Aktivierungsenergie und Reaktionsenergie am Beispiel der Kerze

Aktivierungsenergie und Reaktionsenergie am Beispiel der Kerze Übung

• Benenne die Voraussetzungen, die erfüllt werden müssen, damit eine Reaktion abläuft.

  Tipps

  Ist es für den Ablauf einer Reaktion besser, wenn die benötigte Aktivierungsenergie sehr hoch ist?

  Lösung

  Eine 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.

• Erkläre, warum sich die Kerze nicht mit dem Glimmspan anzünden lässt.

  Tipps

  Was entzündet sich bei einer niedrigeren Temperatur?

  Lösung

  Damit 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.

• Ermittle die Aktivierungsenergie, die benötigt wird, um eine Verbrennung durchzuführen.

  Tipps

  Reicht der Glimmspan bei Gas aus, um es zu entzünden?

  Lösung

  Bei 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.

• Benenne Möglichkeiten, wie der Reaktion Aktivierungsenergie zugeführt werden kann.

  Tipps

  Ist Licht Energie?

  Kann man eine Reaktion mit mechanischer Energie starten?

  Lösung

  Die 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.

• Begründe das Verbot von Rauchen und offenem Feuer an Tankstellen.

  Tipps

  Was macht Benzin gefährlich für uns?

  Autolack ist sehr beständig gegen äußere Einflüsse.

  Lösung

  Sowohl 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.

• Schätze die Aktivierungsenergie folgender Reaktionen und Prozesse ab.

  Tipps

  Bei welchen Temperaturen laufen die Prozesse beim Backen ab?

  Zucker und Kochsalz lösen sich leicht in Wasser. Dafür wird nicht viel Energie benötigt.

  Lösung

  Ist 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.