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Aktivierungsenergie

Erfahre, was Aktivierungsenergie in chemischen Reaktionen bedeutet und wie sie die Reaktionsgeschwindigkeit beeinflusst. Entdecke, wie Temperatur, Konzentration und Katalysatoren die Aktivierungsenergie beeinflussen. Interessiert? Dies und vieles mehr erfährst du im folgenden Text!

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Die Autor*innen
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André Otto
Aktivierungsenergie
lernst du in der Oberstufe 7. Klasse - 8. Klasse - 9. Klasse

Aktivierungsenergie Übung

Du möchtest dein gelerntes Wissen anwenden? Mit den Aufgaben zum Video Aktivierungsenergie kannst du es wiederholen und üben.
  • Begründe, welche Veränderungen zu einer Beschleunigung der Reaktion führen.

    Tipps

    Warum setzt man Katalysatoren ein?

    Lösung

    Damit zwei Stoffe miteinander reagieren können, muss die Hürde der Aktivierungsenergie überwunden werden. Wenn eine Reaktion zwischen zwei Stoffen nicht stattfindet, liegt es daran, dass die Teilchen der Edukte (Ausgangsstoffe) diese Hürde nicht überwinden können. Die Teilchen haben dann zu wenig Energie. Die benötigte Aktivierungsenergie ist von Reaktion zu Reaktion unterschiedlich. Bei manchen Reaktionen reicht z.B. eine leichte Erwärmung aus, andere Reaktionen müssen stark erhitzt werden.

    Beispiel: Aluminiumoxid entsteht schon bei Raumtemperatur aus Aluminium und dem Sauerstoff der Luft. Kohlenstoffdioxid hingegen entsteht erst dann aus Kohle, wenn sie verbrannt wird.

  • Entscheide, welche Stoffkombinationen bei Raumtemperatur miteinander reagieren und welche nicht.

    Tipps

    Was musst du tun, damit Natrium mit Wasser reagiert? Wie ist das bei Sauerstoff und Wasserstoff?

    Lösung

    Wie du nun weißt, ist die Aktivierungsenergie die entscheidende Hürde, die überwunden werden muss, damit eine Reaktion stattfindet. Ist die Aktivierungsenergie zu hoch, findet die Reaktion nur ganz langsam oder überhaupt nicht statt. Mamor wird von Wasser zum Beispiel nicht aufgelöst. Auch dann nicht, wenn wir das Reaktionsgemisch so lange Erwärmen, bis das Wasser kocht. Wegen dieser Beständigkeit gegenüber Wasser eignet sich Mamor gut für Skulpturen, die im Freien stehen. Dieses Gestein wurde in der Antike als Baumaterial für Badehäuser verwendet, weil es auch bei warmer, feuchter Luft oder heißem Wasser keine Veränderung zeigt.

  • Berechne mit der Arrheniusgleichung die Konstante.

    Tipps

    Rechne die Temperatur in Kelvin um.

    Lösung

    Um die Konstante berechnen zu können, musst du die Werte in die Gleichung einsetzen und ausrechnen. Beginne damit, die Temperatur in Kelvin umzurechnen. Dazu addierst du die gegebene Temperatur mit 273,15.

    Bsp.: 25°C + 273,15 = 298,15 K

    $e$ ist die eulerische Zahl. Sie beträgt ungefähr 2,7183. Nun hast du alle Werte, die du benötigst, um k zu berechnen.

    Beispiel: A = 1 T = 25°C => 298,15 K Ea = -5.41 $\frac {J} {mol}$ R = 8,3145 $ \frac J {mol\cdot K}$

    Arrheniusgleichung:

    $k = A \cdot e^{\frac {-Ea}{R\cdot T}}$

    Rechts mit eingesetzten Werten:

    k = 0,998 (Die Einheiten kürzen sich heraus.)

  • Entscheide, welche Aussagen über die Aktivierungsenergie getroffen werden können.

    Tipps

    Wie sah das Diagram aus, an dem man die Steigung berechnet?

    Lösung

    Die Aktivierungsenergie kannst du sehr gut über die Steigung der Geraden in einem Diagramm wie dem abgebildeten berechnen. Auf der y-Achse werden alle Werte für lnk abgebildet und auf der x-Achse alle Werte für 1/T.

    Die Steigung der Geraden: n = $-\frac{Ea}{R}$

    Achtung: In der Kinetik und bei der Berechnung der Aktivierungsenergie wird die Temperatur immer in Kelvin umgerechnet.

    Die Aktivierungsenergie gibt an, wie schnell oder langsam eine Reaktion stattfindet. Hohe Aktivierungsenergien sind ein Zeichen für langsame Reaktionen, weil die Hürde, die die Teilchen überwinden müssen, größer ist.

    Will man die Reaktionsgeschwindigkeit erhöhen, so kann man die Temperatur oder die Konzentration der Edukte erhöhen oder einen Katalysator einsetzen.

  • Beschreibe die Aktivierungsenergie.

    Tipps

    In dem Energiediagramm wird die Energie der Edukte und der Produkte dargestellt. Haben Produkte oder Edukte eine höhere Energie?

    Lösung

    Aktivierungsenergie

    Damit eine Reaktion ablaufen kann, muss die Energie der Edukte (Ausgangsstoffe) höher sein als die Energie der Produkt. Bei manchen Ausgangsstoffen, wie Natrium und Wasser, ist dieser Zustand schon vorherrschend. Bei der Reaktion von Sauerstoff und Wasserstoff muss man erst noch Energie hinzuführen, damit die Reaktion stattfindet. Diese benötigte Energie kann auf unterschiedliche Weise in ein Reaktionsgemisch eingebracht werden.

  • Berechne die Aktivierungsenergie aus den angegebenen Punkten der Arrheniusgeraden.

    Tipps

    Welche Einheit hat dein Ergebnis?

    Beachte, dass du die 4 Stellen nach dem Komma angibst.

    Lösung

    Zuerst stellst du die Gleichung für die Aktivierungsenergie auf. Aus dem Video weißt du, dass du mit Δln k und Δ1/T, über die Gleichung

    $ \frac{Ea} R = \frac {Δln k}{Δ1/T}$

    die Aktivierungsenergie erhalten kannst.

    Stellst du diese Gleichung nach Ea um, erhältst du:

    $Ea=R \cdot \frac {Δln k}{Δ1/T}$

    Nun notierst du dir die Werte aus der Gleichung, die schon gegeben sind :

    R = 8,314 $ \frac J {mol}$ Δln k = ln 2

    Alle anderen Werte musst du ausrechnen:

    Δ1/T = $\frac 1 {300K}-\frac 1 {310K} $

    Δ1/T = 0,0001

    Jetzt setzt du die Werte ein:

    Ea = 8,314 $ \frac J {mol} \cdot \frac {ln 2 }{0,0001 K}$

    Ea = 53594,28 $\frac J {mol}$

    Zum Schluss musst du die Aktivierungsenergie auf $\frac {kJ} {mol}$ umrechnen.

    $\frac {57628,26 \frac {kJ} {mol}} {1000}$

    Ea = 57,6283 $\frac {kJ} {mol}$