüf dann deine Antworten.
Bei einer exothermen Reaktion fließt Energie vom zur . Im Energiediagramm liegen die Produkte als die Edukte.
Karteikasten
Erst selbst überlegen, dann umdrehen.
Übung mit Feedback