Die Reaktionswärme – exotherm / endotherm

Bei jeder chemischen Reaktion finden Prozesse der Energieumwandlung statt. Da jede Substanz ein gewisses Potential hat, das chemische Energie genannt wird, können bei Prozessen Wärme, Licht, elektrischer Strom oder Bewegungsenergie in Erscheinung treten.

exotherm

Prozesse, die mehr Energie liefern(abgeben)
als sie zugeführt bekommen, heißen „exotherm“.

Die Verbrennungsprozesse von Holz, Kohle, Benzin und Diesel, Heizöl oder Wasserstoff sind exotherme Prozesse.
Auch das Lösen von Natriumhydroxid (NaOH) in Wasser oder das Verdünnen von Säuren verlaufen unter Erwärmung des Lösungsmittels.

Anwendungsbeispiel:

Bildquelle www.hotcan.com

Video zu den heißen Dosen

endotherm


Prozesse, die mehr Energie zugeführt bekommen,
als sie abgeben heißen „endotherm“.

Der berühmteste endotherme Prozess ist nur aktiv, wenn die Energiequelle Sonnenlicht verfügbar ist. Nachts stoppt der Prozess. Die Pflanzenwelt unseres Planeten nutzt die Photosynthese um aus Kohlendioxid und Wasser den Energiereichen Stoff Glucose(Traubenzucker) herzustellen und liefert das Nebenprodukt Sauerstoff. Lebensnotwendig für die Tierwelt.

Ein Salz, welches beim Lösen in 20°C warmem Wasser dem Lösungsmittel die Wärme entzieht, ist zum Beispiel Kaliumnitrat. Das Wasser kühlt bei Zugabe des Salzes ab. Die ersten Verfahren Erzeugung von Kälte waren die sogenannten Kältemischungen, bei denen man solche Salze mit Eis,Schnee oder Wasser mischte. So konnte man mit den unterkühlten Flüssigkeiten andere Gegenstände kühlen oder auch Wasser gefrieren. Die Idee des Kühlschrankes war nur noch einen Schritt entfernt.

Beispiel für eine endotherme Reaktion:

weitere Versuche:

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Die REDOX-Reaktion

Laufen Oxidation und Reduktion in einem System gleichzeitig ab, so nennt man diesen Prozess eine
REDuktions-OXidations -Reaktion oder kurz REDOX -Reaktion.

Voraussetzung ist, es gibt ein Oxid und einen Hilfsstoff, der den Sauerstoff des Oxids aufnehmen kann. So ein Stoff hilft, das Oxid zu reduzieren, er ist ein Reduktionsmittel und wird bei dem Prozess selbst oxidiert. Das Oxid selber ist also ein Oxidationsmittel.

Bei der RED-OX-Reaktion wird ein OXID reduziert und ein Hilfsstoff oxidiert.

Hier wird Eisenoxid durch Aluminium reduziert. Es entsteht Eisen.
Das Aluminium nimmt dabei den Sauerstoff auf und wird zu Aluminiumoxid oxidiert.

Hans GoldschmidtThermitverfahren

Die Versuche des Herrn Hans Goldschmidt zu Redox-Prozessen führten vor über 100 Jahren zu neuen Erkenntnissen in der Metallurgie. Dabei wurden Oxide von stark nachgefragten Metallen, wie Chrom, Mangan und dem Halbmetall Silizium in einer Hochtemperatur-Reaktion aus ihren Oxiden hergestellt.

So stellte Herr Goldschmidt ein Verfahren vor, mit dem es möglich sein sollte, eine gebrochene Eisenbahnschiene innerhalb weniger Arbeitsstunden zu schweißen. Für damalige Verhältnisse undenkbar, da der Austausch der Schiene Tage dauerte und zum „Schweißen“ flüssiger Stahl – also 1800°C heiß – vor Ort sein müsste. Eine Demonstration des Goldschmidtverfahrens fand weltweite Aufmerksamkeit.

Heute wird das aluminothermische Schweißenweltweit eingesetzt, da es immer noch die einfachste Art ist, flüssigen Stahl in kleinen Portionen an jedem Ort der Welt herzustellen um Schienenstöße miteinander zu verbinden und Reparaturen durchzuführen.

Der Schienenstrang wird von einer Form umgeben und vorgewärmt. Dann wird das Reaktionsgefäß mit dem Eisenoxid- Aluminium – Gemisch aufgesetzt. Die Reaktion des Gemisches wird mit einer Zündkirsche aktiviert und läuft dann stark exotherm von selbst ab. Die Schlacke – das aluminiumoxidhaltige Nebenprodukt – läuft in die seitlichen Schalen. Später wird die Gussform entfernt und die Bruchstelle entgratet.

Weiter zur Eisengewinnung durch den Hochofenprozess…

REDOX-Reaktion von Kupferoxid + Kohlenstoff

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Oxidation

…ist eine Art der chemischen Reaktion, bei der ein Stoff mit Sauerstoff reagiert.

Die Oxidation wird in der Chemie auch als Reaktion mit Elektronenabgabe definiert. Dies setzt jedoch die Kenntnis vom Verhalten der Elemente, Ionen oder Moleküle voraus, Stabilität über die Aufnahme oder Abgabe von Elementarteilchen der Außenschale zu regeln.

Lass uns zunächst die Oxidation als Reaktion der Elemente (Metalle/Nichtmetalle) mit Sauerstoff verstehen.

Element + Sauerstoff —> Oxid des Elements

Schwefel + Sauerstoff —> Schwefeloxid
Eisen + Sauerstoff —-> Eisenoxid
Blei + Sauerstoff —-> Bleioxid

Es gibt nur ein Element außer Sauerstoff, dass nicht auf einfachem Wege oxidiert werden kann und das ist Gold.
Willst Du mehr wissen?
Herstellung von Goldoxid

Es bilden sich Oxide!

Dabei unterscheidet man, die schnelle Oxidation, die auch Verbrennung genannt wird und die ->langsame (stille) Oxidation, die man auch Korrosion, Rosten oder Verwittern nennt.

Verbrennt man Magnesium an der Luft, so brennt dies mit einer grellen Lichterscheinung und großer Wärmeentwicklung.

Da Sauerstoff molekular (2-atomig) vorkommt, wird pro Sauerstoffatom ein Magnesiumatom verwendet.
Das ergibt dann auch 2 Magnesiumoxid-Baueinheiten.

Das weiße Reaktionsprodukt heißt Magnesiumoxid.
Es wird in der Bauindustrie als Bindemittel für Schäume eingesetzt und ist als sogenannter „Säureregulator“ sogar in Lebensmitteln (E 530) als Zusatzstoff (E-Stoff) zugelassen. Auf Grund seines hohen Schmelzpunktes (2800°C) wird es zur Herstellung von feuerfesten Steinen benutzt, die als Auskleidung in Öfen von Laborgeräten oder in Pfannen bei der Stahlherstellung benutzt werden.

weitere Oxidationen:

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Chemie App – Beaker

Beaker, das Becherglas ist eine App für das Handy, mit der Du untersuchen kannst, ob und wie Stoffe miteinander reagieren. Unter http://thix.co/beaker findest Du mehr Information. (Achtung! InAppKäufe sind möglich!)

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