Jede chemische Reaktion beinhaltet das Aufbrechen von Molekülbindungen und die mögliche Bildung neuer Bindungen. Ein Prozess, der Bindungen bricht, ist einer, der Energie freisetzt, und Wissenschaftler bezeichnen ihn als einen exergonischen Prozess. Andererseits erfordert die Bildung neuer Bindungen einen Energieeintrag, und Wissenschaftler bezeichnen einen solchen Prozess als endergonisch. Energie kann in vielen Formen freigesetzt oder absorbiert werden, darunter Licht, Strom und Wärme. Wenn Energie als Wärme freigesetzt wird, ist der Prozess exotherm, und wenn Wärme absorbiert wird, ist der Prozess endotherm. Eine endotherme Reaktion führt zu einer Nettotemperaturabnahme, da sie Wärme aus der Umgebung aufnimmt und die Energie in den bei der Reaktion gebildeten Bindungen speichert.
TL; DR (zu lang; nicht gelesen)
Endotherme Reaktionen absorbieren Energie aus der Umgebung und senken die Temperatur. Sie sind eine Art endogene Reaktion. In der Biologie sind anabole Prozesse Beispiele für endotherme Reaktionen.
Gleichung für endotherme Reaktionen
Die allgemeine Gleichung für endotherme Reaktionen lautet:
Edukte + Wärmeenergie --> Produkte
Eine Reaktion kann mehrere Prozesse umfassen, und einige davon können Wärme freisetzen, aber solange eine Reaktion eine Nettotemperaturabsenkung beinhaltet, ist die Reaktion endotherm. Dies ist möglich, weil eine chemische Reaktion immer entropieerhöhend abläuft. Exotherme Reaktionen hingegen sind solche, die Wärme freisetzen. Oxidationsreaktionen sind normalerweise exotherm, wie beispielsweise ein brennender Baumstamm.
Bildung von Stickoxid: Ein Beispiel für eine endotherme Reaktion, die jeden Tag in der Erdatmosphäre abläuft, ist die Verbindung von molekularem Sauerstoff mit molekularem Stickstoff zu Stickoxid. Chemiker wissen genau, wie viel Wärmeenergie für diese Reaktion benötigt wird. Die ausgeglichene Gleichung für diese Reaktion lautet:
O2 + N2 + 180,5 KJ --> 2 NO
In Worten, es erfordert 180,5 Kilojoule Energie, um diese Reaktion durchzuführen, und das ist auch gut so. Sonst wäre der gesamte Sauerstoff in der Atmosphäre längst aufgebraucht. Die Wärmeenergie für diese Reaktion stammt oft aus Autoabgasen.
Endotherme Prozesse sind nicht alle Reaktionen
Ein bekanntes Beispiel für einen endothermen Prozess ist das Schwitzen, der Prozess, bei dem der Körper als Kühlstrategie Wasser auf der Haut produziert. Es funktioniert, weil Wasser Energie absorbiert, wenn es seinen Zustand von einer Flüssigkeit zu einem Gas ändert. Dies ist ein endothermer Prozess, aber keine Reaktion, da eine Reaktion immer die Zerstörung oder Bildung chemischer Bindungen beinhaltet. Auf der anderen Seite führt das Drücken eines Instant-Kalt-Eisbeutels zu einer endothermen Reaktion. Eine Chemikalie in der Packung reagiert mit Wasser, um Energie zu absorbieren und das Wasser zu Eis zu gefrieren.
Beispiele aus der Biologie
Bei der Photosynthese nehmen Pflanzen Kohlendioxid aus der Atmosphäre auf und wandeln es in Glukose und Sauerstoff um. Der Prozess benötigt Energie in Form von Sonnenlicht und ist endogener als endotherm. Die Reaktionsgleichung lautet:
6CO2 (Kohlendioxid) + 6H2O (Wasser) + Sonnenlicht --> C6H12Ö6 (Glukose) + O2 (Sauerstoff)
Eine Reihe von endothermen Reaktionen sind für den Stoffwechsel von Säugetieren und Menschen wichtig. Viele davon treten in Zellen auf, und wenn sie dies tun, nennen Wissenschaftler sie anabole Reaktionen, im Gegensatz zu katabolen Reaktionen, die Energie freisetzen. Einige dieser Reaktionen umfassen:
- Aminosäuren verbinden sich zu Peptiden.
- Kleine Zuckermoleküle verbinden sich zu Disacchariden.
- Glycerin reagiert mit Fettsäuren zu Lipiden.