Energieformen bei chemischen Reaktionen

Energieformen bei chemischen Reaktionen Übung

• Nenne die Energieform, die erzeugt wird.

  Tipps

  Achte auf Groß- und Kleinschreibung sowie Leerzeichen.

  Welche Art der Energie ist bei den Bildern vorherrschend?

  Lösung

  Ein Feuer nutzen wir schon seit Urzeiten, um uns zu wärmen. Hier wird also die chemische Energie, die im Holz gespeichert ist, in Wärmeenergie umgewandelt. Die Batterie steht stellvertretend für elektrische Energie. In ihrem Inneren läuft eine Reaktion ab, durch die chemische Energie in elektrische umgewandelt wird. Die Glühbirne sendet Lichtenergie aus und das Auto nutzt die chemische Energie des Treibstoffs, um kinetische Energie zu gewinnen.

• Bestimme die erzeugte Energieform der gezeigten Beispiele.

  Tipps

  Welche Energieform ist bei den Bildern die vorherrschende?

  Besteht eher die Gefahr sich zu verbrennen oder einen elektrischen Schlag zu kriegen?

  Lösung

  Das Lagerfeuer, die Gasflamme am Herd und der Bunsenbrenner werden alle wegen ihrer Wärme genutzt. Natürlich leuchten sie auch, aber die Wärmeenergie ist hier die hauptsächlich genutzte Energieform. Aus der Steckdose nehmen wir den Strom für zu Hause. Der Blitz stellt eine elektrische Entladung in der Natur dar. Im letzten Bild wird ein geschlossener Stromkreis mit einer 4,5-Volt-Batterie und einer leitenden Lösung gezeigt. Hier ist also auch die elektrische Energie die vorherrschende.

• Ordne die Energieträger nach ihrem Energiegehalt.

  Tipps

  Wenn man je 1 kg der genannten Stoffe verbrennt, bei welchem wird dann die meiste Wärme frei?

  Stoffe, die lange brauchen, um zu entstehen, enthalten oft viel Energie.

  Lösung

  Der energiereichste Stoff ist das Schweröl. Es entsteht aus abgestorbenen Pflanzenresten, und zwar tief in der Erde unter starkem Druck. Dies dauert Millionen von Jahren. Schweröl hat einen Brennwert von 9,65 kcal pro kg. Darauf folgt Erdgas mit 9,3 kcal pro kg. Es entsteht parallel zum Erdöl, bildet sich aber etwas schneller. Auch Kohle entsteht aus abgestorbenen Pflanzen, auch unter hohem Druck über Millionen von Jahren. Ihr Energiegehalt ist mit 6 kcal pro kg aber deutlich kleiner als der von Schweröl und Erdgas. Als letztes folgen Holz und der Haushaltsmüll. Aufgrund der kurzen Entstehungszeit konnte Energie noch nicht so stark konzentriert werden wie in den vorher genannten Energieträgern.

• Erläutere das Energiediagramm.

  Tipps

  Du kannst mithilfe des Diagramms genau erkennen, welche Reaktionspartner viel und welche wenig Energie aufweisen.

  Eine exotherme Reaktion ist zum Beispiel die Verbrennung von Magnesium. Es werden dabei viel Wärme und Licht frei.

  Lösung

  Zum Start einer Reaktion muss zunächst einmal Energie zugeführt werden. Im Falle der Verbrennung von Magnesium geschieht dies durch Anzünden des Magnesiums. Die Energie kommt also aus einer Flamme, zum Beispiel vom Bunsenbrenner. Danach läuft die Reaktion ohne weitere Energiezufuhr von außen ab. Während der Verbrennung leuchtet das Magnesium sehr hell, daher darf man nicht direkt hineinschauen, und es wird sehr heiß. Es bildet sich das Reaktionsprodukt Magnesiumoxid. Dieses ist energieärmer als das Magnesium. Die Energie, die bei der Reaktion frei wird, plus die Energie, die zur Aktivierung nötig war, wird Gesamtenergie genannt ($E_G$).

• Nenne eine Grundeigenschaft von chemischen Reaktionen.

  Tipps

  Bei einigen Reaktionen wird Wärme frei.

  Lösung

  Die Grundeigenschaft von chemischen Reaktionen ist die Energieumwandlung. Eine andere grundsätzliche Eigenschaft von chemischen Reaktionen ist die Stoffumwandlung.

• Ermittle den energetischen Verlauf der Reaktionen.

  Tipps

  Bei welcher dieser Reaktionen wird Energie in Form von Wärme oder Licht frei?

  Bei welchen Reaktionen muss man Energie zuführen, damit sie ablaufen?

  Lösung

  Nachdem Kohle einmal angezündet wurde, brennt sie weiter. Man kann die so entstehende Wärme zum Beispiel zum Heizen benutzen. Beim Schweißen macht man sich die enorme Hitze, die bei der Verbrennung von bestimmten Gasen entsteht, zunutze, um Metallstücke miteinander zu verbinden. Diese beiden Reaktionen sind demnach exotherm.

  Will man ein Stück Fleisch braten, muss man den Herd anstellen. Ohne die Zufuhr von Energie in Form von Wärme wird das Fleisch also niemals gar werden. Auch das Lösen von Brausepulver benötigt Energie. Die Zitronensäure und das Natriumhydrogencarbonat aus dem Brausepulver beziehen diese aus dem umliegenden Wasser. Das Wasser wird daraufhin kühler.