11 Exotherme Reaktionsbeispiele: Detaillierte Erläuterungen

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In diesem Artikel „Exotherme Reaktionsbeispiele“ werden verschiedene Arten von Beispielen und einige numerische Probleme mit Lösungen zur exothermen Reaktion kurz diskutiert.

Die Beispiele sind-

  1. Verbrennungsreaktion
  2. Neutralisierungsreaktion
  3. Korrosionsreaktion
  4. Kristallisation von Natriumacetat oder „Hot Ice“
  5. Herstellung eines Eiswürfels
  6. Kernspaltung von Uran (U-235)
  7. Atmung
  8. Bildung von Ionenpaaren
  9. Reaktion zwischen Wasser und Calciumchlorid
  10. Thermit-Reaktion
  11. Zersetzung von Gemüse zu Kompost
  12. Lösung von Schwefelsäure und Wasser

Was ist eine exotherme Reaktion?

Exotherme Reaktion wird in der Thermodynamik als eine Art von Reaktion definiert, bei der Energie in Form von Wärme (manchmal in Form von Licht, Schall oder Elektrizität) vom System an die Umgebung abgegeben wird.

Bei einer exothermen Reaktion ist die Enthalpieänderung (ΔH) negativ (kleiner Null).

exotherme reaktionsbeispiele
Energiediagramm einer exothermen Reaktion.
Bild-Kredit: Wikimedia Commons

Um mehr zu erfahren, folgen Sie bitte: N2 polar oder unpolar: Warum, wie, Eigenschaften und detaillierte Fakten

Verbrennungsreaktion

Die Verbrennungsreaktion ist ein gut bekanntes Beispiel einer exothermen Hochtemperaturreaktion. Die Verbrennung ist im Grunde eine chemische Redoxreaktion, bei der jede Verbindung wird in Gegenwart von Luftsauerstoff oxidiert und meistens werden oxidierte gasförmige Produkte erhalten.

Die ausgewogene Gleichung der Methanverbrennung ist unten geschrieben:

CH4 + 2O2 = CO2 + 2H2O

Neutralisierungsreaktion

Die Neutralisationsreaktion ist eine Art von Reaktion, bei der Säure durch tropfenweise Zugabe einer Base neutralisiert wird. Dies ist also eine Art der Titration. Nach Neutralisation kein überschüssiges H+ oder OH- Ion bleiben im Reaktionsmedium unreagiert.  

Für einen Neutralisierungsreaktion, ist die Enthalpieänderung (ΔH) immer negativ.

HCl + NaOH = NaCl + H2O

Um mehr zu erfahren, gehen Sie bitte durch: Ist HBr ionisch oder kovalent: Warum? Wie, Eigenschaften und detaillierte Fakten

Korrosionsreaktion

Korrosion ist eine Art von Oxidationsreaktion bei dem ein sauerstoffhaltiges Gas (Luft) an der Oberfläche eines Metalls angreift und ein Oxid bildet.

Das Rosten von Eisen ist eine Art von Korrosionsreaktion, weil während des Rostens Eisenmetall durch Luftsauerstoff bei normaler Temperatur in Gegenwart von Feuchtigkeit oxidiert wird.

4Fe + 3O2 +2xH2O = 2Fe2O3.xH2O

Kristallisation von Natriumacetat oder „Hot Ice“

Festes Natriumacetat-Trihydrat wird über 330 K erhitzt und die drei Kristallwassermoleküle werden eliminiert und der wasserfreie Kristall wird in Wasser gelöst.  Der Kristall wird bei 352 K vollständig aufgelöst. Die Hydratationswärme von Natriumacetat-Trihydrat (ΔHhyd) liegt über 40 kcal/mol, ein endothermer Prozess. Somit ist der umgekehrte Prozess, die Kristallisation, ein exothermer Prozess.

Herstellung eines Eiswürfels

Die Bildung von Eis aus Wasser ist ein Beispiel für eine Phasenänderung Reaktion. Während dieses Phasenwechsels wird eine gewisse Energiemenge in Form von Wärme an die Umgebung abgegeben. Wasser gefriert unter 273 K und gibt etwas Energie in Form von Wärme an die Umgebung ab, um Eis zu bilden. Wenn Wasser bei 273 K gefriert und bei derselben Temperatur Eis bildet, dann ist die freigesetzte Energiemenge gleich der latenten Wärme (80 cal/g).

Um mehr zu erfahren, folgen Sie bitte: Peptidbindung vs. Disulfidbindung: Vergleichende Analyse und Fakten

Kernspaltung von Uran (U-235)

Die Kernspaltung erzeugt eine große Menge an Energie, da bei der Kernspaltung nach diesem Gesetz Masse in Energie umgewandelt wird ΔE= Δm×c2. Bei der Spaltungsreaktion wird der Kern eines beliebigen Atoms in zwei kleine Atome aufgespalten, indem ein Neutron (0n1) angegriffen wird. Es ist auch ein Beispiel Kette Reaktion, da bei jedem Schritt der Kernspaltung ein Neutron erzeugt wird und dieses neu erzeugte Neutron einen anderen Urankern angreifen kann.

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Kernspaltung.
Bild-Kredit: Wikimedia Commons

Atmung

Aerob u anaerobe Atmung kommt in den Mitochondrien einer Zelle vor und erzeugt Wärmeenergie, um bei verschiedenen biologischen Aktivitäten im lebenden Organismus zu helfen. Also, in der Liste der exothermen Reaktionsbeispiel Atmung muss einbezogen werden. 38 ATP- und 2 ATP-Freisetzungen pro Glukosemolekül für aerobe bzw. anaerobe Atmung. Bei der aeroben Atmung werden fast 3000 KJ/mol Energie freigesetzt, wenn Glukose (Lebensmittel) durch Sauerstoff oxidiert wird.

C6H12O6 + 6O2 = 6CO2 + 6H2O+ Energie

Bildung von Ionenpaaren

Die Bildung von Ionenpaaren oder Ionenassoziation ist definiert als wenn zwei Ionen mit entgegengesetzter elektrischer Ladung in einer Lösung miteinander in Kontakt kommen und eine unterschiedliche chemische Einheit bilden. Diese beiden positiv und negativ geladenen Ionen kommen aufgrund der elektrostatischen Anziehungskraft zwischen ihnen in Kontakt. Bei der Bildung dieser ausgeprägten ionischen Einheit wird die Energiefreisetzung und ΔH negativ.

Um mehr zu erfahren, überprüfen Sie bitte: Bildung von Peptidbindungen: Wie, warum, wo, umfassende Fakten dazu

Reaktion zwischen Wasser und Calciumchlorid

Beim Mischen von Calciumchlorid (CaCl2) mit Wasser entsteht eine enorme Energiemenge und damit eine Beispiel einer chemischen exothermen Reaktion. Salzsäure Säure und Calciumoxid werden als Produkt erhalten.

CaCl2 + H2O = Ca(OH)2 + HCl

Thermit-Reaktion

Reaktion von Eisenoxid mit Aluminium wird als Thermit-Reaktion bezeichnet und die Mischung dieser beiden Verbindungen ist als Thermit bekannt. Diese beiden Reaktanten müssen in Pulverform vorliegen. Diese Reaktion setzt im Allgemeinen mit Aluminiumoxid, elementarem Eisen und Licht viel Energie frei.

Fe2O3 + 2 Al = 2 Fe + Al2O3

Zersetzung von Gemüse zu Kompost

Diese Zersetzung wird von Mikroben durchgeführt und erfordert eine größere Energiemenge, um die in diesen Gemüsen vorhandenen chemischen Bindungen aufzubrechen. Diese Reaktion verläuft ebenfalls über einen exothermen Weg.

Lösung von Schwefelsäure und Wasser

Schwefelsäure reagiert sofort mit Wasser und es ist eine stark exotherme Reaktion. Deshalb wird nicht Wasser in das Becherglas konzentrierte Schwefelsäure gegossen, sondern Schwefelsäure langsam in Wasser zugegeben. Nach der Zugabe von Wasser in die Säure beginnt diese zu kochen und die Temperatur erreicht innerhalb kurzer Zeit einen sehr hohen Wert.

Verschiedene numerische Probleme bei exothermen Reaktionen werden unten diskutiert.

1. Betrachten Sie die Reaktion der Wasserbildung. 2H2 (g) + O.2 (g) = 2H2O (g). Die Bindungsdissoziationsenergie der HH-Bindung O=O-Bindung und OH-Bindung beträgt 105 kcal/mol bzw. 119 kcal/mol bzw. 110 kcal/mol. Berechnen Sie die aufgenommene und abgegebene Energiemenge und geben Sie diese als exotherme oder endotherme Reaktion an.

Antwort: Die ausgeglichene Gleichung der Wasserbildung ist-

2H2 (g) + O.2 (g) = 2H2O (g).

Auf der Reaktantenseite beträgt die Gesamtenergie der Reaktanten =2 (H-H-Bindung) + 1 (O=O-Bindung) = {(2 × 105) + 119} kcal/mol = 329 kcal/mol

Auf der Produktseite ist die Gesamtenergie des Wassermoleküls = 4 (OH-Bindung)

= (4×110) kcal/mol = 440 kcal/mol Enthalpieänderung (ΔH) = Enthalpie des Bindungsbruchs – Enthalpie der Bindungsbildung = (329-440) kcal/mol. = -111 kcal/mol

Es handelt sich also um eine exotherme Reaktion (Enthalpieänderung negativ).

2. Berechnen Sie die freigesetzte Energie in der folgenden Kernspaltungsreaktion- 238U = 95Sr + 140 Xe + 3n.

Die Atommasse von 238U= 238.050784 amu, 95Sr = 94.919388 amu, 140Xe = 139.921610 amu und Neutronenmasse (0n1) = 1.008665 amu.

Antwort: Masse der Produkte = {94.919388 + 139.921610 + (3×1.008665)} amu = 237.866993 amu. Masse des Reaktanten = 238.050784 amu Massendefekt = (238.050784 – 237.866993) amu = 0.183791 amu. Durch Massendefekt freigesetzte Energie = Δm×c2 = 171.20 MeV.

3.Berechnen Sie del H für die Reaktion 2NO2 (g) = N2 (g) + 2O2 (G)

Die Enthalpieänderungen für die unten angegebene Reaktion

2NO (g) = N2 (g) + O.2 (g) ΔH = -180.5 KJ NEIN2 (g) = NEIN (g) + (1/2) O2 ΔH = 57.06 KJ

Antwort: 2NO (g) = N2 (g) + O.2 (g)                                                                                                (2nd Reaktion× 2) NEIN2 (g) = NEIN (g) + (1/2) O2

Die resultierende Gleichung ist = 2NO2 (g) = N2 (g) + 2O2 (g) Somit beträgt die Enthalpieänderung dieser Reaktion (ΔH) = {-180.5 + (2×57.06)} KJ = -66.38 KJ.

Häufig gestellte Fragen (FAQ)

Wie kann die Geschwindigkeit einer exothermen Reaktion erhöht werden?

Antwort: Exotherme oder endotherme Reaktion hängt von der Temperatur ab. Wenn die Temperatur des Reaktionsmediums erhöht wird, wird das Ausmaß der exothermen Reaktion erhöht.

Was ist der Unterschied zwischen einer exothermen und einer endothermen Reaktion?

Endotherme Reaktion Exotherme Reaktion
Endotherme Reaktion absorbiert Energie Exotherme Reaktion setzt Energie frei.
Die Enthalpieänderung (ΔH) ist positiv. Die Enthalpieänderung (ΔH) ist negativ.
Eine Verringerung der Temperatur erhöht die Reaktionsgeschwindigkeit Eine Erhöhung der Temperatur begünstigt die Hinreaktion.

Wie groß ist die Entropieänderung bei einer exothermen Reaktion?

 Antwort: Bei einer exothermen Reaktion nimmt die Umgebungsentropie immer zu, wenn Energie vom System an die Umgebung abgegeben wird.

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