Was sind exotherme und endotherme Reaktionen, und woran erkennt man sie?

Bei jeder chemischen Reaktion wird Energie umgesetzt. Manchmal fließt Energie aus den reagierenden Stoffen in die Umgebung: ins Becherglas, in die Luft, in deine Hand. Manchmal fließt sie hinein. Die Namen verraten es: exo heißt „nach außen“, endo heißt „nach innen“, und therm hat mit Wärme zu tun.

Exotherme Reaktionen geben Wärme ab, oft auch Licht oder einen Knall. Die Temperatur der Umgebung steigt. Beispiele: Verbrennungen von Holz, Gas oder Kerzenwachs, die Zellatmung, die Neutralisation einer Säure mit einer Lauge, Metalle, die mit Säuren reagieren, das Löschen von Branntkalk mit Wasser und das Eisenpulver in einem Einweg-Taschenwärmer, das langsam rostet.

Endotherme Reaktionen nehmen Wärme auf. Die Temperatur der Umgebung sinkt, oder die Reaktion läuft nur, solange man weiter erhitzt. Beispiele: das Brennen von Kalk (Calciumcarbonat zerfällt beim Erhitzen in Branntkalk und Kohlenstoffdioxid), die Fotosynthese (sie nimmt Lichtenergie auf), Citronensäure mit Natron (Natriumhydrogencarbonat), wie im Brausepulver, das auf der Zunge kühl prickelt, und die Elektrolyse, die ständig elektrische Energie braucht.

Denk daran: Energie geht nie verloren und entsteht nicht aus dem Nichts. Bei einer exothermen Reaktion verlieren die Stoffe Energie, und die Umgebung gewinnt genau so viel. Bei einer endothermen ist es umgekehrt.

Warum ist das so? Wegen der Bindungen. Bei einer Reaktion werden Bindungen in den Edukten (Ausgangsstoffen) gespalten und neue Bindungen in den Produkten geknüpft.

• Bindungen spalten benötigt Energie (endotherm).
• Bindungen knüpfen setzt Energie frei (exotherm).

Wird beim Knüpfen der neuen Bindungen mehr Energie frei, als das Spalten der alten gekostet hat, ist die Reaktion insgesamt exotherm. Wird weniger frei, ist sie endotherm.

Energiediagramme. Man zeichnet die Energie der Edukte und der Produkte als zwei Stufen. Bei einer exothermen Reaktion liegen die Produkte tiefer als die Edukte, bei einer endothermen höher. Der Unterschied ist die Reaktionsenthalpie ΔH: negativ bei exothermen, positiv bei endothermen Reaktionen. Bei beiden muss zuerst ein „Berg“ überwunden werden, die Aktivierungsenergie: die Mindestenergie, die die Teilchen zum Reagieren brauchen. Deshalb braucht der Gasherd einen Funken, obwohl beim Verbrennen viel Wärme frei wird.

Wie unterscheidet man exotherme und endotherme Reaktionen?#

Exotherme Reaktionen geben Wärme ab: Die Umgebung wird wärmer und ΔH ist negativ. Endotherme Reaktionen nehmen Wärme auf: Die Umgebung kühlt ab und ΔH ist positiv.

Woran erkennt man exotherme und endotherme Reaktionen?#

Man misst die Temperatur vorher und nachher. Steigt sie, ist die Reaktion exotherm; sinkt sie, ist sie endotherm. Auch eine Reaktion, die nur unter ständigem Erhitzen weiterläuft, ist endotherm.

Welche Beispiele gibt es im Alltag?#

Exotherm: Verbrennungen im Kamin oder Gasherd, die Zellatmung, Taschenwärmer, Feuerwerk. Endotherm: Sofort-Kältekompressen, die Fotosynthese, Brausepulver auf der Zunge, das Kalkbrennen.

Wie sieht ein Energiediagramm für exotherme und endotherme Reaktionen aus?#

Bei einer exothermen Reaktion geht die Kurve erst über einen kleinen Berg (die Aktivierungsenergie) und endet tiefer als am Anfang. Bei einer endothermen geht sie über den Berg und endet höher.

Was haben exotherme und endotherme Reaktionen gemeinsam?#

Bei beiden werden Bindungen gespalten und geknüpft, beide tauschen Energie mit der Umgebung aus, beide brauchen Aktivierungsenergie zum Starten, und bei beiden bleibt die Gesamtenergie erhalten.

Wie berechnet man die Reaktionsenthalpie?#

Man addiert die Bindungsenergien aller gespaltenen Bindungen und zieht die aller geknüpften ab: ΔH = aufgenommene − frei werdende Energie. Für H₂ + Cl₂ → 2 HCl ergibt (436 + 243) − (2 · 432) = −185 kJ/mol, die Reaktion ist also exotherm.