Leerdoelen
•je kunt energie-effecten van reacties in diagrammen weergeven.
•je kunt de begrippen vormingswarmte en reactiewarmte toepassen.
•je kunt de energie-effecten van reacties, zowel endotherm als exotisch, uitrekenen.
Wat zijn de energie-effecten van reacties?
De energie-effecten van reacties beschrijven of een chemische reactie energie vrijgeeft of opneemt. Dit wordt aangeduid met delta E, het symbool voor het energie-effect.
•Een exotherme reactie is een reactie waarbij energie vrijkomt. Bij exotherme reacties is het energieniveau van de reactieproducten lager dan dat van de beginstoffen. De delta E van een exotherme reactie is kleiner dan nul, dus een negatief getal.
•Een endotherme reactie is een reactie waarbij energie wordt opgenomen. Bij endotherme reacties is het energieniveau van de reactieproducten hoger dan dat van de beginstoffen. De delta E van een endotherme reactie is groter dan nul, dus een positief getal.
Elke reactie vereist een minimale temperatuur om te kunnen verlopen. De energie die nodig is om deze temperatuur te bereiken, wordt de activeringsenergie genoemd. Een lucifer die een gasfornuis ontsteekt, levert bijvoorbeeld de activeringsenergie voor de verbranding van het gas. Sommige reacties verlopen spontaan bij kamertemperatuur omdat de minimale reactietemperatuur dan al is bereikt.
Wat is vormingswarmte?
De vormingswarmte (Vw) van een stof is de energie die vrijkomt of wordt opgenomen bij de vorming van 1 mol van die stof uit de elementen in hun standaardtoestand. De vormingswarmte van elementen is nul. Voorbeelden van elementen zijn C (koolstof), H2 (waterstofgas), O2 (zuurstofgas), F2 (fluorgas), Cl2 (chloorgas), Fe (ijzer), Au (goud) en Zn (zink). Deze staan daarom niet vermeld in de Binas-tabellen voor vormingswarmten.
De vormingswarmten van andere stoffen zijn te vinden in Binas tabel 57A voor anorganische stoffen (zoals zouten en water) en tabel 57B voor organische stoffen (stoffen met C en H, eventueel O, zoals methaan, ethaan, propaan). Deze waarden worden gegeven in joule per mol (J/mol) bij kamertemperatuur en standaard druk. Het is belangrijk om te letten op de fase van een stof, bijvoorbeeld water als vloeistof (H2O(l)) heeft een andere vormingswarmte dan water als gas (H2O(g)).
Hoe bereken je de reactiewarmte?
De reactiewarmte (ΔE) van een reactie, ook wel het energie-effect, is te berekenen met behulp van de vormingswarmten van de stoffen die bij de reactie betrokken zijn. De formule die hiervoor wordt gebruikt is:
ΔE = ΣVw(reactieproducten) - ΣVw(beginstoffen)
Deze formule moet uit het hoofd worden geleerd. Σ staat voor de som van. De coëfficiënt voor elke stof in een kloppende reactievergelijking geeft het aantal mol van die stof aan en moet worden meegenomen in de berekening. Bij een verbrandingsreactie wordt de reactiewarmte ook wel verbrandingswarmte genoemd.
Waarom reken je met vormingswarmte?
Het principe achter het berekenen van reactiewarmte met vormingswarmte is dat elke stof kan worden ontbonden tot zijn elementen en vervolgens weer kan worden gevormd tot andere stoffen. De vormingswarmte geeft de energieverandering aan ten opzichte van de elementen als referentiepunt (waarvan de energie op nul wordt gesteld). Door de energieverschillen tussen beginstoffen en elementen, en tussen elementen en reactieproducten te bepalen, kan de totale energieverandering van de reactie worden berekend.
Voorbeeldberekening: Verbranding van methaan (CH4)
Berekening: ΔE = (Vw(CO2) + 2 * Vw(H2O(l))) - (Vw(CH4) + 2 * Vw(O2)) ΔE = (Vw(CO2) + 2 * (-2,86 × 10^5)) - (-0,75 × 10^5 + 2 * 0) ΔE = -8,91 × 10^5 J
De uiteindelijke reactiewarmte van deze verbrandingsreactie is -8,91 × 10^5 J. Dit is een exoterme reactie omdat de ΔE negatief is.
Verband tussen reactiewarmte en caloriewaarde
De caloriewaarde van voedsel, zoals de 500 kilocalorieën van een chocoladereep, staat in direct verband met de reactiewarmte. Of een chocoladereep nu in een laboratorium wordt verbrand met vuur, of in het lichaam wordt omgezet (verbrand) door enzymen tot CO2 en H2O, de totale reactiewarmte die vrijkomt, is exact gelijk.
