Chemische Energie: Unterschied zwischen den Versionen
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Als '''chemische Energie''' wird die [[Energieform]] bezeichnet, die in Form einer [[Chemische Verbindung|chemischen Verbindung]] in einem [[Energieträger]] gespeichert ist und bei [[Chemische Reaktion|chemischen Reaktionen]] freigesetzt werden kann.<ref>„Die chemische Energie beruht darauf, dass chemische Bindungen unter Abgabe von Wärme und Arbeit in andere chemische Bindungen übergehen können...“ {{Literatur |Autor=Karl-Heinz Lautenschläger |Titel=Taschenbuch der Chemie |Verlag=Harri Deutsch Verlag |Datum=2007 |ISBN=978-3-8171-1761-1 |Seiten=264– |Online=http://books.google.com/books?id=K1lAhkYH7msC&pg=PA264 |Abruf=2013-06-12}}</ref> Der Begriff geht auf [[Wilhelm Ostwald]] zurück, der ihn 1893 in seinem Lehrbuch „Chemische Energie“ (im Begriffspaar „Chemische und innere Energie“) neben andere Energieformen („Mechanische Energie“, „Wärme“, „Elektrische und magnetische Energie“ sowie „strahlende Energie“) stellte.<ref>Wilhelm Ostwald: {{Webarchiv | url= http://uni-leipzig.de/~energy/eg/09.html | Als '''chemische Energie''' wird die [[Energieform]] bezeichnet, die in Form einer [[Chemische Verbindung|chemischen Verbindung]] in einem [[Energieträger]] gespeichert ist und bei [[Chemische Reaktion|chemischen Reaktionen]] freigesetzt werden kann.<ref>„Die chemische Energie beruht darauf, dass chemische Bindungen unter Abgabe von Wärme und Arbeit in andere chemische Bindungen übergehen können...“ {{Literatur |Autor=Karl-Heinz Lautenschläger |Titel=Taschenbuch der Chemie |Verlag=Harri Deutsch Verlag |Datum=2007 |ISBN=978-3-8171-1761-1 |Seiten=264– |Online=http://books.google.com/books?id=K1lAhkYH7msC&pg=PA264 |Abruf=2013-06-12}}</ref> Der Begriff geht auf [[Wilhelm Ostwald]] zurück, der ihn 1893 in seinem Lehrbuch „Chemische Energie“ (im Begriffspaar „Chemische und innere Energie“) neben andere Energieformen („Mechanische Energie“, „Wärme“, „Elektrische und magnetische Energie“ sowie „strahlende Energie“) stellte.<ref>Wilhelm Ostwald: {{Webarchiv |url=http://uni-leipzig.de/~energy/eg/09.html |text=''Chemische Energie.'' |archive-is=20130619}} 1911.<!-- In: Dieter Freude, Randall Snurr: ''Energie-Grundlagen.'' --></ref> | ||
Der Ausdruck Chemische Energie beschreibt makroskopisch die Energie, die mit elektrischen Kräften in Atomen und Molekülen verbunden ist | Der Ausdruck Chemische Energie beschreibt makroskopisch die Energie, die mit elektrischen Kräften in Atomen und Molekülen verbunden ist, soweit sie sich in chemischen Reaktionen auswirkt.<ref>{{Literatur |Autor=Marcelo Alonso, Edward J. Finn |Titel=Quantenphysik und Statistische Physik |Verlag=Oldenbourg Verlag |Jahr= 2011 |ISBN=978-3-486-71340-4 |Seiten=505– |Online=http://books.google.com/books?id=Ho7Jrs_slt8C&pg=PA505}}</ref> Sie kann unterteilt werden in kinetische Energie der Elektronen und potentielle Energie der [[Elektromagnetische Wechselwirkung|elektromagnetischen Wechselwirkung]] von Elektronen und [[Atomkern]]en.<ref>{{Literatur |Autor=Richard Phillips Feynman, Robert Benjamin Leighton, Matthew Linzee Sands |Titel=Feynman Vorlesungen über Physik 1: Mechanik, Strahlung, Wärme. Definitive Edition |Verlag=Oldenbourg Verlag |Datum=2007 |ISBN=978-3-486-58108-9 |Seiten=54– |Online=http://books.google.com/books?id=VcgUMOe4fqQC&pg=PA54}}</ref> Sie ist eine [[Innere Energie]], wie die [[thermische Energie]] und die [[Kernenergie]].<ref>{{Literatur |Autor=Friedhelm Kuypers |Titel=Physik für Ingenieure und Naturwissenschaftler: Band 1 - Mechanik und Thermodynamik |Verlag=John Wiley & Sons |Jahr= 2012 |ISBN=978-3-527-66957-8 |Seiten=248– |Online=http://books.google.com/books?id=gd3k-L_AfdAC&pg=PA248 |Abruf=2013-06-13}}</ref> | ||
== Verwendung des Begriffs chemische Energie == | == Verwendung des Begriffs chemische Energie == | ||
In der Fachwissenschaft [[Chemie]] wird der Ausdruck „chemische Energie“ nicht verwendet. Er ist nur unter Angabe der Umgebungsbedingungen eindeutig definiert – dafür existiert dann jeweils eine andere | In der Fachwissenschaft [[Chemie]] wird der Ausdruck „chemische Energie“ nicht verwendet. Er ist nur unter Angabe der Umgebungsbedingungen eindeutig definiert – dafür existiert dann jeweils eine andere etablierte Bezeichnung. | ||
Oft ist mit chemischer Energie die Energie gemeint, die durch eine Verbrennung eines [[Chemischer Stoff|Stoffes]] (bei konstantem [[Druck (Physik)|Druck]]) freigesetzt wird, also die [[Verbrennungsenthalpie]]. Der [[Satz von Hess]] ermöglicht die Berechnung der Energien bei Stoffumwandlungen aus den exakt definierten [[Bildungsenthalpie]]n der beteiligten Verbindungen. Ähnliche Begriffe sind [[Heizwert]] und [[Brennwert]], die jeweils auf die bei einer Verbrennung maximal nutzbare Wärmemenge abzielen. | Oft ist mit chemischer Energie die Energie gemeint, die durch eine Verbrennung eines [[Chemischer Stoff|Stoffes]] (bei konstantem [[Druck (Physik)|Druck]]) freigesetzt wird, also die [[Verbrennungsenthalpie]]. Der [[Satz von Hess]] ermöglicht die Berechnung der Energien bei Stoffumwandlungen aus den exakt definierten [[Bildungsenthalpie]]n der beteiligten Verbindungen. Ähnliche Begriffe sind [[Heizwert]] und [[Brennwert]], die jeweils auf die bei einer Verbrennung maximal nutzbare Wärmemenge abzielen. | ||
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Die chemische Energie darf nicht mit der [[Bindungsenergie (Chemie)|chemischen Bindungsenergie]] verwechselt werden. Die chemische Bindungsenergie beschreibt die Festigkeit einer bestimmten [[Chemische Bindung|chemischen Bindung]], gibt also an, wie viel Energie dem Molekül zur Auflösung der Bindung ''zugeführt'' werden muss. | Die chemische Energie darf nicht mit der [[Bindungsenergie (Chemie)|chemischen Bindungsenergie]] verwechselt werden. Die chemische Bindungsenergie beschreibt die Festigkeit einer bestimmten [[Chemische Bindung|chemischen Bindung]], gibt also an, wie viel Energie dem Molekül zur Auflösung der Bindung ''zugeführt'' werden muss. | ||
In anderen Naturwissenschaften, den Ingenieurwissenschaften usw. wird der Begriff der chemischen Energie in seiner teilweise unscharfen Form | In anderen Naturwissenschaften, den Ingenieurwissenschaften usw. wird der Begriff der chemischen Energie in seiner teilweise unscharfen Form oft verwendet. Obwohl manche Physikdidaktiker die Verwendung des Begriffs kritisieren („Der Begriff ist nützlich, wenn es um eine grobe Orientierung geht, erweist sich aber als widerspenstig, wenn man ihn streng zu fassen sucht. Im physikalischen Jargon ist er brauchbar, im physikalischen Kalkül überflüssig, zum physikalischen Verständnis hinderlich.“),<ref> | ||
{{Internetquelle |autor=G.Job |url=http://www.physikdidaktik.uni-karlsruhe.de/download/31.pdf |titel=Chemische Energie |titelerg=Altlasten der Physik (31) |werk=Website |hrsg=Karlsruher Institut für Technologie |abruf=2020-12-08 |format=PDF | |||
<!--|zitat=Der Begriff ist nützlich, wenn es um eine grobe Orientierung geht, erweist sich aber als widerspenstig, wenn man ihn streng zufassen sucht. Im physikalischen Jargon ist er brauchbar, im physikalischen Kalkül überflüssig, zum physika-lischen Verständnis hinderlich.-->}}</ref> kommt er in den meisten Didaktik-Veröffentlichungen und Schulbüchern vor.<ref>{{Literatur |Autor=Jörg Willer |Titel=Didaktik des Physikunterrichts |Verlag=Harri Deutsch Verlag |Datum=2003 |ISBN=3-8171-1693-4 |Seiten=212– |Online=http://books.google.com/books?id=KVKPgKYd6rAC&pg=PA212 |Abruf=2013-06-13}}</ref><ref>Victor F. Weisskopf: ''So einfach ist Physik. 6. Chemische Energie.'' In: ''Physik und Didaktik.'' 16, 3, 1988, S. 177–181.</ref><ref>Martin Bader: [http://edoc.ub.uni-muenchen.de/191/1/Bader_Martin.pdf ''Vergleichende Untersuchung eines neuen Lehrganges „Einführung in die mechanische Energie und Wärmelehre“.''] [[Dissertation]]. (PDF; 1,4 MB)</ref><ref>D. Plappert: {{Webarchiv | url= http://www.plappert-freiburg.de/Druckversion/ChemReaktionen3%2054.pdf | wayback= 20131120205643 | text=''Physikalische Konzepte angewandt auf chemische Reaktionen.''}} (PDF; 377 kB). ''PdN-PhiS.'' 54. Jg., 3, 2005.</ref> | |||
== Verwendung | == Verwendung Chemischer Energie in technischen Systemen == | ||
[[Datei:Soyuz TMA-5 launch.jpg|mini|Soyuz-Raketenstart]] | |||
[[Datei:Fuel cell NASA p48600ac sh.jpg|mini|Mit Methanol betriebene Brennstoffzelle]] | |||
Aus ''technischer Sicht'' ist in [[Kraftstoff|Treibstoffen]] chemische Energie gespeichert, die durch deren [[Verbrennung (Chemie)|Verbrennung]], etwa beim Antrieb von Fahrzeugen, in [[Energie#Energie in der klassischen Mechanik|mechanische Energie]] umgewandelt wird.<ref>„Chemische Energie ist die Energie, die auf den Bindungskräften der Atome im Molekülverband beruht. Sie wird freigesetzt und in innere thermische Energie umgewandelt, wenn sich durch chemische Prozesse die die Moleküle in ihre atomaren Bausteine aufspalten und diese sich zu neuen Molekülen formieren.“ aus ({{Literatur |Autor=Wolfgang Geller |Titel=Thermodynamik für Maschinenbauer: Grundlagen für die Praxis |Verlag=Springer DE |Datum=2006 |ISBN=3-540-32320-1 |Seiten=85– |Online=http://books.google.com/books?id=oL-bl3-_l_sC&pg=PA85 |Abruf=2013-06-12}}).</ref> [[Brennstoffzelle]]n erlauben den Wandel von chemischer Reaktionsenergie einer Verbrennung direkt in [[elektrische Energie]]. Bei Nutzung von [[Batterie (Elektrotechnik)|Batterien]] wird über elektrochemische [[Redoxreaktion]]en chemische Energie direkt in elektrische Energie gewandelt. Ein [[Akkumulator]] verhält sich bei der Nutzung der Energie ähnlich wie eine Batterie, kann aber auch umgekehrt elektrische Energie in chemische wandeln und so speichern. | Aus ''technischer Sicht'' ist in [[Kraftstoff|Treibstoffen]] chemische Energie gespeichert, die durch deren [[Verbrennung (Chemie)|Verbrennung]], etwa beim Antrieb von Fahrzeugen, in [[Energie#Energie in der klassischen Mechanik|mechanische Energie]] umgewandelt wird.<ref>„Chemische Energie ist die Energie, die auf den Bindungskräften der Atome im Molekülverband beruht. Sie wird freigesetzt und in innere thermische Energie umgewandelt, wenn sich durch chemische Prozesse die die Moleküle in ihre atomaren Bausteine aufspalten und diese sich zu neuen Molekülen formieren.“ aus ({{Literatur |Autor=Wolfgang Geller |Titel=Thermodynamik für Maschinenbauer: Grundlagen für die Praxis |Verlag=Springer DE |Datum=2006 |ISBN=3-540-32320-1 |Seiten=85– |Online=http://books.google.com/books?id=oL-bl3-_l_sC&pg=PA85 |Abruf=2013-06-12}}).</ref> [[Brennstoffzelle]]n erlauben den Wandel von chemischer Reaktionsenergie einer Verbrennung direkt in [[elektrische Energie]]. Bei Nutzung von [[Batterie (Elektrotechnik)|Batterien]] wird über elektrochemische [[Redoxreaktion]]en chemische Energie direkt in elektrische Energie gewandelt. Ein [[Akkumulator]] verhält sich bei der Nutzung der Energie ähnlich wie eine Batterie, kann aber auch umgekehrt elektrische Energie in chemische wandeln und so speichern. | ||
== Verwendung chemischer Energie in biologischen Systemen == | == Verwendung chemischer Energie in biologischen Systemen == | ||
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Aus ''biologischer Sicht'' ist in organischer [[Nahrung]] chemische Energie gespeichert, die in [[Adenosintriphosphat|ATP-Moleküle]] als Energieträger [[Energieumwandlung|umgewandelt]] wird. Grüne Pflanzen beziehen ihre chemische Energie nicht aus organischer Nahrung, sondern aus dem Energiegehalt der Sonnenstrahlung, manche Bakterien aus Oxidationsenergie reduzierter Verbindungen (z. B. Fe<sup>2+</sup> oder CH<sub>4</sub>). Die ATP-Moleküle innerhalb der [[Zelle (Biologie)|biologischen Zellen]] erlauben, chemische, [[Osmose# | Aus ''biologischer Sicht'' ist in organischer [[Nahrung]] chemische Energie gespeichert, die in [[Adenosintriphosphat|ATP-Moleküle]] als Energieträger [[Energieumwandlung|umgewandelt]] wird. Grüne Pflanzen beziehen ihre chemische Energie nicht aus organischer Nahrung, sondern aus dem Energiegehalt der Sonnenstrahlung, manche Bakterien aus Oxidationsenergie reduzierter Verbindungen (z. B. Fe<sup>2+</sup> oder CH<sub>4</sub>). Die ATP-Moleküle innerhalb der [[Zelle (Biologie)|biologischen Zellen]] erlauben, chemische, [[Osmose#Osmotische Arbeit|osmotische]] und mechanische Arbeit zu leisten. | ||
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Aktuelle Version vom 26. Januar 2022, 11:16 Uhr
Als chemische Energie wird die Energieform bezeichnet, die in Form einer chemischen Verbindung in einem Energieträger gespeichert ist und bei chemischen Reaktionen freigesetzt werden kann.[1] Der Begriff geht auf Wilhelm Ostwald zurück, der ihn 1893 in seinem Lehrbuch „Chemische Energie“ (im Begriffspaar „Chemische und innere Energie“) neben andere Energieformen („Mechanische Energie“, „Wärme“, „Elektrische und magnetische Energie“ sowie „strahlende Energie“) stellte.[2]
Der Ausdruck Chemische Energie beschreibt makroskopisch die Energie, die mit elektrischen Kräften in Atomen und Molekülen verbunden ist, soweit sie sich in chemischen Reaktionen auswirkt.[3] Sie kann unterteilt werden in kinetische Energie der Elektronen und potentielle Energie der elektromagnetischen Wechselwirkung von Elektronen und Atomkernen.[4] Sie ist eine Innere Energie, wie die thermische Energie und die Kernenergie.[5]
Verwendung des Begriffs chemische Energie
In der Fachwissenschaft Chemie wird der Ausdruck „chemische Energie“ nicht verwendet. Er ist nur unter Angabe der Umgebungsbedingungen eindeutig definiert – dafür existiert dann jeweils eine andere etablierte Bezeichnung.
Oft ist mit chemischer Energie die Energie gemeint, die durch eine Verbrennung eines Stoffes (bei konstantem Druck) freigesetzt wird, also die Verbrennungsenthalpie. Der Satz von Hess ermöglicht die Berechnung der Energien bei Stoffumwandlungen aus den exakt definierten Bildungsenthalpien der beteiligten Verbindungen. Ähnliche Begriffe sind Heizwert und Brennwert, die jeweils auf die bei einer Verbrennung maximal nutzbare Wärmemenge abzielen.
Die chemische Energie darf nicht mit der chemischen Bindungsenergie verwechselt werden. Die chemische Bindungsenergie beschreibt die Festigkeit einer bestimmten chemischen Bindung, gibt also an, wie viel Energie dem Molekül zur Auflösung der Bindung zugeführt werden muss.
In anderen Naturwissenschaften, den Ingenieurwissenschaften usw. wird der Begriff der chemischen Energie in seiner teilweise unscharfen Form oft verwendet. Obwohl manche Physikdidaktiker die Verwendung des Begriffs kritisieren („Der Begriff ist nützlich, wenn es um eine grobe Orientierung geht, erweist sich aber als widerspenstig, wenn man ihn streng zu fassen sucht. Im physikalischen Jargon ist er brauchbar, im physikalischen Kalkül überflüssig, zum physikalischen Verständnis hinderlich.“),[6] kommt er in den meisten Didaktik-Veröffentlichungen und Schulbüchern vor.[7][8][9][10]
Verwendung Chemischer Energie in technischen Systemen
Aus technischer Sicht ist in Treibstoffen chemische Energie gespeichert, die durch deren Verbrennung, etwa beim Antrieb von Fahrzeugen, in mechanische Energie umgewandelt wird.[11] Brennstoffzellen erlauben den Wandel von chemischer Reaktionsenergie einer Verbrennung direkt in elektrische Energie. Bei Nutzung von Batterien wird über elektrochemische Redoxreaktionen chemische Energie direkt in elektrische Energie gewandelt. Ein Akkumulator verhält sich bei der Nutzung der Energie ähnlich wie eine Batterie, kann aber auch umgekehrt elektrische Energie in chemische wandeln und so speichern.
Verwendung chemischer Energie in biologischen Systemen
Aus biologischer Sicht ist in organischer Nahrung chemische Energie gespeichert, die in ATP-Moleküle als Energieträger umgewandelt wird. Grüne Pflanzen beziehen ihre chemische Energie nicht aus organischer Nahrung, sondern aus dem Energiegehalt der Sonnenstrahlung, manche Bakterien aus Oxidationsenergie reduzierter Verbindungen (z. B. Fe2+ oder CH4). Die ATP-Moleküle innerhalb der biologischen Zellen erlauben, chemische, osmotische und mechanische Arbeit zu leisten.
Literatur
- Wilhelm Ostwald: Lehrbuch der allgemeinen Chemie. II. Band, I. Teil: Chemische Energie. 2., umgearbeite Auflage. W. Engelmann, Leipzig 1893. (Nachdruck: Wilhelm Ostwald: Die Energie. BoD – Books on Demand, 2012, ISBN 978-3-8457-4220-5, S. 133– (google.com [abgerufen am 12. Juni 2013]).)
- Dieter Meschede: Gerthsen Physik. Springer DE, 2010, ISBN 978-3-642-12894-3, S. 304– (google.com [abgerufen am 13. Juni 2013]). – Kapitel 6.6.8 „Chemische Energie“
Einzelnachweise
- ↑ „Die chemische Energie beruht darauf, dass chemische Bindungen unter Abgabe von Wärme und Arbeit in andere chemische Bindungen übergehen können...“ Karl-Heinz Lautenschläger: Taschenbuch der Chemie. Harri Deutsch Verlag, 2007, ISBN 978-3-8171-1761-1, S. 264– (google.com [abgerufen am 12. Juni 2013]).
- ↑ Wilhelm Ostwald: Chemische Energie. (Memento vom 19. Juni 2013 im Webarchiv archive.today) 1911.
- ↑ Marcelo Alonso, Edward J. Finn: Quantenphysik und Statistische Physik. Oldenbourg Verlag, 2011, ISBN 978-3-486-71340-4, S. 505– (google.com).
- ↑ Richard Phillips Feynman, Robert Benjamin Leighton, Matthew Linzee Sands: Feynman Vorlesungen über Physik 1: Mechanik, Strahlung, Wärme. Definitive Edition. Oldenbourg Verlag, 2007, ISBN 978-3-486-58108-9, S. 54– (google.com).
- ↑ Friedhelm Kuypers: Physik für Ingenieure und Naturwissenschaftler: Band 1 - Mechanik und Thermodynamik. John Wiley & Sons, 2012, ISBN 978-3-527-66957-8, S. 248– (google.com [abgerufen am 13. Juni 2013]).
- ↑ G.Job: Chemische Energie. (PDF) Altlasten der Physik (31). In: Website. Karlsruher Institut für Technologie, abgerufen am 8. Dezember 2020.
- ↑ Jörg Willer: Didaktik des Physikunterrichts. Harri Deutsch Verlag, 2003, ISBN 3-8171-1693-4, S. 212– (google.com [abgerufen am 13. Juni 2013]).
- ↑ Victor F. Weisskopf: So einfach ist Physik. 6. Chemische Energie. In: Physik und Didaktik. 16, 3, 1988, S. 177–181.
- ↑ Martin Bader: Vergleichende Untersuchung eines neuen Lehrganges „Einführung in die mechanische Energie und Wärmelehre“. Dissertation. (PDF; 1,4 MB)
- ↑ D. Plappert: Physikalische Konzepte angewandt auf chemische Reaktionen. (Memento vom 20. November 2013 im Internet Archive) (PDF; 377 kB). PdN-PhiS. 54. Jg., 3, 2005.
- ↑ „Chemische Energie ist die Energie, die auf den Bindungskräften der Atome im Molekülverband beruht. Sie wird freigesetzt und in innere thermische Energie umgewandelt, wenn sich durch chemische Prozesse die die Moleküle in ihre atomaren Bausteine aufspalten und diese sich zu neuen Molekülen formieren.“ aus (Wolfgang Geller: Thermodynamik für Maschinenbauer: Grundlagen für die Praxis. Springer DE, 2006, ISBN 3-540-32320-1, S. 85– (google.com [abgerufen am 12. Juni 2013]).).
Normdaten (Sachbegriff): GND: 4204749-3