Energiedichte berechnen von “Brennstoffen”

Die Energiedichte ist eine Größe, die nicht nur im Fach Chemie vorkommt, sondern in allen Naturwissenschaften. Wie der Begriff “Energie” + “Dichte” vermuten lässt, kennzeichnet der Begriff “Energiedichte” die Verteilung von Energie auf eine bestimmte Größe oder Menge eines Körpers bzw. Stoffes. Im Fach Physik kennt man den Begriff “Energiedichte” v.a. bei Plattenkondensatoren, während man den Begriff “Energiedichte” im Fach Chemie hauptsächlichbei Energieträgern verwendet. Daher tritt die Energiedichte auch mit unterschiedlichen Einheiten auf:

  • Zum einen ist die Energiedichte, die Energie verteilt auf ein Raumvolumen eines Körpers (w = E : V). Die Einheit dieser Energiedichte ist J/m³
  • Zum anderen ist die Energiedichte, die Energie verteilt auf eine Masse eines Stoffes (w = E : m), (diese Energiedichte wird auch als spezifische Energie bezeichnet). Die Einheit dieser Energiedichte ist J/kg.

Die Energiedichte ist also eine (bestimmte) Energiemenge pro Volumen oder Masseneinheit und ist -wie man sieht- nicht einheitlich geregelt.

Die Energiedichte von Brennstoffen berechnen

In der Organischen Chemie berechnen wir die Energie von Brennstoffen (Kohlenwasserstoffe), diesen Wert bezeichnen wir in der Regel als Heizwert. Dies liegt daran, dass bei dem Begriff “Energiedichte” nicht definiert ist, ob der Heizwert oder der Brennwert eines Brennstoffes gemeint ist.

Unterschied zwischen Brennwert und Heizwert

Verbrennen wir (=Oxidation)einen Brennstoff, so wird chemische Energie in Wärme umgewandelt. Da diese Oxidationen exotherm sind und teils hohe Reaktionstemperaturen entstehen, liegen die Reaktionsprodukte der Oxidation, Kohlenstoffdioxid und Wasser, in der Regel gasförmig vor. Lässt man das “Reaktionsgemisch” einige Zeit abkühlen, so kondensiert der Wasserdampf. Daher hat man auch entsprechend zwei Größen eingeführt, die die “Energiedichte” eines Brennstoffes wiedergeben. Dies sind der sogenannte Brennwert und der Heizwert.

Verbrennen wir einen Brennstoff und lassen die Reaktionsprodukte abkühlen (Wasserdampf wird flüssig), so wird in diesem Fall der Brennwert bestimmt. Ist dies nicht der Fall, haben wir den Heizwert bestimmt. Der Brennwert und der Heizwert unterscheiden sich nur um den Anteil der sogenannten Kondensationsenthalpie von Wasser. Zur Bestimmung der Kondensationsenthalpie multipliziert man den Wasseranteil (am Gesamtanteil des gasförmigen Reaktionsgemisches) mit der Kondensationsenthalpie von Wasser (2,5 MJ/kg). Aus dieser Tatsache resultiert, dass der Brennwert eines Brennstoffes immer größer ist, als der Heizwert.

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Organische Chemie