Aktivierungsenergie und Reaktionsenergie am Beispiel der Kerze
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Grundlagen zum Thema Aktivierungsenergie und Reaktionsenergie am Beispiel der Kerze
Aktivierungsenergie am Beispiel der Kerze – Chemie
Stell dir einen Hügel vor. Du möchtest einen Ball diesen Hügel runterrollen lassen. Dazu musst du aber zuerst Energie aufwenden, um den Ball an die Spitze des Hügels zu bringen, bevor du ihn runterrollen lassen kannst. Bei chemischen Reaktionen ist das ähnlich. Um eine Reaktion in Gang zu bringen, muss zuerst Energie aufgewendet werden. Erst danach läuft sie von allein ab. Man spricht dann von der sogenannten Aktivierungsenergie. Wie das genau passiert, schauen wir uns im folgenden Text an einem Alltagsbeispiel für die Aktivierungsenergie an: an der Kerze.
Was ist Aktivierungsenergie? – Definition
Die Aktivierungsenergie ist die notwendige Mindestenergie für den Start einer chemischen Reaktion. Die Aktivierungsenergie ist also sozusagen eine energetische Barriere, die bei einer Reaktion von den Reaktionspartnern überwunden werden muss. Allgemein gilt dabei: Je niedriger die Aktivierungsenergie, desto schneller verläuft auch die Reaktion.
Was ist die Aktivierungsenergie bei einer Kerze? – Erklärung
Eine Kerze fängt nicht einfach so an zu brennen. Man muss sie zuerst entzünden. Dies geschieht durch Feuer – zum Beispiel mithilfe eines Streichholzes. Das Entzünden stellt bei unserem Beispiel die Aktivierungsenergie dar. Die Reaktion startet und läuft dann ohne weitere Zugabe von Energie ab. Der Ablauf dieser Verbrennungsreaktion kann in der Chemie in einem Koordinatensystem aufgezeichnet werden. Man nennt dies dann Reaktionsdiagramm. An der y-Achse wird die Energie der Stoffe eingetragen und die x-Achse stellt den Reaktionsverlauf dar. Links befinden sich Ausgangsstoffe, auch als Edukte bezeichnet, und rechts die Endstoffe, die auch Produkte genannt werden.
Im folgenden Diagramm ist der Energieverlauf bei der Verbrennungsreaktion, die beim Entzünden einer Kerze abläuft, dargestellt.
Sieht man sich nun den Reaktionsverlauf genau an, wird klar, dass die Teilchen einen großen Energieberg überwinden müssen, bevor die Reaktion von allein abläuft. Der Energieunterschied zwischen dem Energieniveau der Ausgangsstoffe und der Spitze des Energiebergs nennt man Aktivierungsenergie. Das ist die Mindestenergie, damit die Verbrennung (Chemie) ablaufen kann. Die frei werdende Energie nennt man auch Reaktionsenergie.
Vergleich der Aktivierungsenergien bei Kerze und Benzin
Im Folgenden wollen wir nun die Entzündung von zwei brennbaren Stoffen vergleichen – die der Kerze und jene von Benzin. In einem Experiment versuchen wir, die Kerze und das Benzin mithilfe eines Streichholzes und eines Glimmspans (glühendes Holzstückchen) zu entzünden. Die Ergebnisse sehen wie folgt aus:
| Glimmspan | Streichholz | |
|---|---|---|
| Kerze | Reaktion läuft nicht ab. | Reaktion läuft ab. |
| Benzin | Reaktion läuft ab. | Reaktion läuft ab. |
Will man eine Kerze entzünden, benötigt man also eine offene Flamme, bei Benzin reicht ein Glimmspan. Bei der Kerze müssen die Teilchen einen hohen Energieberg überwinden. Beim Benzin ist dieser Berg viel kleiner. Das heißt, die benötigte Aktivierungsenergie bei der Kerze ist also größer als bei Benzin. Würde man die beiden Aktivierungsenergien in einem Diagramm darstellen, wäre der Energieberg bei der Kerze also höher als beim Benzin.
Schlussfolgerung: Bei jeder chemischen Reaktion muss eine gewisse Aktivierungsenergie aufgebracht werden, damit die Reaktion ablaufen kann. Wie groß die aufzuwendende Aktivierungsenergie ist, hängt dabei von den Reaktionspartnern ab.
Dieses Video
In diesem Video wird die Aktivierungsenergie bei der Kerze einfach erklärt. Du lernst, was unter der Aktivierung und der Aktivierungsenergie einer chemischen Reaktion zu verstehen ist. Dazu wird geklärt, welche Hilfsmittel man braucht, um gewisse Dinge zu entzünden oder zu aktivieren und warum dabei Unterschiede bei verschiedenen Stoffen auftreten können. Im Anschluss werden die Begriffe Mindestenergie und Aktivierungsenergie anhand von Reaktionsdiagrammen erklärt.
Nun bist du bestens auf die Schule vorbereitet. Im Anschluss an das Video und diesen Text findest du Übungsaufgaben und Arbeitsblätter zum Thema Aktivierungsenergie am Beispiel der Kerze, um dein neu erlerntes Wissen zu überprüfen. Viel Spaß!
Transkript Aktivierungsenergie und Reaktionsenergie am Beispiel der Kerze
Hallo und herzlich willkommen. Dieses Video heißt „Die Kerze braucht Aktivierung“. An Vorkenntnissen solltest du dich bereits mit Verbrennung und Brennbarkeit gut auskennen. Ziel des Videos ist es, dass du die Begriffe „Aktivierung“ und „Aktivierungsenergie“ bei einer chemischen Reaktion verstehst. Kerzen, vor allem brennende, hat jeder von euch schon einmal gesehen. Auch wir wollen heute eine Kerze untersuchen. Ich möchte nun einmal versuchen, diese Kerze mit einem Glimmspan zu entzünden. Den Glimmspan verschaffe ich mir mit Hilfe einer zweiten Kerze, die bereits brennt. Am Span sieht man in der Dunkelheit sehr schön die Glut. So sehr ich mich auch bemühe, die Kerze mit dem Glimmspan zu entzünden, es gelingt mir nicht. Nun versuche ich das Gleiche noch einmal mit einem Streichholz. Das brennende Streichholz hat eine offene Flamme im Unterschied zum Span. Die Flamme ist viel heißer als die Glut. Problemlos gelingt es mir, die Kerze zu entzünden. Die Verbrennung wurde in Gang gesetzt, die chemische Reaktion läuft ab. Nun wollen wir die Entzündung von Benzin betrachten. Ich gieße etwas Reinigungsbenzin auf die Unterseite einer umgestülpten Tasse. Das Benzin möchte ich mit einem Streichholz entzünden. Das Streichholz brennt, es entwickelt eine Flamme. Ich halte das brennende Streichholz an das Benzin. Das Benzin entzündet sich augenblicklich. Nun versuchen wir das Gleiche noch einmal mit einem Glimmspan. Der Glimmspan hat keine offene Flamme, er hat nur Glut. Ich führe ihn an das Benzin heran und dieses entzündet sich sofort. Ein glühender Glimmspan kann Benzin zum Brennen bringen. Vergleichen wir noch einmal Benzin auf der einen Seite und die Kerze auf der anderen Seite. Wir konnten sowohl Benzin als auch die Kerze mit dem brennenden Streichholz entzünden. Mit dem Glimmspan haben wir Benzin zum Brennen gebracht, die Kerze hingegen nicht. Warum kann man Benzin mit Streichholz und Glimmspan entzünden, die Kerze aber nur mit dem Streichholz? Für jeden realen Prozess benötigt man eine Mindestenergie. Nehmen wir die Achterbahn. Um einen Berg zu überqueren, muss der Wagen zuerst auf eine bestimmte Höhe hinaufgebracht werden. Das heißt, er muss eine Mindestenergie erreichen. Betrachten wir nun einmal die Verbrennung. An der y-Achse wollen wir die Energie der Stoffe eintragen. Am besten lässt sich der Energieverlauf in einem Koordinatensystem darstellen. Die x-Achse symbolisiert den Reaktionsverlauf. Ich stelle zunächst die Energie der Kerze schematisch dar. Dann trage ich die Energie der Verbrennungsprodukte ein. Während der Reaktion findet ein solcher Energieverlauf statt. Die Teilchen haben einen „Energieberg“ zu überwinden. So, als ob ein Wanderer am Tal eine Wanderung über den Energieberg vornehmen möchte. Der Aufstieg ist zunächst sehr mühsam. Am Gipfel kann man sich ausruhen. Vom Tal bis zum Gipfel war es sehr schwer. Der Abstieg ist leicht. und schließlich kommt man im Tal an. Ebenso benötigen unsere Teilchen vom Tal der Kerze bis hin zum Gipfel eine „Aktivierung“. Der Energieunterschied zwischen Gipfel des Berges und dem Tal der Kerze bezeichnet man als „Aktivierungsenergie“. Das ist die Mindestenergie, damit die Verbrennung ablaufen kann. Wir wollen nun einmal die Aktivierungsenergien der Kerze und des Benzins miteinander vergleichen. Wir tragen wieder Energien gegen den Reaktionsverlauf ab. Bei der Kerze haben die Teilchen einen hohen Energieberg zu überwinden, beim Benzin ist der Berg viel kleiner. Beide Verbrennungen haben unterschiedliche Aktivierungsenergien. Die Aktivierungsenergie für die Verbrennung der Kerze ist größer als die Aktivierungsenergie für die Verbrennung des Benzins. Wir kommen nun zu den Ergebnissen: Bei der Verbrennung ist eine Kerze schwerer entzündbar als Benzin. Man benötigt eine offene Flamme für die Kerze, bei Benzin reicht ein Streichholz. Erklärung: Die Aktivierungsenergie, Mindestenergie, ist bei der Kerze größer als bei Benzin. Verallgemeinerung: Bei jeder chemischen Reaktion müssen die reagierenden Teilchen die Aktivierungsenergie erreichen, damit die Reaktion ablaufen kann. Ja meine Lieben, das war’s schon wieder für heute. Und wem das zu leicht war, ich betone noch einmal, steht zwar vorne drin, das ist für die siebte, achte Klasse und vielleicht auch für Schülerinnen und Schüler, die noch in den Jahrgangsstufen darunter sind. Ich wünsche euch alles Gute und viel Erfolg, tschüss!
Aktivierungsenergie und Reaktionsenergie am Beispiel der Kerze Übung
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Benenne die Voraussetzungen, die erfüllt werden müssen, damit eine Reaktion abläuft.
TippsIst es für den Ablauf einer Reaktion besser, wenn die benötigte Aktivierungsenergie sehr hoch ist?
LösungEine Reaktion läuft nur dann ab, wenn den Ausgangsstoffen genügend Energie zugeführt wird, um die Reaktion zu starten. Die dazu benötigte Energie heißt Aktivierungsenergie.
Wie hoch diese Aktivierungsenergie ist, hängt davon ab, welche Stoffe miteinander reagieren sollen. Bei einer Verbrennung reagiert der verbrennende Stoff (z.B. Kerzenwachs) mit Sauerstoff.
Beim Entzünden der Kerze mit einer Flamme wird der Reaktion genug Energie zugeführt, damit die Aktivierungsenergie erreicht wird. Die Reaktion startet und läuft nun ohne weitere Zugabe von Energie ab.
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Erkläre, warum sich die Kerze nicht mit dem Glimmspan anzünden lässt.
TippsWas entzündet sich bei einer niedrigeren Temperatur?
LösungDamit eine Reaktion stattfindet, muss die Aktivierungsenergie erreicht werden. Diese Energie muss meist von außen zugeführt werden, so wie zum Beispiel die Batterie im Auto die Verbrennungsreaktion von Benzin startet.
Bei Benzin ist diese Energie so niedrig, dass der Glimmspan genügt, um die restliche Energie zuzuführen. Kerzenwachs besteht, wie Benzin auch, aus Kohlenwasserstoffen. Allerdings sind diese deutlich größer als beim Benzin. Daher sind die Moleküle träger und benötigen mehr Energie, um sich schneller zu bewegen. Aus diesem Grund braucht man die Wärmeenergie einer offenen Flamme, um eine Kerze zu entzünden.
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Ermittle die Aktivierungsenergie, die benötigt wird, um eine Verbrennung durchzuführen.
TippsReicht der Glimmspan bei Gas aus, um es zu entzünden?
LösungBei einer Verbrennung reagiert Sauerstoff mit der verbrennenden Substanz. Da diese Reaktion nur durch eine äußere Aktivierung abläuft, muss der Reaktion Energie zugeführt werden. Brennen die einzelnen Stoffe, so ist keine weitere Zufuhr von Energie nötig und es kann Energie aus der Verbrennung gewonnen werden.
Für die Entzündung des Gases reicht schon ein Funke. Ein gutes Beispiel ist hier das Feuerzeug, das du aus dem Haushalt kennst. Es ist mit Propan und Butan gefüllt. Ein Funken des Zündsteins reicht aus, um das Gas zu entzünden.
Um die Verbrennung von Benzin zu starten, genügen der Glimmspan oder etwas Glut. Für die Kerze wird eine Flamme benötigt. Sie ist heißer als die Glut des Glimmspans.
Um das Holz zu entzünden, benötigst du deutlich mehr Energie. Diese kann über einen längeren Zeitraum einwirken oder man nimmt eine heißere Flamme.
Steine sind Mineralien, die meist aus Oxiden bestehen. Es ist also bereits verbranntes Material, da es mit Sauerstoff reagiert hat. Egal wie viel Energie hineingesteckt wird, es wird sich nicht entzünden.
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Benenne Möglichkeiten, wie der Reaktion Aktivierungsenergie zugeführt werden kann.
TippsIst Licht Energie?
Kann man eine Reaktion mit mechanischer Energie starten?
LösungDie benötigte Aktivierungsenergie kann durch Erwärmen des Reaktionsgemisches, durch energiereiches Licht oder auch durch mechanische Energie (Rühren, Schütteln) zugeführt werden. Das ist, wie du weißt, abhängig von der benötigten Aktivierungsenergie.
Wird die Aktivierungsenergie nicht erreicht, kann auch keine Reaktion ablaufen.
Diese Energie kannst du dir als die minimal benötigte kinetische Energie (Bewegungsenergie) vorstellen, die gebraucht wird, damit bei einem Zusammenstoß der Edukte das neue Produkt gebildet wird. Die Teilchen brauchen also eine bestimmte Geschwindigkeit, damit sogenannte wirksame Zusammenstöße zustande kommen. Erst durch diese Stöße kann sich das Produkt (oder mehrere Produkte) bilden und so die Reaktion ablaufen.
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Begründe das Verbot von Rauchen und offenem Feuer an Tankstellen.
TippsWas macht Benzin gefährlich für uns?
Autolack ist sehr beständig gegen äußere Einflüsse.
LösungSowohl Benzingase als auch flüssiges Benzin können sich bereits durch Glut entzünden. Allerdings ist das Brennen von Benzin, das im Boden versickert ist, durch eine darauf geworfene Zigarette nur ein Hollywood-Mythos. Im Film wird für solche Szenen Ethanol verwendet.
Bilden sich allerdings Lachen und kleine Pfützen steigt die Gefahr der Entzündung durch äußere Hitzequellen. Feuer ist in der Nähe von Tankstellen also sehr gefährlich.
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Schätze die Aktivierungsenergie folgender Reaktionen und Prozesse ab.
TippsBei welchen Temperaturen laufen die Prozesse beim Backen ab?
Zucker und Kochsalz lösen sich leicht in Wasser. Dafür wird nicht viel Energie benötigt.
LösungIst die Aktivierungsenergie sehr niedrig, können Reaktionen schon durch die Umgebungstemperatur gestartet werden. Salz und Zucker sind in Wasser gut löslich. Daher reicht meist kurzes Rühren, um eine Lösung herzustellen. Ist das Wasser kalt kann es auch etwas länger dauern, da kaltes Wasser weniger Energie trägt als warmes.
Für die Korrosion von Eisen muss ebenfalls keine hohe Aktivierungsenergie überwunden werden. Diese läuft oft unbemerkt unter dem Auto ab.
Um Glas zu schmelzen oder Kohle zu entzünden, benötigt man sehr viel Wärme, die von außen zugeführt werden muss. Das Backen ist ein Prozess, bei dem sehr viele chemische Reaktionen stattfinden, die ohne die Wärmezufuhr des Backofens nicht ablaufen würden.
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Gutes Video ( ͡° ͜ʖ ͡°)
Eher ein langes Hölzchen wie ein Schaschlikstäbchen. Es wird gelöscht, bis es nur glimmt. Das erfordert etwas Geschick und gelingt nicht immer.
Alles Gute und viel Erfolg
so etwas ähnliches wie ein Streichholz???
was ist den ein glimmspan
Hi