Endotherme vs. exotherme Reaktionen

Eine endotherme Reaktion tritt auf, wenn Energie in Form von Wärme aus der Umgebung absorbiert wird. Umgekehrt ist eine exotherme Reaktion eine Reaktion, bei der Energie aus dem System in die Umgebung freigesetzt wird. Die Begriffe werden häufig in den Naturwissenschaften und der Chemie verwendet.

Vergleichstabelle

Endotherme versus exotherme Vergleichstabelle
Endothermisch Exotherm
EinführungEin Prozess oder eine Reaktion, bei der das System Energie aus seiner Umgebung in Form von Wärme absorbiert.Ein Prozess oder eine Reaktion, die Energie aus dem System freisetzt, normalerweise in Form von Wärme.
ErgebnisEnergie wird aus der Umgebung in die Reaktion aufgenommen.Energie wird vom System an die Umwelt abgegeben.
Form der EnergieEnergie wird als Wärme absorbiert.Energie wird normalerweise als Wärme freigesetzt, kann aber auch Strom, Licht oder Schall sein.
AnwendungThermodynamik; Physik Chemie.Thermodynamik; Physik Chemie.
EtymologieGriechische Wörter endo (innen) und thermasi (heizen).Griechische Wörter exo (außen) und thermasi (heizen).
BeispieleEis schmelzen, Photosynthese, Verdunstung, Ei kochen, Gasmolekül spalten.Explosionen, Eisbildung, rostendes Eisen, Absetzen von Beton, chemische Bindungen, Kernspaltung und Fusion.

Definition

Was ist eine endotherme Reaktion?

Eine endotherme Reaktion oder ein endothermer Prozess findet statt, wenn das System Wärmeenergie aus der Umgebung absorbiert.

Was ist eine exotherme Reaktion?

Bei einer exothermen Reaktion oder einem exothermen Prozess wird Energie an die Umgebung abgegeben, normalerweise in Form von Wärme, aber auch Elektrizität, Schall oder Licht.

Exotherme vs endotherme Prozesse in der Physik

Die Einstufung einer physikalischen Reaktion oder eines physikalischen Prozesses als exotherm oder endotherm kann oft nicht intuitiv sein. Die Herstellung eines Eiswürfels ist die gleiche Art von Reaktion wie eine brennende Kerze - beide haben die gleiche Art von Reaktion: exotherm. Bei der Überlegung, ob eine Reaktion endotherm oder exotherm ist, ist es wichtig, das Reaktionssystem von der Umgebung zu trennen. Was zählt, ist die Änderung der Temperatur des Systems, nicht wie heiß oder kalt das System im Allgemeinen ist. Wenn das System abkühlt, bedeutet dies, dass Wärme freigesetzt wird und die Reaktion eine exotherme Reaktion ist.

Das obige Feuerbeispiel ist intuitiv, da Energie eindeutig an die Umwelt abgegeben wird. Die Herstellung von Eis scheint jedoch das Gegenteil zu sein, aber Wasser, das in einem Gefrierschrank sitzt, setzt auch Energie frei, da der Gefrierschrank die Wärme ableitet und auf der Rückseite des Geräts ausstößt. Das zu berücksichtigende Reaktionssystem ist nur das Wasser, und wenn Wasser abkühlt, muss es in einem exothermen Prozess Energie freisetzen. Schwitzen (Verdampfung) ist eine endotherme Reaktion. Nasse Haut fühlt sich im Wind kühl an, da die Verdunstungsreaktion des Wassers Wärme aus der Umgebung (Haut und Atmosphäre) absorbiert .

In Chemie

In der Chemie berücksichtigen endotherm und exotherm nur die Änderung der Enthalpie (ein Maß für die Gesamtenergie des Systems); Eine vollständige Analyse fügt der Gleichung für Entropie und Temperatur einen zusätzlichen Term hinzu.

Wenn chemische Bindungen gebildet werden, wird Wärme in einer exothermen Reaktion freigesetzt. In den reagierenden Elektronen geht kinetische Energie verloren, wodurch Energie in Form von Licht freigesetzt wird. Dieses Licht entspricht in seiner Energie der für die chemische Reaktion erforderlichen Stabilisierungsenergie (der Bindungsenergie). Das freigesetzte Licht kann von anderen Molekülen absorbiert werden, was zu molekularen Schwingungen oder Rotationen führt, aus denen das klassische Verständnis von Wärme hervorgeht. Die Energie, die für die Reaktion benötigt wird, ist geringer als die insgesamt freigesetzte Energie.

Wenn chemische Bindungen brechen, ist die Reaktion immer endotherm. Bei endothermen chemischen Reaktionen wird Energie absorbiert (von außerhalb der Reaktion gezogen), um ein Elektron in einen Zustand höherer Energie zu versetzen, wodurch das Elektron mit einem anderen Atom assoziiert werden kann, um einen anderen chemischen Komplex zu bilden. Der Energieverlust aus der Lösung (der Umgebung) wird durch Reaktion in Form von Wärme absorbiert.

Die Spaltung eines Atoms (Spaltung) sollte jedoch nicht mit dem "Aufbrechen einer Bindung" verwechselt werden. Kernspaltung und Kernfusion sind beide exotherme Reaktionen.

Alltagsbeispiele

Endotherme und exotherme Reaktionen treten häufig in alltäglichen Phänomenen auf.

Beispiele für endotherme Reaktionen:

  • Photosynthese: Wenn ein Baum wächst, absorbiert er Energie aus der Umwelt, um CO2 und H2O auseinanderzubrechen.
  • Verdunstung: Schwitzen kühlt eine Person ab, während Wasser Wärme entzieht, um sich in Gasform umzuwandeln.
  • Ein Ei kochen: Energie wird aus der Pfanne absorbiert, um das Ei zu kochen.

Beispiele für exotherme Reaktionen:

  • Regenbildung: Die Kondensation von Wasserdampf zu Regen stößt Wärme aus.
  • Beton: Wenn dem Beton Wasser zugesetzt wird, setzen chemische Reaktionen Wärme frei.
  • Verbrennung: Wenn etwas brennt, egal ob klein oder groß, ist es immer eine exotherme Reaktion.

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