Energiediagramm – Chemie, Erklärung und Beispiele

Erfahre, wie ein Energiediagramm den Verlauf chemischer Reaktionen darstellt und was Aktivierungsenergie bedeutet. Unterscheide zwischen exothermen und endothermen Reaktionen sowie deren Beispiele. Finde heraus, wie Katalysatoren die Reaktionsgeschwindigkeit beeinflussen.

Inhaltsverzeichnis zum Thema Energiediagramm

Das Quiz zum Thema: Energiediagramm und Aktivierungsenergie und exotherme Reaktion und endotherme Reaktion

Was beschreibt ein Energiediagramm in der Chemie?

Frage 1 von 5

Bei welcher Art von Reaktion haben die Ausgangsstoffe eine höhere Energie als die Produkte und es wird Energie freigesetzt?

Frage 2 von 5

Was ist die Aktivierungsenergie in einer chemischen Reaktion?

Frage 3 von 5

Wie kann die Reaktionsgeschwindigkeit einer chemischen Reaktion erhöht werden?

Frage 4 von 5

Welche Arten von Reaktionen erfordern eine Energiezufuhr, um abzulaufen?

Frage 5 von 5

Energiediagramm im Überblick

  • Ein Energiediagramm beschreibt den Verlauf einer chemischen Reaktion unter energetischen Gesichtspunkten.
  • Auf der x-Achse eines Energiediagramms ist der Reaktionsverlauf aufgetragen, auf der y-Achse die Energie der beteiligten Stoffe.
  • Es wird zwischen exothermen Reaktionen, die spontan ablaufen, und endothermen Reaktionen, die nur unter Energiezufuhr ablaufen, unterschieden.
  • Jede chemische Reaktion benötigt eine bestimmte Aktivierungsenergie, um starten zu können.
Energiediagramm und Aktivierungsenergie: Lernvideo

Quelle sofatutor.com

Energiediagramm und Aktivierungsenergie einfach erklärt – Definition

Ein Energiediagramm beschreibt den energetischen Zustand der Reaktionspartner im Verlauf einer chemischen Reaktion. Eine Reaktion verläuft exotherm, wenn im Energiediagramm die Ausgangsstoffe (Edukte) eine höhere Energie als die Produkte aufweisen. Eine exotherme Reaktion findet spontan statt, da im Reaktionsverlauf Energie freigesetzt wird. Eine endotherme Reaktion ist dadurch gekennzeichnet, dass im Energiediagramm die Edukte eine geringere Energie besitzen als die Produkte. Eine endotherme Reaktion verläuft nicht spontan, da eine Energiezufuhr erforderlich ist. Egal ob eine chemische Reaktion exotherm oder endotherm verläuft, immer muss eine Aktivierungsenergie zugeführt werden. Einfach erläutert beschreibt der Begriff Aktivierungsenergie in der Chemie die Mindestenergie, die aufgebracht werden muss, damit eine Reaktion abläuft. Im Energiediagramm ist die Aktivierungsenergie als Differenz zwischen dem Hochpunkt des Graphen und der Energie der Edukte zu erkennen. In der folgenden Abbildung sind Energiediagramm für eine exotherme und endotherme Reaktion dargestellt:

Energiediagramme chemischer Reaktionen

Beispiele für exotherme Reaktionen sind alle Verbrennungsvorgänge, die Reaktion von Kupfer mit Schwefel zu Kupfersulfid oder die Reaktion von Zink mit Schwefel zu Zinksulfid. Beispiel für eine endotherme Reaktion ist die Elektrolyse von Wasser.

Energiediagramm und Aktivierungsenergie mit Katalysator

Nach der Stoßtheorie findet eine chemische Reaktion statt, wenn zwei Teilchen ausreichend kinetische Energie haben und in der richtigen Orientierung aufeinanderstoßen. Die Reaktionsgeschwindigkeit ist abhängig von der Aktivierungsenergie, der Temperatur und der Konzentration der beteiligten Stoffe. 

Der Zusammenhang zwischen Aktivierungsenergie und Reaktionsgeschwindigkeit ist folgender: Je höher die Aktivierungsenergie, desto geringer ist die Reaktionsgeschwindigkeit. 

Die Aktivierungsenergie kann durch Katalysatoren gesenkt und damit die Reaktionsgeschwindigkeit erhöht werden. Katalysatoren sind Stoffe, die die Reaktionsgeschwindigkeit beeinflussen können, ohne selbst verbraucht zu werden. Sie beeinflussen also die Produktbildung nicht. In der folgenden Abbildung ist das Energiediagramm einer exothermen und endothermen Reaktion mit Katalysator dargestellt:

Energiediagramm chemischer Reaktionen mit Katalysator

Die Reaktion von A zu B ist exotherm, die Rückreaktion von B zu A verläuft endotherm.

Die Aktivierungsenergie spielt auch im Stoffwechsel der Organismen eine wichtige Rolle. Die Katalysatoren in biologischen Systemen werden als Enzyme bezeichnet. Enzyme senken die Aktivierungsenergie biochemischer Prozesse und beschleunigen so Stoffwechselvorgänge, wie z. B. die Zellatmung. Auch im Stoffwechsel kann zwischen exothermen und endothermen Reaktionen unterschieden werden, deren energetischen Eigenschaften in dieser Tabelle zusammengefasst sind:

Theorie Beschreibung
Adsorption und Benetzung Die Adsorption, also die Anlagerung von Flüssigkeiten und Gasen auf festen Oberflächen, ist die Ursache für die Bindung der Stoffe auf der Oberfläche.
mechanische Theorie Die mechanische Theorie besagt, dass sich die Phase eines Stoffs in Poren und Vertiefungen einer festen Oberfläche verklammert.
elektrostatische Theorie Die elektrostatische Theorie geht davon aus, dass sich an der Grenzfläche zwischen zwei Stoffen eine elektrische Doppelschicht ausbildet, die die Adhäsionskraft bewirkt. Ursache kann die Wechselwirkung permanenter Dipole sein.
Diffusionstheorie Die Diffusionstheorie erklärt die Adhäsion so, dass die beiden beteiligten Stoffe ineinander diffundieren und dabei Adhäsionskräfte gebildet werden.
chemische Bindung Diese Theorie setzt voraus, dass sich an der Grenzfläche zwischen zwei Stoffen chemische Bindungen ausbilden.

Häufig gestellte Fragen zum Thema Energiediagramm

Ein Energiediagramm beschreibt den Verlauf einer chemischen Reaktion unter dem Aspekt des Energieniveaus der Edukte und Produkte.

Bei einer exothermen Reaktion haben die Ausgangsstoffe (Edukte) eine höhere Energie als die Produkte. Sie läuft spontan ab und im Reaktionsverlauf wird Energie freigesetzt. Eine endotherme Reaktion ist dadurch gekennzeichnet, dass die Edukte eine geringere Energie besitzen als die Produkte. Eine endotherme Reaktion verläuft nicht spontan, da eine Energiezufuhr erforderlich ist.

Bei einer exothermen Reaktion wird Energie frei, was sich in der Entwicklung von Wärme oder einer Flammenbildung bemerkbar macht. Eine endotherme Reaktion läuft nur dann ab, wenn von außen Energie zugeführt wird.

Die Aktivierungsenergie ist die Mindestenergie, die aufgebracht werden muss, damit eine Reaktion abläuft. Dabei ist es egal, ob es sich um eine exotherme oder endotherme Reaktion handelt. Die Aktivierungsenergie kann durch Umstellen der Arrheniusgleichung berechnet werden.

In der Regel handelt es sich bei der Aktivierungsenergie um Strahlung, zum Beispiel Wärme oder Licht.

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