Exothermer Prozess - Exothermic process

Explosionen gehören zu den heftigsten exothermen Reaktionen.

In der Thermodynamik bezeichnet der Begriff exothermer Prozess (exo-: „außen“) einen Prozess oder eine Reaktion, die Energie aus dem System an seine Umgebung abgibt , meist in Form von Wärme , aber auch in Form von Licht (z , oder Blitz), Elektrizität (z. B. eine Batterie) oder ein Geräusch (z. B. eine Explosion, die beim Verbrennen von Wasserstoff zu hören ist). Seine Etymologie stammt von der griechischen Vorsilbe έξω (exō, was „nach außen“ bedeutet) und dem griechischen Wort θερμικός (thermikόs, was „thermisch“ bedeutet). Der Begriff exotherm wurde zuerst von Marzellin Berthelot geprägt .

Das Gegenteil eines exothermen Prozesses ist ein endothermer Prozess, der Energie in der Regel in Form von Wärme aufnimmt. Das Konzept wird in den physikalischen Wissenschaften häufig auf chemische Reaktionen angewendet, bei denen chemische Bindungsenergie in thermische Energie (Wärme) umgewandelt wird.

Zwei Arten von chemischen Reaktionen

Exotherm und endotherm beschreiben zwei Arten von chemischen Reaktionen oder Systemen, die in der Natur vorkommen:

Exotherm

Nach einer exothermen Reaktion wurde mehr Energie an die Umgebung abgegeben als absorbiert wurde, um die Reaktion zu starten und aufrechtzuerhalten. Ein Beispiel wäre das Abbrennen einer Kerze, bei der die Summe der durch die Verbrennung erzeugten Kalorien (ermittelt durch Betrachtung der Strahlungswärme der Umgebung und des erzeugten sichtbaren Lichts, einschließlich der Temperaturerhöhung des Brennstoffs (Wachs) selbst, in die Sauerstoff umgewandelt wird heißes CO 2 und Wasserdampf) übersteigt die Anzahl der Kalorien, die anfänglich beim Anzünden der Flamme und in der Aufrechterhaltung der Flamme absorbiert wird (ein Teil der Energie wird resorbiert und zum Schmelzen, dann Verdampfen des Wachses usw Umwandlung der relativ schwachen Doppelbindung von Sauerstoff in die stärkeren Bindungen in CO 2 und H 2 O).

Endothermisch

Bei einer endothermen Reaktion oder einem endothermen System wird der Umgebung im Verlauf der Reaktion Energie entzogen, meist getrieben durch eine günstige Entropiezunahme im System. Ein Beispiel für eine endotherme Reaktion ist ein Erste-Hilfe-Kühlpack, bei dem die Reaktion zweier Chemikalien oder das Auflösen einer in einer anderen Kalorien aus der Umgebung erfordert und die Reaktion den Beutel und die Umgebung durch Aufnahme von Wärme kühlt. Die Herstellung von Holz durch Photosynthese ist ein endothermer Prozess: Bäume absorbieren Strahlungsenergie der Sonne und verwenden sie in endothermen Reaktionen wie der Zerlegung von CO 2 und H 2 O und der Rekombination der Atome, um Zellulose und andere organische Chemikalien sowie O . zu produzieren 2 . Das Holz kann später in einem Kamin verbrannt werden, wodurch die Energie von O 2 in Form von Wärme und Licht exotherm an die Umgebung, zB an das Innere eines Hauses, abgegeben wird.

Energiefreisetzung

Exotherm bezeichnet eine Umwandlung, bei der ein geschlossenes System Energie (Wärme) an die Umgebung abgibt, ausgedrückt durch

Q < 0 .

Erfolgt die Umwandlung bei konstantem Druck und ohne Austausch elektrischer Energie, ist die Wärme Q gleich der Enthalpieänderung , dh

H < 0 ,

während es bei konstantem Volumen nach dem ersten Hauptsatz der Thermodynamik gleich der inneren Energieänderung ist, dh

U = Q + 0 < 0 .

In einem adiabatischen System (dh einem System, das keine Wärme mit der Umgebung austauscht) führt ein ansonsten exothermer Prozess zu einer Temperaturerhöhung des Systems.

Bei exothermen chemischen Reaktionen nimmt die durch die Reaktion freigesetzte Wärme die Form von elektromagnetischer Energie oder kinetischer Energie von Molekülen an. Der Übergang von Elektronen von einem Quantenenergieniveau zu einem anderen bewirkt, dass Licht freigesetzt wird. Dieses Licht entspricht energetisch der Stabilisierungsenergie der Energie für die chemische Reaktion, dh der Bindungsenergie. Dieses freigesetzte Licht kann von anderen Molekülen in Lösung absorbiert werden, um molekulare Translationen und Rotationen zu bewirken, was zum klassischen Verständnis von Wärme führt. Bei einer exothermen Reaktion ist die Energie, die zum Starten der Reaktion benötigt wird, geringer als die Energie, die anschließend freigesetzt wird, sodass eine Nettoenergiefreisetzung erfolgt.

Beispiele

Eine exotherme Thermitreaktion mit Eisen(III)-oxid. Die nach außen fliegenden Funken sind Kügelchen aus geschmolzenem Eisen, die Rauch hinter sich herziehen.

Einige Beispiele für exotherme Prozesse sind:

Implikationen für chemische Reaktionen

Chemische exotherme Reaktionen sind im Allgemeinen spontaner als ihre Gegenstücke, endotherme Reaktionen .

Bei einer exothermen thermochemischen Reaktion kann die Wärme unter den Reaktionsprodukten aufgeführt werden.

Unterscheidung zwischen endotherm und endotherm

Die Begriffe „endotherm“ und „endotherm“ stammen beide aus dem Griechischen ἔνδον endon „innerhalb“ und θέρμη thermē „Wärme“, können jedoch je nach Kontext sehr unterschiedliche Bedeutungen haben.

In der Physik bezieht sich die Thermodynamik auf physikalische Eigenschaften von Materie und der Begriff "endotherm" wird verwendet, um eine Reaktion zu beschreiben, bei der Energie "innerhalb" aufgenommen wird (im Gegensatz zu einer "exothermen" Reaktion, die Energie "nach außen" freisetzt).

In der Biologie temperiert , ist die Fähigkeit eines Organismus , seine Körpertemperatur und den Begriff „aufrechtzuerhalten Endotherme “ bezieht sich auf einen Organismus, der so von „innerhalb“ durch Verwendung der Wärme , die durch seine internen Körperfunktionen (vs einem „Freigabe tun kann ectotherm “ , die ist auf externe Wärmequellen aus der Umgebung angewiesen), um eine angemessene Temperatur aufrechtzuerhalten.

Siehe auch

Verweise

Externe Links