Unterschied zwischen Endotherme Reaktion und Exotherme Reaktion
Kurz gesagt
Eine endotherme Reaktion nimmt Wärme aus ihrer Umgebung auf; eine exotherme Reaktion gibt Wärme an die Umgebung ab. Bei konstantem Druck ist die Reaktionsenthalpie ΔH bei endothermen Reaktionen positiv und bei exothermen negativ.
Der HauptunterschiedEine endotherme Reaktion nimmt Wärme aus der Umgebung auf, eine exotherme Reaktion gibt Wärme an die Umgebung ab.
Beide Begriffe beschreiben die Wärmeübertragung bei chemischen Reaktionen, jedoch in entgegengesetzter Richtung.
Steckbriefe
Steckbrief: Endotherme Reaktion
Eine endotherme Reaktion nimmt Wärme aus ihrer Umgebung auf. Bei konstantem Druck ist ihre Reaktionsenthalpie ΔH größer als null.
- Wärmeaufnahme
- ΔH positiv
- Umgebung kann sich abkühlen
Beispiel Beim Erhitzen zerfällt Calciumcarbonat zu Calciumoxid und Kohlenstoffdioxid.
Steckbrief: Exotherme Reaktion
Eine exotherme Reaktion gibt Wärme an ihre Umgebung ab. Bei konstantem Druck ist ihre Reaktionsenthalpie ΔH kleiner als null.
- Wärmeabgabe
- ΔH negativ
- Umgebung erwärmt sich
Beispiel Beim Verbrennen von Holz wird die Umgebung warm.
Auf einen Blick
| Merkmal | Endotherme Reaktion | Exotherme Reaktion |
|---|---|---|
| Was ist es? | Reaktion, die Wärme aus der Umgebung aufnimmt | Reaktion, die Wärme an die Umgebung abgibt |
| Typisch | Die Umgebung kühlt sich ab | Die Umgebung erwärmt sich |
| Wofür / wann? | Für Vorgänge mit Energiezufuhr als Wärme | Für Vorgänge, die Wärme freisetzen |
| Beispiel | Thermische Zersetzung von Calciumcarbonat | Verbrennung von Holz |
| Reaktionsenthalpie | ΔH > 0 | ΔH < 0 |
| Enthalpie der Produkte | Höher als bei den Ausgangsstoffen | Niedriger als bei den Ausgangsstoffen |
| Temperaturumgebung | Sinkt, wenn keine Wärme nachströmt | Steigt, wenn Wärme nicht abgeführt wird |
Im Detail
Was ΔH über eine Reaktion aussagt
Die Reaktionsenthalpie ΔH beschreibt die Änderung der Enthalpie zwischen Ausgangsstoffen und Produkten. Bei konstantem Druck entspricht ΔH der ausgetauschten Wärme, sofern außer Volumenarbeit keine weitere Arbeit geleistet wird. Deshalb ist ΔH ein nützliches Maß, um endotherme und exotherme Reaktionen zu unterscheiden.
Vereinfacht kann man Enthalpie als eine thermodynamische Energiegröße betrachten. Bei einer endothermen Reaktion ist die Enthalpie der Produkte höher als die der Ausgangsstoffe; bei einer exothermen Reaktion ist es umgekehrt. Die Energie verschwindet dabei nicht: Sie wird zwischen dem betrachteten Reaktionssystem und seiner Umgebung übertragen.
Reaktion und Umgebung betrachten
Ob eine Umgebung wärmer oder kälter wird, hängt davon ab, ob Wärme abgeführt oder nachgeliefert werden kann. In einem gut isolierten Gefäß lässt sich oft die Temperaturänderung des Reaktionsgemischs oder des Kalorimeters beobachten. Ein Thermometer misst dabei die Temperatur am Messort – nicht unmittelbar das Vorzeichen von ΔH.
Wichtig ist, die Grenze des betrachteten Systems festzulegen. Betrachtet man die reagierenden Stoffe als System, bedeutet „endotherm“, dass Wärme von außen in dieses System fließt. Eine andere Wahl der Systemgrenze kann die Beschreibung der Energieübertragung verändern, nicht aber den Energieerhaltungssatz.
Wärmeaufnahme ist nicht dasselbe wie Aktivierungsenergie
Auch eine exotherme Reaktion muss oft erst gestartet werden. Zum Beispiel braucht Holz eine Zündquelle, bevor es brennt. Diese anfängliche Energie überwindet die Aktivierungsbarriere; sie macht die Verbrennung nicht endotherm.
Das lässt sich in einem Energiediagramm als „Energieberg“ vor der Reaktion darstellen. Ob die Produkte insgesamt höher oder niedriger liegen als die Ausgangsstoffe, entscheidet über endotherm oder exotherm. Die Höhe des Energiebergs beantwortet dagegen, wie viel Aktivierungsenergie für den Start nötig ist.
Nicht mit freiwillig oder unfreiwillig verwechseln
„Exotherm“ bedeutet nicht automatisch, dass eine Reaktion von selbst abläuft. Eine Reaktion kann Wärme abgeben und trotzdem unter bestimmten Bedingungen nicht spontan sein. Umgekehrt folgt aus „endotherm“ nicht zwingend, dass sie unmöglich ist.
Für die Frage, ob ein Vorgang unter bestimmten Bedingungen spontan abläuft, ist neben der Enthalpie auch die Entropie wichtig. Zusammen werden diese Größen in der Gibbs-Energie berücksichtigt. Endotherm und exotherm beschreiben dagegen zunächst nur die Wärmeübertragung beziehungsweise – bei konstantem Druck – das Vorzeichen von ΔH.
Woran erkennt man den Unterschied?
- Legen Sie fest, welche Stoffe zum Reaktionssystem gehören und was als Umgebung gilt.
- Beobachten Sie die Temperatur in einem geeigneten, sicheren Versuchsaufbau.
- Sinkt die Umgebungstemperatur durch Wärmeaufnahme, spricht das für eine endotherme Reaktion.
- Steigt die Umgebungstemperatur durch Wärmeabgabe, spricht das für eine exotherme Reaktion.
- Falls bekannt, prüfen Sie das Vorzeichen der Reaktionsenthalpie: positiv bedeutet endotherm, negativ exotherm.
Gemeinsamkeiten
- Beide Begriffe beschreiben Energieübertragungen bei chemischen Reaktionen.
- Beide beziehen sich auf den Vergleich von Ausgangsstoffen und Produkten.
- Beide lassen sich bei konstantem Druck über ΔH einordnen.
Häufiger Irrtum
Irrtum: „Eine exotherme Reaktion braucht keine Energie zum Starten.“
Richtig: Auch sie kann Aktivierungsenergie benötigen, etwa eine Flamme zum Entzünden von Holz.
Irrtum: „Endotherm bedeutet, dass eine Reaktion nicht ablaufen kann.“
Richtig: Endotherm beschreibt die Wärmeaufnahme, nicht ob eine Reaktion möglich oder spontan ist. Ob sie unter bestimmten Bedingungen spontan abläuft, hängt unter anderem von der Gibbs-Energie ab; die Wärme kann beispielsweise aus der Umgebung aufgenommen werden.
Häufige Fragen
Woran erkennt man eine endotherme Reaktion im Versuch?
Die Umgebung oder das Reaktionsgemisch kann sich abkühlen, weil Wärme in das Reaktionssystem fließt. Für eine sichere Einordnung sollte man Versuchsbedingungen und Messort berücksichtigen.
Ist Verbrennen immer exotherm?
Verbrennungen setzen typischerweise Wärme frei und sind exotherm. Eine Zündquelle kann trotzdem nötig sein, um die Reaktion in Gang zu bringen.
Was bedeutet ein positives ΔH?
Bei konstantem Druck bedeutet ein positives ΔH, dass das Reaktionssystem Wärme aufnimmt. Die Reaktion ist damit endotherm.
