Energieumsatz bei chemischen Reaktionen

Heizen und Antreiben? ... was hat das mit Chemie zu tun? Drei wichtige Aspekte, die wir bisher schon bei den anderen Themen angesprochen haben, bringen hier Chemie ins Spiel:

1. Welche Stoffe eigenen sich zum Heizen und Antreiben? Was sind ihre typischen Eigenschaften, die bei der Verwendung eine Rolle spielen?
2. Welche chemischen Reaktionen laufen bei der Benutzung ab?
3. Können wir die Eigenschaften und die Reaktionen auf atomarer Ebene erklären?

Ein wichtiger Aspekt bei chemischen Reaktionen, der hier eine Rolle spielt, den wir bisher noch nicht so intensiv betrachtet haben, ist das Thema "Energie", vor allem Wärmeenergie. Oft müssen wir etwas erhitzen um eine Reaktion zu starten. Viele Reaktionen, laufen sie erst einmal ab, produzieren auch viel Wärme und man sieht eine helle Lichterscheinung.

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  Hier wird viel Energie abgegeben. Dafür macht man ja ein Lagerfeuer an!

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  Ohne Wärme-Energie würde aus dem Teig kein Crepe werden!. Auch das ist eine chemische Reaktion!

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  Der Chemiker sieht hier die chemische Reaktionen und die beteiligten Elemente!

Das knifflige an dem Thema ist, dass Energie nicht so gut greifbar ist. Man kann sie eigentlich nicht so wirklich sehen, nur wenn sich etwas ändert - wenn Energie frei wird oder zugeführt wird - merkt man etwas davon. Damit auch du mit dem neuen Begriff Energie gut zurecht kommst, werden wir alles von verschiedenen Seiten beleuchten. Das wird dir auch einiges an Energie ab verlangen und du musst einiges an Energie für das Lernen der Begriffe aufbringen, aber es ist ein sehr wichtiger Aspekt in der Chemie. Und wir kommen dabei auf den chemischen Reaktionen auf die Schliche, was Stoffe dazu antreibt mit anderen zu reagieren.

Energieumsätzen mit vielen Ausdrücken beschreiben

Bei den oben in den Bildern gezeigten Reaktionen ist es relativ klar, wo man Energie zuführt und wo Energie frei wird. Bei Vorgängen, die du nur als Text beschreiben bekommst, ist das nicht immer so klar, denn es kann leicht umschrieben werden. Übe das genaue Lesen mit der "Energie-Brille" nun mit den folgenden Materialien.

AKTIVITÄT (Pflicht) - Energieumsätze in Texten erkennen

Was bedeutet es, das bei einer Reaktion Energie abgegeben wird? Umgangssprachlich gibt es dafür viele Ausdrücke und Formulierungen. Dass sollst du anhand von einigen Vorgängen aus dem Alltag genauer betrachten.

→ Texte zur Energie bei chemischen Reaktionen erfassen

Energie aus physikalischer Sicht

Sicher bekommt ihr auch mit, dass andauernd der Begriff Energie in den Nachrichten vorkommt: Energie sparen, Alternative Energie, fossile Energie, Sonnenenergie, ... und so weiter. Für die Physiker ist der Begriff "Energie" von wichtiger Bedeutung, denn Energie ist eine der grundlegenden physikalischen Größen. Auch wenn das Thema im Physik-Unterricht getrennt behandelt wird, so ist es sinnvoll ein paar Dinge dazu hier noch einmal anzusprechen und das am besten gleich zu üben.

ÜBRIGENS: Physik ist für den Chemie-Studenten auch ein Pflichtfach. Man muss meist eine Vorlesung mit Eperimenten und Übungen besuchen!. Da sind gute Mathematik-Kenntnisse auch ganz hilfreich!

Bei Energie denkt man sicher zuerst an Strom. Denn das ist die Energieart, die inzwischen unser Leben am meisten bestimmt und wenn sie fehlt, führt das zum Chaos. Es gibt zahlreiche Arten Energie bzw. Strom zu gewinnen.

Ganz einfach ist die Ausnutzung natürlichen Energie-Quellen, wie Wind und Sonne. Die Windenergie wird schon seit Urzeiten genutzt, lange ohne das man Strom produziert hat. In Rheinland-Pfalz wurden 2015 etwa 25% des Stroms mit Windenergie erzeugt (Info-Seite mit Daten dazu). Nur Schleswig-Holstein und Mecklenburg-Vorpommern haben in Deutschland ein größeren Anteil. Bei dieser Stromgewinnung wird die Bewegungsenergie des Windes in elektrische Energie umgewandelt.

Das erste Atomkraftwerk wurde erst 1942 in Chicago in Betrieb genommen, gebaut unter der Leitung des italienischen Physikers Enrico Fermi. Da haben wir eine Art Physikalische Energie, die frei wird, wenn Elemente ineinander umgewandelt werden. Dabei werden große Mengen an Energie frei, aber diese können auch zu Katastrophen führen, wie es sich zuletzt in Fukushima (Japan) gezeigt hat. Trotz einer Umwandlung von Stoffes haben wir hier keine chemische Reaktion. Da Kernkraft etwas schwieriger zu verstehen ist, wirst du dich noch nicht damit beschäftigen.

Zuerst einmal soll es um verschiedene grundlegende Arten von Energie gehen. Die Produktion von Energie in chemischen Reaktionen, wird später genauer betrachtet.

AKTIVITÄT (Pflicht) - Energie aus pyhsikalischer Sicht

Diese Aktivität besteht aus einem Text mit Theorie und zahlreichen Quizzen, in denen du testen kannst, ob du alles verstanden hast.

→ Energie aus physikalischer Sicht

Wie Chemiker die Energie bei chemischen Reaktionen betrachten

Du hast ja sicher schon Chemische Reaktionen selber durchführt und eigentlich sind sie ja sowieso alltäglich und finden andauernd um uns herum statt. Um das Thema "Energie bei chemischen Reaktionen etwas genauer zu betrachten, soll es nun ans Experimentieren gehen.

Dazu gibt es nun einige Experimente, bei denen man das Thema besonders gut entdecken kann.

AKTIVITÄT (Pflicht) - Experimente zu Energie bei chemischen Reaktionen

Die auf der Unterseite beschriebenen Experimente werden in einem Lernzirkel durchgeführt. Die Reihenfolge ist beliebig. Neben Experimenten, die du selber durchführst, werden auch Filme für Experimente gezeigt, die zu gefährlich sind.

→ Experimente zu Energie bei chemischen Reaktionen

Nach den Experimenten müssen wir uns der Theorie zuwenden, damit du verstehen kannst, was da beid en Experimenten vor sich gegangen ist.

Solche Begriffe wie Energieverbrauch, Energieverschwendung oder Energiegewinnung sind zwar alltäglich, aber von den Physikern haben wir gelernt, dass Energie immer nur umgewandelt wird und nie verloren geht bzw. nicht aus dem Nichts entstehen kann. Dieser Energieerhaltungs-Satz muss natürlich auch bei chemischen Reaktionen gelten, wenn scheinbar Energie erzeugt wird. Man sagt deshalb, dass Stoffe eine besondere Art an Energie haben, die man als chemische Energie bezeichnet. Wenn bei einer chemischen Reaktion Energie frei wird, dann wird chemische Energie in eine andere Energieform, wie zum Beispiel in Wärme- und Lichtenergie, umgewandelt.

DEFINITION Chemische Energie

Als chemische Energie wird die Energieform bezeichnet, die in Form einer chemischen Verbindung in einem Energieträger gespeichert ist und bei chemischen Reaktionen freigesetzt werden kann.

Das hatte wir im Prinzip bei den ersten Texten zu chemischen Reaktionen, wo Energie wichtig war. Holz ist ein Stoff, der sehr viel chemische Energie enthält. Lässt man es mit Sauerstoff aus der Luft reagieren - sprich: man zündet es an - dann wird beim Verbrennen die innere, chemische Energie als Wärmeenergie freigesetzt.

AKTIVITÄT (Pflicht) - Theorie und Begriffe zu Energie bei chemischen Reaktionen

Auf der Unterseite zu dieser Aktivität wirst du hoffentlich genau verstehen, wie chemische Energie gespeichert ist und wie man daraus Energie gewinnen kann.

→ Theorie zu Energie bei chemischen Reaktionen