Was sind exotherme Reaktionen?
Phasenänderungen in Materie werden in zwei grundlegende Kategorien unterteilt: endotherm und exotherm. Exotherm bedeutet im Griechischen "äußere Hitze", im Gegensatz zu endothermer "innerer Hitze". Endotherme Reaktionen benötigen Wärme oder Energie, um neue chemische Bindungen zu bilden, z. B. wenn ein Eiswürfel zu einer Flüssigkeit geschmolzen und dann zu Dampf gekocht wird. Andererseits erzeugen exotherme Reaktionen mehr Energie als für ihre Erleichterung erforderlich ist, wodurch die Temperatur unmittelbar um die Reaktion steigt. Dies geschieht, wenn sich Regen in einer Wolke bildet und selbst wenn der Regen am Boden zu Eis gefriert.
Einige der anschaulichsten exothermen Reaktionen sind Flammen. Streichhölzer, Lagerfeuer, Feuerwerke und Raketen setzen exotherme Reaktionen ein, um Energie für eine Vielzahl von Zwecken zu erzeugen. Viele fördern endotherme Reaktionen wie das Backen von Brot, das Kochen von Suppen oder das Erwärmen der Hände. Exotherme Reaktionen geben jedoch nicht nur Wärme ab. Sie erfordern oft mindestens eine anfängliche Energieversorgung, die die sogenannte Aktivierungsenergie liefert. Bei exothermen Reaktionen ist die investierte Energie jedoch immer geringer als die insgesamt erzeugte Energie. Der Funke wird niemals größer sein als die Flamme.
Andere exotherme Reaktionen sind schwerer zu erleben. Wenn sich Rost auf Metall bildet, eine andere übliche exotherme Reaktion, scheint es, dass durch den Prozess keine Wärme abgegeben wird. Es wurde jedoch Wärme freigesetzt; Über mehrere Stunden erzeugt das Mischen von Eisen und Sauerstoff unter den richtigen Bedingungen von Feuchtigkeit, Licht und Temperatur Eisenoxid und ein Minimum an Wärme.
Die Wissenschaftler messen mit einem Kalorimeter, wie viel Wärme bei einem Phasenwechsel oder einer chemischen Reaktion entsteht. Dies beinhaltet die Durchführung der Reaktion in einem Wasserbad, um die erzeugte Temperaturänderung zu messen. Die Ergebnisse zeigen an, ob eine gegebene Reaktion endotherm oder exotherm ist.
Chemielehrer verwenden häufig eines oder mehrere sorgfältig überwachte Experimente, um die Prinzipien exothermer Reaktionen zu veranschaulichen. Die Lektion kann so einfach sein, wie ein Streichholz anzuzünden und zu erklären, wie ein Funke eine exotherme Reaktion zwischen Schwefel und Sauerstoff zur Erzeugung von Wärme auslöst. Ein anderes übliches Experiment besteht darin, Wasser und Calciumchlorid, ein Enteisungsmittel, das auch in tragbaren Heizpaketen verwendet wird, zu mischen und dann die durch die Reaktion erzeugte Wärmemenge zu messen.
Viele Forensiker untersuchen exotherme Reaktionen eingehend. Zunächst müssen sie lernen, wie verschiedene chemische Reaktionen ablaufen und wie viel Wärme erzeugt wird. Als Ermittler können sie mit diesem Wissen besser erkennen, was einen Brand oder eine Explosion verursacht hat - und bestimmen, wie sie in Zukunft am besten gelöscht werden können.