Bij elke scheikundige reactie is er een uitwisseling van energie.

Deze uitwisseling gebeurt niet alleen bij chemische reacties, zoals een verbranding of een ontleding, maar ook bij het oplossen van een stof of bij een faseovergang.

Maar hoe bereken je nou hoeveel energie er wordt uitgewisseld? Mr. Chadd legt het in dit artikel voor je uit!

Energiediagrammen

Het verloop van de reactie kan je weergeven in een energiediagram . In dit soort diagrammen geef je het energieniveau van zowel de begin- en van de eindstoffen neer. Het verschil hiertussen noemen we het energie-effect (ΔE). Het energieniveau van de eindstoffen is lager dan de beginstoffen bij een exotherme reactie, aangezien bij dit soort reacties er energie vrij wordt gegeven naar de omgeving. Dit is andersom bij een endotherme reactie: hierbij wordt energie uit de omgeving in de eindproducten gestopt, waardoor dit niveau hoger ligt dan die van de beginstoffen.

In figuur 1 is een reactie-energiediagram weergegeven van een exotherme reactie. Je ziet dat het eindniveau lager ligt dan het beginniveau. Oftewel: je hebt een negatieve ΔE. Als ΔE positief zou zijn, dan hebben de reactieproducten dus meer energie dan voorheen, oftewel ze hebben energie opgenomen. Op deze manier kan je aan zo’n energiediagram zien of je te maken hebt met een exo- of een endotherme reactie. Het is wel van belang dat als je de begin- en reactieproducten neerzet, je de juiste molverhoudingen noteert.

Figuur 1: energiediagram van een exotherme reactie

Behalve de begin- en eindniveaus van je stoffen zie je in bovenstaande figuur ook een overgangs- of geactiveerde toestand. Een reactie verloopt namelijk niet zomaar. Hiervoor heb je energie nodig om je beginstoffen te activeren, een soort duwtje in de rug. Deze energie moet altijd worden toegevoegd, waardoor de activeringsenergie (E act ) altijd hoger ligt dan je begin- en eindniveau.

De vormingswarmte is de reactiewarmte van de vorming van 1 mol stof uit de niet-ontleedbare stoffen. De vormingswarmte van een niet-ontleedbare stof is nul. Deze waarden kan je vinden in je BiNaS tabel 57A en B, let bij deze tabel wel goed op de eenheid van de waarden!. Als je in deze tabel een negatief getal ziet, dan geeft dit aan dat de reactie exotherm is. Als je nog even terugdenkt aan de wet van behoud van energie, dan weet je dat de hoeveelheid energie die vrijkomt bij het heengaande proces even groot is, maar tegengesteld in het teken, als de hoeveelheid die nodig is voor het teruggaande proces. Anders gezegd: als de reactie heen endotherm is, dat de reactie terug exotherm moet zijn. Als je daarom het tegenovergestelde teken pakt van de vormingswarmte, dan krijg je de ontledingswarmte van een ontleedbare stof. Dus als je +30 J/mol hebt als vormingswarmte, dan heb je -30 J/mol als ontledingswarmte en andersom.

Je kan de reactiewarmten experimenteel bepalen door de warmte die bij een reactie vrijkomt te meten. Hierbij moet je wel goed opletten om zo min mogelijk systematische (bijvoorbeeld een verkeerde aanname) en toevallige fouten (bijvoorbeeld fout aflezen van een meetinstrument) te maken.

Stappenplan voor het bepalen van de reactiewarmte uit de vormingswarmte:

1. Schrijf de reactievergelijking op
2. De stoffen voor de reactiepijl moeten worden ontleed, zoek dit op in je BiNaS. Let op dat je hierbij het tegenovergestelde teken neemt.
3. Zoek de vormingswarmten op van de reactieproducten
4. Reken ΔE uit door alles bij elkaar op te tellen
5. Geef aan voor welke stof de reactievergelijking de reactiewarmte geld

Voorbeeld: bereken de reactiewarmte voor de thermietreactie met behulp van de vormingswarmten.

1. Fe₂O₃(s) + 2 Al(s) → Al₂O₃(s) + 2 Fe (s)
2. Vormingswarmte van Fe₂O₃(s) is -8,22・10⁵ J/mol en de ontledingswarmte van Fe₂O ₃(s) is dan 8,22・10⁵ J/mol
3. De vormingswarmte van aluminiumoxide is – 16,70 ・10⁵ J/mol. De ontledingswarmte van Al(s) en de vormingswarmte van Fe(s) zijn 0. Het zijn namelijk niet-ontleedbare stoffen.
4. ΔE = 8,22 ・10⁵5 J/mol – 16,70 ・10⁵ J/mol = -8,48・10⁵ J/mol
5. Dus ΔE= -8,48・10⁵ J/mol Al₂O₃(s). of ΔE= -8,48・10₅ J/mol Fe₂O₃(s).

Oefenvraag: *Welke faseovergangen zijn exotherme reacties, en welke zijn endotherm?

Bereken de verwarmingswarmte van de volgende reacties:

a) 2 H₂O -> 2 H₂ + O₂

b) 2 C₄H₁₀ + 13 O₂-> 8 CO₂ +10 H2_O

Leerlingen die hier vragen over hebben, keken ook naar:

Scheikundige reactievergelijking oplossen: hoe doe je dat?

Reactiesnelheid

Wat is verbranding en wat is het verschil tussen onvolledige en volledige verbranding?