4.

Chemische Energetik

Bei allen chemischen Reaktionen bleibt die Gesamtenergie des vorliegenden Systems erhalten. Man kann eine Reaktion zumindest gedanklich meist in zwei Einzelschritte aufteilen. Zuerst werden die Bindungen der anfangs vorhandenen Substanzen (der Reaktanten bzw. Edukte) gespalten oder gedehnt, und dann fügen sich die Produkte aus den Molekülteilen zusammen, wobei neue Bindungen entstehen. Zum Aufbrechen einer Bindung, d. h. zum Abtrennen eines Molekülteiles, ist eine bestimmte Energiemenge erforderlich. Dieselbe Energiemenge wird frei, wenn sich die gleiche Bindung (wieder) bildet. Ist viel Energie zum Aufbrechen nötig, so spricht man von einer starken Bindung, denn sie setzt der Spaltung einen hohen Widerstand entgegen. Wenn also in den Produkten stärkere Bindungen entstehen, als in den Reaktanten gespalten wurden, so wird bei der Reaktion Energie an die Umgebung abgegeben, meist in Form von Wärme. Die Reaktion wird dann exotherm genannt. Werden stärkere Bindungen gebrochen als gebildet, so muss aus der Umgebung Wärme (oder eine andere Energieform) zugeführt werden, damit die Reaktion ablaufen kann. Dies ist eine endotherme Reaktion.

Endotherme Reaktionen gehen praktisch immer mit der Dissoziation, der Spaltung, von Molekülen einher, so dass hinterher mehr Teilchen vorhanden sind als zuvor. Man kann das Ausmaß dieses Effekts als eine Zunahme der Entropie des Systems messen. Das Bestreben, starke Bindungen zu bilden und die Teilchenzunahme drückt man gemeinsam durch die Änderung der so genannten freien Enthalpie des Systems im Verlauf der Reaktion aus. Alle bei konstantem Druck und konstanter Temperatur freiwillig ablaufenden Vorgänge sind durch eine Zunahme der freien Enthalpie gekennzeichnet – in diesem Zusammenhang sei betont, dass der Betrag zunimmt, denn für freiwillig ablaufende Prozesse nimmt die freie Enthalpie einen negativen Wert ein. Während dieses so genannten exergonischen Vorgangs tritt entweder eine Zunahme der mittleren Bindungsstärke bzw. eine Zunahme der Teilchenanzahl oder beides ein. Siehe physikalische Chemie; Thermodynamik.