Fächer

Chemie

Reaktionsgeschwindigkeit und enzymkatalys

Reaktionsgeschwindigkeit und teilchentheorie

Mittlere und momentane reaktionsgeschwindigkeit

Kalorimeter, exotherme und endotherme Reaktionen: Einfach erklärt für Kids

Name: Knowunity
Brand: Knowunity

Öffnen

Kalorimeter, exotherme und endotherme Reaktionen: Einfach erklärt für Kids

Luana

@luana.vita

520 Follower

Die Energetik untersucht die Energieumwandlungen bei chemischen Reaktionen. Exotherme Reaktionen geben Energie ab, während endotherme Reaktionen Energie aufnehmen. Kalorimeter messen Reaktionswärmen in isolierten Systemen. Die innere Energie eines Systems umfasst alle Energieformen, wobei ihre Änderung bei Reaktionen relevant ist. Die Enthalpie berücksichtigt zusätzlich die Volumenarbeit bei konstantem Druck.

• Chemische Reaktionen wandeln Ausgangsstoffe unter Energieaustausch in neue Produkte um
• Exotherme und endotherme Reaktionen unterscheiden sich in ihrer Energiebilanz
• Kalorimeter ermöglichen die präzise Messung von Reaktionswärmen
• Die innere Energie und Enthalpie sind wichtige thermodynamische Größen
• Energetische Betrachtungen helfen, chemische Prozesse zu verstehen und zu optimieren

23.5.2022

4470

ENERGETIK
Chemische Reaktion und Wärme
Definition einer chemischen Reaktion
Einen Vorgang, bei dem aus Ausgangsstoffen unter Energieabgabe o

Öffnen

Innere Energie und Enthalpie

Die innere Energie U eines Systems ist definiert als die Summe aller Energien, über die ein System in seinem Inneren verfügt. Bei chemischen Reaktionen ist vor allem die Änderung der inneren Energie ΔU von Interesse.

Definition: Die innere Energie U umfasst alle Energieformen eines Systems, einschließlich kinetischer und potentieller Energie der Teilchen sowie chemischer Bindungsenergien.

Bei Reaktionen, die bei konstantem Volumen ablaufen, entspricht die Änderung der inneren Energie der Reaktionswärme:

ΔU = Qv

Dabei steht Qv für die Reaktionswärme bei konstantem Volumen, auch als Reaktionsenergie bezeichnet.

In der Praxis laufen viele chemische Reaktionen jedoch bei konstantem Druck ab, wobei sich das Volumen ändern kann. In diesem Fall wird die Enthalpie H als thermodynamische Zustandsgröße eingeführt.

Definition: Die Enthalpie H berücksichtigt neben der inneren Energie auch die Volumenarbeit bei konstantem Druck.

Der Zusammenhang zwischen innerer Energie und Enthalpie wird durch folgende Gleichung beschrieben:

ΔU = ΔH - p * ΔV

Hierbei ist:

ΔU: Änderung der inneren Energie
ΔH: Änderung der Enthalpie (Reaktionsenthalpie)
p: Druck
ΔV: Volumenänderung

Highlight: Die Reaktionsenthalpie ΔH entspricht der bei konstantem Druck ausgetauschten Wärme und ist daher eine experimentell leicht zugängliche Größe.

Die Betrachtung von innerer Energie und Enthalpie ermöglicht ein tieferes Verständnis energetischer Prozesse in der Chemie und bildet die Grundlage für weitere thermodynamische Konzepte wie den 1. Hauptsatz der Thermodynamik und die Gibbs-Energie.

Öffnen

Reaktionswärme und Kalorimetrie

Die bei einer chemischen Reaktion freiwerdende oder aufgenommene Wärme wird als Reaktionswärme bezeichnet. Sie führt zu einer Temperaturdifferenz zwischen den Reaktionsprodukten und der Umgebung. Zur genauen Messung der Reaktionswärme werden Kalorimeter eingesetzt.

Definition: Ein Kalorimeter ist ein spezielles Gefäß, das die gesamte Wärme einer Reaktion aufnehmen soll, ohne etwas davon an die Umgebung abzugeben.

Die Berechnung der Reaktionswärme erfolgt nach der Formel:

Q = Qw + QK = cw * mw * ΔΘ + CK * ΔΘ = (cw * mw + CK) * ΔΘ

Dabei bedeuten:

Q: Reaktionswärme
Qw: vom Wasser aufgenommene Wärme
QK: vom Kalorimeter aufgenommene Wärme
cw: spezifische Wärmekapazität des Wassers (4,1868 J/(g*K))
mw: Masse des Wassers
CK: Wärmekapazität des Kalorimetergefäßes
ΔΘ: Temperaturdifferenz zwischen End- und Anfangstemperatur

Highlight: Die Wärmekapazität des Kalorimeters ist eine wichtige Größe, die experimentell bestimmt werden muss, um genaue Messungen durchführen zu können.

Zur Bestimmung der Wärmekapazität des Kalorimeters wird der Energieerhaltungssatz genutzt:

Qauf + Qab = 0

Dabei wird eine bekannte Menge warmen Wassers in das Kalorimeter mit kaltem Wasser gegeben und die resultierende Mischungstemperatur gemessen. Aus den bekannten Größen lässt sich dann die Wärmekapazität des Kalorimeters berechnen.

Example: Bestimmung der Wärmekapazität eines Kalorimeters:

Kaltes Wasser (m₁, Θ₁) im Kalorimeter

Zugabe von warmem Wasser (m₂, Θ₂)

Messung der Mischungstemperatur Θmisch

Berechnung: CK = (cw * m₂ * (Θmisch - Θ₂)) / (Θmisch - Θ₁) - cw * m₁

Öffnen

Grundlagen der Energetik in der Chemie

Die Energetik befasst sich mit den energetischen Aspekten chemischer Reaktionen. Eine chemische Reaktion wird definiert als ein Vorgang, bei dem aus Ausgangsstoffen unter Energieabgabe oder -aufnahme neue Stoffe mit veränderten Eigenschaften entstehen. Dabei unterscheidet man zwischen exothermen und endothermen Reaktionen.

Definition: Eine exotherme Reaktion gibt Energie in Form von Licht oder Wärme an die Umgebung ab. Die Produkte haben einen geringeren Energiegehalt als die Edukte.

Definition: Eine endotherme Reaktion läuft nur unter Energiezufuhr ab. Die Produkte sind energiereicher als die Edukte.

Für energetische Untersuchungen werden verschiedene Systeme betrachtet:

Offene Systeme: Stoff- und Energieaustausch mit der Umgebung möglich (z.B. offenes Reagenzglas, Lebewesen)
Geschlossene Systeme: Nur Energieaustausch mit der Umgebung möglich (z.B. verschlossenes Reagenzglas, Kühlkreislauf eines Autos)
Isolierte Systeme: Weder Stoff- noch Energieaustausch mit der Umgebung möglich (z.B. ideale Thermoskanne, Universum)

Highlight: Energetische Untersuchungen lassen sich am einfachsten in isolierten Systemen durchführen, da hier keine Energie in die Umgebung entweicht.

Öffnen

Energiediagramme und praktische Anwendungen

Energiediagramme sind nützliche Werkzeuge zur Visualisierung energetischer Veränderungen während chemischer Reaktionen. Sie zeigen den Energieverlauf von Edukten zu Produkten und können wichtige Informationen wie Aktivierungsenergie und Reaktionsenthalpie darstellen.

Example: Energiediagramm endotherme Reaktion:

Edukte haben niedrigeren Energiegehalt als Produkte

Positive Reaktionsenthalpie ΔH

Energiezufuhr notwendig für Reaktionsablauf

Example: Exotherme Reaktion Beispiel:

Verbrennung von Magnesium: 2 Mg + O₂ → 2 MgO

Starke Wärme- und Lichtentwicklung

Negative Reaktionsenthalpie ΔH

Die Konzepte der Energetik finden in vielen Bereichen des Alltags und der Technik Anwendung:

Verbrennungsmotoren: Nutzung exothermer Reaktionen zur Energiegewinnung
Kühlschränke: Ausnutzung endothermer Prozesse zur Kühlung
Handwärmer: Kontrolle exothermer Kristallisationsprozesse
Batterien und Akkumulatoren: Umwandlung chemischer in elektrische Energie

Highlight: Das Verständnis von exothermen und endothermen Reaktionen ist grundlegend für die Entwicklung effizienter Energiesysteme und nachhaltiger Technologien.

Die Anwendung thermodynamischer Prinzipien in der Chemie ermöglicht es, Reaktionen zu optimieren, Energiebilanzen zu erstellen und neue Materialien mit spezifischen energetischen Eigenschaften zu entwickeln. Dies ist besonders relevant für Bereiche wie die Energiespeicherung, Katalyse und die Entwicklung umweltfreundlicher Prozesse in der chemischen Industrie.

Vocabulary: Innere Energie Thermodynamik: Beschreibt den Gesamtenergieinhalt eines Systems und ist eine zentrale Größe in der thermodynamischen Betrachtung chemischer Reaktionen.

Die Energetik bildet somit eine wichtige Brücke zwischen theoretischer Chemie und praktischen Anwendungen, die unser tägliches Leben beeinflussen und die Grundlage für zukünftige technologische Entwicklungen schaffen.

Öffnen

Nichts passendes dabei? Erkunde andere Fachbereiche.

Knowunity ist die #1 unter den Bildungs-Apps in fünf europäischen Ländern

Knowunity wurde bei Apple als "Featured Story" ausgezeichnet und hat die App-Store-Charts in der Kategorie Bildung in Deutschland, Italien, Polen, der Schweiz und dem Vereinigten Königreich regelmäßig angeführt. Werde noch heute Mitglied bei Knowunity und hilf Millionen von Schüler:innen auf der ganzen Welt.

Laden im

Google Play

Laden im

App Store

Knowunity ist die #1 unter den Bildungs-Apps in fünf europäischen Ländern

4.9+

Durchschnittliche App-Bewertung

13 M

Schüler:innen lieben Knowunity

#1

In Bildungs-App-Charts in 12 Ländern

950 K+

Schüler:innen haben Lernzettel hochgeladen

Immer noch nicht überzeugt? Schau dir an, was andere Schüler:innen sagen...

iOS User

Ich liebe diese App so sehr, ich benutze sie auch täglich. Ich empfehle Knowunity jedem!! Ich bin damit von einer 4 auf eine 1 gekommen :D

Philipp, iOS User

Die App ist sehr einfach und gut gestaltet. Bis jetzt habe ich immer alles gefunden, was ich gesucht habe :D

Lena, iOS Userin

Ich liebe diese App ❤️, ich benutze sie eigentlich immer, wenn ich lerne.

Fächer

Chemie

Reaktionsgeschwindigkeit und enzymkatalys

Reaktionsgeschwindigkeit und teilchentheorie

Mittlere und momentane reaktionsgeschwindigkeit

Kalorimeter, exotherme und endotherme Reaktionen: Einfach erklärt für Kids

Luana

@luana.vita

520 Follower

23.5.2022

4470

11/12

Chemie

163

Innere Energie und Enthalpie

Definition: Die innere Energie U umfasst alle Energieformen eines Systems, einschließlich kinetischer und potentieller Energie der Teilchen sowie chemischer Bindungsenergien.

Bei Reaktionen, die bei konstantem Volumen ablaufen, entspricht die Änderung der inneren Energie der Reaktionswärme:

ΔU = Qv

Dabei steht Qv für die Reaktionswärme bei konstantem Volumen, auch als Reaktionsenergie bezeichnet.

Definition: Die Enthalpie H berücksichtigt neben der inneren Energie auch die Volumenarbeit bei konstantem Druck.

Der Zusammenhang zwischen innerer Energie und Enthalpie wird durch folgende Gleichung beschrieben:

ΔU = ΔH - p * ΔV

Hierbei ist:

ΔU: Änderung der inneren Energie
ΔH: Änderung der Enthalpie (Reaktionsenthalpie)
p: Druck
ΔV: Volumenänderung

Highlight: Die Reaktionsenthalpie ΔH entspricht der bei konstantem Druck ausgetauschten Wärme und ist daher eine experimentell leicht zugängliche Größe.

Reaktionswärme und Kalorimetrie

Definition: Ein Kalorimeter ist ein spezielles Gefäß, das die gesamte Wärme einer Reaktion aufnehmen soll, ohne etwas davon an die Umgebung abzugeben.

Die Berechnung der Reaktionswärme erfolgt nach der Formel:

Q = Qw + QK = cw * mw * ΔΘ + CK * ΔΘ = (cw * mw + CK) * ΔΘ

Dabei bedeuten:

Q: Reaktionswärme
Qw: vom Wasser aufgenommene Wärme
QK: vom Kalorimeter aufgenommene Wärme
cw: spezifische Wärmekapazität des Wassers (4,1868 J/(g*K))
mw: Masse des Wassers
CK: Wärmekapazität des Kalorimetergefäßes
ΔΘ: Temperaturdifferenz zwischen End- und Anfangstemperatur

Highlight: Die Wärmekapazität des Kalorimeters ist eine wichtige Größe, die experimentell bestimmt werden muss, um genaue Messungen durchführen zu können.

Zur Bestimmung der Wärmekapazität des Kalorimeters wird der Energieerhaltungssatz genutzt:

Qauf + Qab = 0

Example: Bestimmung der Wärmekapazität eines Kalorimeters:

Kaltes Wasser (m₁, Θ₁) im Kalorimeter

Zugabe von warmem Wasser (m₂, Θ₂)

Messung der Mischungstemperatur Θmisch

Berechnung: CK = (cw * m₂ * (Θmisch - Θ₂)) / (Θmisch - Θ₁) - cw * m₁

Grundlagen der Energetik in der Chemie

Definition: Eine exotherme Reaktion gibt Energie in Form von Licht oder Wärme an die Umgebung ab. Die Produkte haben einen geringeren Energiegehalt als die Edukte.

Definition: Eine endotherme Reaktion läuft nur unter Energiezufuhr ab. Die Produkte sind energiereicher als die Edukte.

Für energetische Untersuchungen werden verschiedene Systeme betrachtet:

Offene Systeme: Stoff- und Energieaustausch mit der Umgebung möglich (z.B. offenes Reagenzglas, Lebewesen)
Geschlossene Systeme: Nur Energieaustausch mit der Umgebung möglich (z.B. verschlossenes Reagenzglas, Kühlkreislauf eines Autos)
Isolierte Systeme: Weder Stoff- noch Energieaustausch mit der Umgebung möglich (z.B. ideale Thermoskanne, Universum)

Highlight: Energetische Untersuchungen lassen sich am einfachsten in isolierten Systemen durchführen, da hier keine Energie in die Umgebung entweicht.

Energiediagramme und praktische Anwendungen

Example: Energiediagramm endotherme Reaktion:

Edukte haben niedrigeren Energiegehalt als Produkte

Positive Reaktionsenthalpie ΔH

Energiezufuhr notwendig für Reaktionsablauf

Example: Exotherme Reaktion Beispiel:

Verbrennung von Magnesium: 2 Mg + O₂ → 2 MgO

Starke Wärme- und Lichtentwicklung

Negative Reaktionsenthalpie ΔH

Die Konzepte der Energetik finden in vielen Bereichen des Alltags und der Technik Anwendung:

Verbrennungsmotoren: Nutzung exothermer Reaktionen zur Energiegewinnung
Kühlschränke: Ausnutzung endothermer Prozesse zur Kühlung
Handwärmer: Kontrolle exothermer Kristallisationsprozesse
Batterien und Akkumulatoren: Umwandlung chemischer in elektrische Energie

Highlight: Das Verständnis von exothermen und endothermen Reaktionen ist grundlegend für die Entwicklung effizienter Energiesysteme und nachhaltiger Technologien.

Vocabulary: Innere Energie Thermodynamik: Beschreibt den Gesamtenergieinhalt eines Systems und ist eine zentrale Größe in der thermodynamischen Betrachtung chemischer Reaktionen.