Die Bindungen, die Moleküle zusammenhalten, enthalten die in einer Substanz verfügbare chemische Energie. Eine chemische Reaktion ist jedoch ein komplexer „Tanz“ von Atomen und Molekülen. Unterschiedliche Reaktionen mit derselben Substanz können unterschiedliche Energiemengen erzeugen, manche Reaktionen verbrauchen sogar Energie.
TL; DR (zu lang; nicht gelesen)
Die Bindungen, die Moleküle zusammenhalten, enthalten die in einer Substanz verfügbare chemische Energie.
Arten von chemischen Bindungen
Alle Moleküle bestehen aus Atomen, die durch winzige Energiebündel miteinander verbunden sind. In der Chemie studiert man viele Arten von Bindungen, von denen einige stark und andere schwach sind. Die stärksten Bindungen enthalten die meiste Energie; die Schwächsten haben die wenigsten. Starke kovalente Bindungen bilden sich beispielsweise, wenn Atome Elektronen teilen, beispielsweise wenn sich Wasserstoff und Sauerstoff zu Wasser verbinden. Die ionischen Bindungen zwischen Natrium und Chlor in Kochsalz sind schwächer als kovalente Bindungen. Wasserstoffbrücken halten benachbarte Wassermoleküle zu Schneeflocken zusammen; diese Anleihen gehören zu den schwächsten.
Bilanzierung von Energie
Bei einer typischen Reaktion wird nicht die gesamte Energie jeder Bindung eines Moleküls verbraucht. Wenn eine Chemikerin die Energie misst, die bei einer chemischen Reaktion abgegeben wird, misst sie sorgfältig, wie viel von jedem Reaktanten, den sie hat, und zeichnet die Umgebungstemperatur und den Druck vor und nach dem Reaktion. Während der Reaktion werden einige chemische Bindungen aufgebrochen, andere bleiben unberührt und andere werden gebildet. Was zählt, ist die Nettoenergieänderung, die Sie erhalten, wenn die Reaktion abgeschlossen ist. Wenn sich die Energie in den Molekülbindungen am Ende zu einer kleineren Zahl summiert, wird meist Wärme an die Umgebung abgegeben. Wenn das Gegenteil der Fall ist, hat die Reaktion Wärme aus der Umgebung verbraucht.
Exotherm vs. Endotherme Reaktionen
Einige chemische Reaktionen geben Wärmeenergie ab, während andere der Umgebung Wärme entziehen. Reaktionen, die Wärme erzeugen, sind exotherm; diejenigen, die Wärme verbrauchen, sind endotherm. Wenn Sie zum Beispiel Holzscheite in einem Kamin verbrennen, verbinden sich Kohlenstoff und Wasserstoff im Holz mit Sauerstoff in der Luft zu Wärme, Kohlendioxid und Wasserdampf. Das ist Verbrennung, eine exotherme Reaktion. Wenn Sie Kochsalz in Wasser auflösen, ist die Endtemperatur der Lösung etwas niedriger als zu Beginn; dies ist eine endotherme Reaktion.
Spontan vs. Unspontane Reaktionen
Abhängig von der in der Umgebung vorhandenen chemischen Energie und den Substanzen selbst kann eine Reaktion von selbst starten oder zusätzliche Energie benötigen, um den Prozess in Gang zu setzen. Benzin ist beispielsweise eine Mischung aus Molekülen, die viel Energie enthalten, sich aber nicht selbst entzünden. Unter normalen Bedingungen brauchen sie einen Funken. Chemiker nennen Reaktionen, die zusätzliche Energie benötigen, nicht spontan. Andere Reaktionen, wie die Explosion, die Sie bekommen, wenn Sie Natriummetall in Wasser fallen lassen, laufen von selbst ab. Chemiker nennen diese Art von Reaktion spontan.
