Energiegrundlagen

Warum reagiert Natrium-Metall mit Wasser um Wasserstoffgas herzustellen, aber Natriumchlorid löst sich einfach auf? Dies lässt sich durch das Studium der Beziehung zwischen Chemie und Energie, genannt Thermochemie"erklären. Alle Formen der Materie sind mit Energie, die als Wärme oder Arbeit gemessen werden kann, verbunden.

Die beiden Hauptenergiearten sind potentielle und kinetische Energie. Die potentielle Energie beschreibt die Lagekraft, die auf ein Objekt einwirkt. Ein Felsen auf dem Gipfel eines Berges hat mehr potentielle Energie als ein Felsen am Boden, weil der Felsen auf dem Gipfel weiter vom Massenzentrum der Erde entfernt ist.

Kinetische Energie ist die Energie eines sich bewegenden Objekts. Wenn ein Stein vom Hügel gestoßen wird, verliert er potentielle Energie, aber er gewinnt kinetische Energie, wenn er sich bewegt. Dies gilt auch für die Atome oder Moleküle, die ein Objekt ausmachen.

Ein ruhendes Objekt besitzt immer noch kinetische Energie, weil seine Atome schwingen können. Diese Form der kinetischen Energie wird thermische Energie genannt. Ein Objekt hat eine höhere kinetische Energie und folglich höhere thermische Energie, wenn sich die Atome kräftiger bewegen.

Dieses Objekt wird als heiß empfunden. Moleküle haben auch potentielle Energie, genannt chemische Energie, die mit der relativen Position von Elektronen und Kernen verbunden ist. Während einer Reaktion wird chemische Energie in andere Energieformen, wie zum Beispiel Licht, umgewandelt, oder es wird Energie freigesetzt, zum Beispiel in Form von Wärme.

Die Menge der umgewandelten Energie hängt von der Molekularstruktur der Reaktante ab. In einer Gaslampe verbrennt Acetylen zu Kohlendioxid und Wasser, was eine große Menge an Energie als Licht freisetzt. Auf der anderen Seite, setzt die Zugabe von Natriumhydroxid zu Salzsäure eine kleinere Menge Energie in Form von Wärme frei.

Um Energieveränderungen zu untersuchen, hilft es, das Universum in ein System"das den beobachteten Prozess enthält, und die Umgebung"die alles andere ist, zu trennen. Das System kann offen sein, was bedeutet, dass sowohl Energie als auch Masse zwischen dem System und der Umgebung ausgetauscht werden. Das System kann geschlossen werden, wobei nur Energie ausgetauscht wird, oder das System kann isoliert werden, wobei weder Masse noch Energie ausgetauscht werden.