Bei der Definition einer chemischen Reaktion hatten wir gelernt, dass bei jeder chemischen Reaktion eine Stoffumwandlung stattfindet und darüber hinaus mit einer Energieumwandlung verbunden ist. Diese Energieumwandlung “ermöglicht” es, unter energetischen Gesichtspunkten eine chemische Reaktion zu unterteilen. Je nachdem, ob Energie (in Form von Wärme) an die Umgebung abgegeben oder aufgenommen wird, teilt man eine chemische Reaktion in eine exotherme oder endotherme Reaktion ein.
Wie eingangs erwähnt, sind alle chemischen Reaktionen mit Energieumwandlungen verbunden, dies führt zu einer Unterscheidung zwischen exothermen und endothermen Reaktionen. Bei jeder chemischen Reaktion kann Energie (in Form von Wärme) abgegeben (= exotherm) oder aufgenommen werden (= endotherm). Diese Einteilung in exotherm und endotherm hat aber keinen Einfluss auf die Aktivierungsenergie. In der Regel muss Aktivierungsenergie hinzugeführt werden, um die Reaktion zu aktivieren (so dass die Stoffe in einer messbaren Geschwindigkeit miteinander reagieren).
Unterscheidung exotherme und endotherme Reaktion
Die obige Definition ist aber nicht vollständig (in der Regel wird diese Definition so in der Mittelstufe verwendet), denn die meisten Reaktionen benötigen die Zufuhr von Aktivierungsenergie, damit die Reaktion sichtbar und messbar abläuft. Diese zugeführte Energie muss natürlich auch berücksichtigt werden. Daher definiert man eine exotherme Reaktion folgendermaßen:
Wird bei einer chemischen Reaktion mehr (Wärme)energie freigesetzt bzw. an die Umgebung abgegeben, als durch Aktivierungsenergie hinzugefügt wurde, so liegt eine exotherme Reaktion vor. So kann man eine exotherme Reaktion an der Angabe der Reaktionswärme erkennen, eine exotherme Reaktion hat bei der Reaktionswärme ein negatives Vorzeichen (=> es wird Wärme abgegeben, daher “sinkt die Energie des Systems”, ΔH < 0). Auch kann man eine exotherme oder endotherme Reaktion an dem entsprechenden Energiediagramm der Reaktion (Beispiel für eine exotherme Reaktion)
Energiediagramm exotherme Reaktion
Alle Ausgangsstoffe bzw Edukte haben eine bestimmte innere Energie. Damit diese Stoffe nun miteinander reagieren, muss Aktivierungsenergie hinzugeführt werden (ggf. unter Verwendung eines Katalysators, der die notwendige Aktivierungsenergie absenkt.). Durch die Zufuhr von Energie erhöht sich die Energie des Systems. Nun kann die exotherme Reaktion ablaufen, dabei wird Energie in Form von Wärme frei, die in der Regel als Wärme an die Umgebung abgegeben wird. Daher haben die Produkte auch eine geringere (innere) Energie als die Ausgangsstoffe.
Eine exotherme Reaktion gibt Energie in Form von Wärme an die Umgebung ab, während eine endotherme Reaktion Energie in Form von Wärme aus der Umgebung aufnimmt.
Ein Beispiel für eine endotherme Reaktion ist das Lösen von Ammoniumnitrat in Wasser, wobei Wärme aus der Umgebung aufgenommen wird.
Ein Beispiel für eine exotherme Reaktion ist die Verbrennung von Holz, wobei Wärme an die Umgebung abgegeben wird.
Exotherm bezieht sich auf chemische Reaktionen oder Prozesse, die Energie, in der Regel in Form von Wärme, an die Umgebung abgeben.
Endotherm bezieht sich auf chemische Reaktionen oder Prozesse, die Energie, in der Regel in Form von Wärme, aus der Umgebung aufnehmen.
Bei einer endothermen Reaktion erhöht sich die Energie eines Systems, da es Energie aus seiner Umgebung aufnimmt.
Bei einer exothermen Reaktion verringert sich die Energie eines Systems, da es Energie an seine Umgebung abgibt.
Eine physikalische Anzeige für eine endotherme Reaktion ist eine Abkühlung der unmittelbaren Umgebung oder des Reaktionsgefäßes.
Eine physikalische Anzeige für eine exotherme Reaktion ist eine Erwärmung der unmittelbaren Umgebung oder des Reaktionsgefäßes.
Wenn Energie hinzugefügt wird, tritt eine endotherme Reaktion auf, da diese Energie aus der Umgebung aufnimmt.