Motivation

Was ist Energie? Was hat die Chemie mit Energie zu tun und warum beschäftigen wir uns in diesem Themengebiet mit diesem Begriff? Dieses Themengebiet des ChemieLV-Basiswissens wird versuchen die oberen Fragen so zu beantworten, dass du etwas mit den Begriffen Energie und chemische Energetik anzufangen weist und lernst diese Konzepte auf verschiedene Situationen anzuwenden.

In der Chemie beschäftigen wir uns oft scheinbar nur mit vielen Reaktionsgleichungen, Summenformeln und Strukturformeln. Die chemische Energetik besitzt eine komplett andere Herangehensweise, als du es bisher gewöhnt bist. Wir arbeiten hier mit dem Begriff der Energie, welcher nicht leicht zu fassen ist und betrachten ganz Allgemein chemische Reaktionen unter energetischen Gesichtspunkten. Doch was bedeutet das?
Hast du dir schon einmal die Frage gestellt, warum manche Reaktionen einfach nicht bei Raumtemperatur ablaufen wollen. Oder warum manche Stoffe in ihren Aggregatszuständen stabiler sind als andere. Warum ist das so und was steckt dahinter? In diesem Themengebiet werden wir Antworten auf diese Fragen suchen und das Handwerkszeug kennen lernen, mit welchem wir diese Antworten finden können.

Ein wichtiger Begriff, der im Zusammenhang mit der chemischen Energetik zu nennen ist, ist der der chemischen Thermodynamik. Ganz allgemein bedeutet dieser Begriff Wärmelehre. Das ist jedoch etwas irreführend, da sich die chemische Thermodynamik auch mit den Energiegehalten von Stoffen und der Umverteilung dieser Energie zwischen verschiedenen Systemen beschäftigt. Wir werden diese ganzen unbekannten Begriffe wie Arbeit und System im Laufe dieses Themengebiets kennen lernen. Der Begriff der chemischen Thermodynamik ist also viel weiter gefasst, als die chemische Energetik, wird aber ab und zu hier zu sehen sein, da sehr wichtige Grundlagen in diesem Konzept verankert sind.

Das neue an diesem Themengebiet ist, dass wir uns hier bereits im Fachgebiet der physikalischen Chemie bewegen. Du wirst hier einen ganz anderen Ansatz der Chemie kennen lernen, der salopp ausgedrückt nicht direkt etwas mit dem Zusammenschütten von bunten Flüssigkeiten zu tun hat. Anzünden werden wir hier auch nichts, aber wir werden uns fragen, was passiert, wenn andere Leute etwas anzünden. Insbesondere warum es dann warm wird, woher dieser Wärme kommt und was Wärme eigentlich genau ist. Des Weiteren wird dieses Themengebiet ein bisschen abstrakter als die vorhergehenden. Das liegt daran, dass wir uns hier mit Größen beschäftigen, die wir nicht greifen können und die zunächst wenig intuitiv sind. Du wirst aber lernen, welche großartigen Möglichkeiten die chemische Energetik dir bietet und wie sie in vielen anderen Bereichen der Chemie eine fundamentale Rolle für deren Verständnis einnimmt.

Was bringt das Auto zum Fahren?

Wieso fahren unsere Autos eigentlich? Es muss einen Zusammenhang zwischen dem Treibstoff geben, den wir in das Auto geben und den Prozessen, die im inneren Ablaufen. Das es sich hierbei effektiv darum handelt, dass wir chemisch gebundene Energie in mechanische Energie umwandeln, ist auf den ersten Blick nicht sehr einleuchtend. Wie kann Energie chemisch gebunden sein und was müssen wir machen, damit diese umgewandelt werden kann? Du wirst die energetischen Grundlagen kennen lernen, die hinter der Verbrennung von Treibstoff stecken und wie wir diesen Prozess mit Mitteln der chemischen Energetik erklären und verstehen kö:nnen.

„Energie“ aus Energy-Drinks?

Wenn du wirklich ausgepowert bist und „neue Energie“ brauchst, dann geben dir manche Leute den Tipp einen Energy-Drink einzunehmen. Aber warum? Wieso sollen diese Getränke mehr Energie enthalten, als beispielsweise Wasser? Wir werden hier verstehen lernen, dass der Unterschied meist im Zuckergehalt der Getränke begründet liegt und warum Zucker eine energiereiche Verbindung ist.

Inhaltlicher Ausblick

Wir werden uns im Themengebiet chemische Energetik mit dem Systembegriff beschäftigen und mit den Beziehungen von Systemen zu ihrer Umwelt über die Systemgrenzen hinweg. Im nächsten Schritt werden wir den Energiebegriff näher beleuchten. Der Kernaspekt dieser Betrachtung liegt auf dem 1. Hauptsatz der Thermodynamik. Im Anschluss lernst du die Enthalpie kennen. Durch die Betrachtung von Enthalpieänderungen können wir nun darüber Aussagen treffen, ob bei einer chemischen Reaktion Energie frei wird oder benötigt wird.
Nachdem wir uns eingehend mit dem Energiebegriff beschäftigt haben, lernst du die Entropie kennen. Damit können wir uns dann auch der so genannten freien Enthalpie zuwenden. Mit deren Hilfe werden wir bestimmen können, ob chemische Reaktionen freiwillig oder unfreiwillig ablaufen bzw. ob sie sich im Gleichgewicht befinden.
Bevor wir das Kapitel mit den Anwendungen, in Form der Kalorimetrie abschließen, werden wir noch einen Blick auf die Grenzen der energetischen Betrachtung von Reaktionen werfen, das heißt, welche Informationen uns die chemische Energetik nicht liefert kann.