Energieumwandlung bei chemischen Reaktionen

Wenn eine chemische Reaktion abläuft, findet stets eine Energieumwandlung statt. Reaktionen, bei denen Energie abgegeben wird, nennt man exotherm – die Ausgangsstoffe besitzen mehr Energie als die Produkte, darum wird überschüssige Energie in Form von Wärme freigesetzt. Eine Verbrennung ist eine klassische exotherme Reaktion. Bei der Verbrennung von zum Beispiel Holz und Sauerstoff wird Wärme an die Umgebung abgegeben. Im Gegensatz dazu muss bei einer endothermen Reaktion Energie zugeführt werden, damit sie stattfindet. Ein wichtiges Beispiel ist die Thermolyse, die üblicherweise endotherm ist. Das bedeutet, dass Wärme zugeführt wird, um eine chemische Verbindung in zwei oder mehr einfachere Stoffe zu spalten. Diese Art von Reaktion hilft dir, wenn du einen Kuchen mit Natriumhydrogencarbonat backst, auch bekannt als Natron, der Hauptzutat von Backpulver. Bei hohen Temperaturen spaltet es sich in Natriumcarbonat, Wasser und – für den Kuchen am wichtigsten – Kohlenstoffdioxid. Die Gasbläschen des Kohlenstoffdioxids helfen, dass der Kuchen aufgeht. Aber die Reaktion läuft nur bei hohen Temperaturen ab. Würde man den Kuchenteig einfach nur stehen lassen, würde sich das Natriumhydrogencarbonat nicht verändern. Der Grund dafür ist, dass die Wärme genug Energie bereitstellen kann, um die starken chemischen Bindungen eines Stoffes aufzubrechen. Bindungen aufzubrechen kostet immer Energie, während Energie freigesetzt wird, wenn Bindungen entstehen. Da manche Bindungen stärker als andere sind, bestimmt das Verhältnis zwischen dem Aufbrechen und dem Bilden unterschiedlicher Bindungen, ob in der Summe Energie aufgenommen oder freigesetzt wird. Wenn beim Aufbrechen von Bindungen mehr Energie aufgenommen wird als beim Bilden von Bindungen freigesetzt wird, ist die Reaktion endotherm. Im Gegensatz dazu ist die Reaktion exotherm, wenn die Bildung neuer chemischer Bindungen in einem Produkt mehr Energie freisetzt, als beim Aufbrechen von Bindungen in den Ausgangsstoffen aufgenommen wird.