Das Merkmal einer chemischen Reaktion ist, dass nicht nur ein Stoffumsatz, sondern auch Energieumwandelungen stattfinden. So kann beispielsweise bei Verbrennungsreaktionen bzw. dem Verbrennen von Stoffen Wärme freiwerden. Diese freiwerdende Wärme wird (umgangssprachlich) als Verbrennungswärme bezeichnet.
Wenn wir einen Stoff (an Luft) verbrennen, sprechen wir in der Regel von bei der freiwerdenden Wärme von einer Verbrennungswärme. Auch in einigen naturwissenschaftlichen Teilgebieten (v.a. in der Sekundarstufe 1) verwendet man ebenfalls den Begriff Verbrennungswärme. Dabei ist die Verbrennungswärme (Formelzeichen H, manchmal auch ΔH) der Quotient aus freiwerdender Wärme Q und der Masse m des Stoffes, der verbrannt wird:
Aus dieser Formel lässt sich auch die Einheit der Verbrennungswärme ableiten. Die Einheit der Verbrennungswärme ist J/kg (bei Kohlenwasserstoffen bzw. Brennstoffen wird die Verbrennungswärme auch oft als (spezifischer) Heizwert bezeichnet).
Allerdings ist der Begriff “Verbrennungswärme” nicht geeignet, um den Wärmeumsatz bei einer chemischen Reaktion zu beschreiben. Dies liegt beispielsweise daran, dass der Wärmeumsatz auch vom Druck des Systems abhängig ist, in dem die chemische Reaktion abläuft. Daher muss der Begriff “Verbrennungswärme” spätestens in der Sekundarstufe präzisiert werden. So unterscheidet man die Reaktionsdurchführung bei konstanten Volumen und konstantem Druck. Findet die Verbrennung bei konstantem Volumen statt, so spricht man von Verbrennungsenergie (Formel ΔU bzw ΔvU). Bei konstantem Druck spricht man von der Verbrennungsenthalpie (Formel ΔH bzw. ΔcH). In der Regel verwendet man in der (fortgeschrittenen) Chemie die Verbrennungsenthalpie.
Je nach System, in dem die Reaktion abläuft, ist der Unterschied zwischen der Verbrennungswärme und der Verbrennungsenthalpie unwesentlich. Führen wir beispielsweise eine (kleine) Verbrennungsreaktion in einem Labor durch, so wird die Reaktion kaum zu einer signifikanten Änderung des Druckes im Labor führen (daher bleibt der Druck während der Reaktion in etwa konstant).
Die Verbrennungsenthalpie eines Stoffes kann entweder gemessen oder berechnet werden. Die Messung der Verbrennungsenthalpie erfolgt in der Regel mit Hilfe eines Kalorimeters. Die Berechnung der Verbrennungsenthalpie ist mit Hilfe von tabellierten Standardbildungsenthalpien möglich. Das die
molare Standardbildungsenthalpie für Elemente in Reinform Null beträgt, vereinfacht die Berechnung.
Mit Hilfe der Standardbildungsenthalpien (die aus Formelsammlungen entnehmbar sind) lässt sich für jede Reaktion die Reaktionsenthalpie berechnen. Hierfür gilt folgende Formel
∆H = Σ ∆H(Produkte) – Σ ∆H(Ausgangsstoffe)
Die Verbrennungswärme ist die Menge an Energie, die frei wird, wenn eine bestimmte Menge eines Stoffes verbrennt.
Die Verbrennungswärme wird in Joule pro Gramm (J/g) oder in Kalorien pro Gramm (cal/g) gemessen.
Ein Beispiel für eine hohe Verbrennungswärme ist die von Erdgas. Es hat eine Verbrennungswärme von etwa 50.000 kJ/kg.
Die Zusammensetzung des Materials und der Sauerstoffgehalt in der Umgebung beeinflussen die Verbrennungswärme eines Stoffes.
Während die Verbrennungswärme einen Energiefluss misst, misst die Verbrennungsenthalpie den Energieinhalt eines Systems.
Die Verbrennungsenthalpie ist die Menge an Energie, die bei der Verbrennung einer bestimmten Menge eines Stoffes bei konstantem Druck frei wird.
Die Verbrennungsenthalpie wird in Joule pro Mol (J/mol) gemessen.
Die Verbrennungswärme entspricht der negativen Verbrennungsenthalpie, da die Verbrennung eine exotherme Reaktion ist und Energie an die Umgebung abgibt.
Wenn die Verbrennungsenthalpie eines Stoffes groß und positiv ist, bedeutet das, dass dieser Stoff stabil ist, weil viel Energie benötigt wird, um ihn zu zerstören.
Ja, die Verbrennungsenthalpie kann null sein. Das bedeutet, dass der Prozess adiabatisch ist, was bedeutet, dass keine Wärme mit der Umgebung ausgetauscht wird.