Was sind endotherme und exotherme Reaktion?

Eine Reaktion, bei der Wärme freigesetzt wird, wird als exotherm bezeichnet. Die Änderung der Enthalpie ΔH einer exothermen Reaktion ist negativ. Dies mag kontraintuitiv erscheinen, aber bedenke, dass die Eigenschaften eines Systems vom Standpunkt des Systems aus betrachtet werden. Da das System Wärme verliert (indem es sie an die Umgebung abgibt), ist die Enthalpieänderung negativ. Ein negativer ΔH-Wert bedeutet, dass die Enthalpie der Produkte geringer ist als die Enthalpie der Reaktanten.

Abbildung 1: Das Energiediagramm endothermer und exothermer Reaktionen.

Das Gegenteil ist der Fall bei einer Reaktion, die Wärme verbraucht, wenn sie stattfindet. Eine solche Reaktion wird als endotherm bezeichnet. Die Enthalpieänderung ΔH einer endothermen Reaktion ist positiv, da dem System Wärme zugeführt wird. Ein positiver ΔH-Wert bedeutet, dass die Enthalpie der Produkte höher ist als die Enthalpie der Reaktanden.

Wenn eine chemische Reaktion in einer Richtung exotherm ist, ist sie in der entgegengesetzten Richtung endotherm. Der Betrag der Enthalpieänderung ΔH ist derselbe, aber mit umgekehrtem Vorzeichen.

Energieumwandlungen bei chemischen Reaktionen

Jede chemische Reaktion ist mit Energieumwandlungen verbunden. So wird z. B. beim Verbrennen von Holz die im Holz gespeicherte chemische Energie in thermische Energie und Lichtenergie umgewandelt, die in Form von Wärme und Licht an die Umgebung abgegeben werden. Zugleich sind chemische Reaktionen auch mit Stoffumwandlungen verbunden. Die Verbrennung erfolgt unter Verbrauch von Sauerstoff, wobei hauptsächlich Kohlenstoffdioxid und Wasser entstehen.

Bei der chemischen Reaktion zur Zerlegung des Wassers und auch bei der zur Bildung von Wasser sind z. B. energetische Erscheinungen zu beobachten. Die Zerlegung des Wassers ist nur bei ständiger Energiezufuhr möglich. Es wandelt sich die elektrische Energie in chemische Energie der Stoffe Wasserstoff und Sauerstoff um. Sobald der elektrische Strom ausgeschaltet wird, hört die Bildung von Wasserstoff und Sauerstoff – also die chemische Reaktion – auf.

Die Synthese des Wassers ist mit einer Umwandlung der chemischen Energie des Wasserstoffs und Sauerstoffs in thermische Energie und Lichtenergie verbunden. Einmal durch die Zündung in Gang gebracht, wird Wasser gebildet, solange Wasserstoff und Sauerstoff zur Verfügung stehen (Knallgasreaktion).

Chemische Reaktionen sind immer mit Energieumwandlungen verbunden. Bei chemischen Reaktionen wird chemische Energie der Ausgangsstoffe in thermische Energie, Lichtenergie, elektrische oder mechanische Energie umgewandelt und als Wärme, Licht, Elektroenergie oder mechanische Arbeit abgegeben oder umgekehrt.

Je nachdem, ob insgesamt bei einer Reaktion thermische Energie als Wärme zugeführt werden muss oder abgegeben wird, unterscheidet man exotherme Reaktionen (ex = nach außen, therm= Wärme) und endotherme Reaktionen (endo = nach innen).

Exotherm sind chemische Prozesse und physikalische Vorgänge, bei denen Wärme entsteht und Energie abgegeben wird. Der umgekehrte Fall sind endotherme Reaktionen.

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Typische Beispiele sind exotherme Reaktionen, bei denen mitunter enorme Mengen an Energie freigesetzt werden, etwa Verbrennungen oder zu Explosionen führende Reaktionen wie die Knallgas-Reaktion. Exotherm, wenn auch in weit geringerem Maße, verläuft oft auch das Mischen von Stoffen (Mischungswärme) oder die Adsorption und Absorption von Stoffen etwa an Aktivkohle oder Zeolithen.

Kategorie: Thermodynamik

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