Beispiele für spontane endotherme Reaktionen und Vorgänge
Ein endothermer Vorgang nimmt Wärme aus seiner Umgebung auf, sodass die Umgebung kälter wird. Die meisten Vorgänge, die von selbst ablaufen, setzen Wärme frei, doch die folgenden laufen bei Raumtemperatur und Normaldruck spontan ab, obwohl sie Wärme aufnehmen, weil sie die Entropie (Unordnung) stark erhöhen. Die Liste enthält chemische Reaktionen ebenso wie physikalische Vorgänge wie Schmelzen, Verdampfen und Lösen, und bei jedem Beispiel steht, um welche Art es sich handelt.
- Eis schmilzt bei Raumtemperatur – eine physikalische Veränderung, die etwa 6 kJ Wärme pro Mol Eis aufnimmt.
- Wasser verdunstet aus einer Pfütze oder von deiner Haut – eine physikalische Veränderung, die Wärme aufnimmt, weshalb Schwitzen dich abkühlt.
- Trockeneis sublimiert – eine physikalische Veränderung, bei der festes Kohlenstoffdioxid Wärme aufnimmt und direkt zu Gas wird.
- Ammoniumnitrat löst sich in Wasser – ein Lösungsvorgang, der das Wasser so kalt macht, dass er in Sofort-Kältekompressen genutzt wird.
- Harnstoff löst sich in Wasser – ein Lösungsvorgang, der in manchen Sofort-Kältekompressen anstelle von Ammoniumnitrat genutzt wird.
- Ammoniumchlorid löst sich in Wasser – ein Lösungsvorgang, bei dem die Wassertemperatur deutlich sinkt.
- Kaliumchlorid löst sich in Wasser – ein Lösungsvorgang, nach dem die Lösung kälter ist als das Wasser zuvor.
- Bariumhydroxid-Octahydrat und Ammoniumchlorid – eine chemische Reaktion zwischen zwei Feststoffen, die Ammoniak freisetzt und so kalt werden kann, dass Wasser gefriert.
- Natron und Essig – eine chemische Reaktion, die Kohlenstoffdioxid-Gas freisetzt, während sich das Gemisch leicht abkühlt.
- Natron und Citronensäure – eine chemische Reaktion, die das Sprudeln in Badekugeln und das kühle Gefühl von Brausepulver erzeugt.
Warum kann ein endothermer Vorgang spontan ablaufen?
Ob ein Vorgang von selbst abläuft, hängt von der Änderung der freien Gibbs-Energie ab, ΔG = ΔH − TΔS. Ein endothermer Vorgang hat ein positives ΔH, das gegen ihn wirkt. Ist aber die Zunahme der Entropie (ΔS) groß genug, überwiegt der Term TΔS gegenüber ΔH, und ΔG wird negativ. Deshalb schmilzt Eis oberhalb von 0 °C, aber nicht darunter, und deshalb können Reaktionen, die ein Gas freisetzen, wie Natron mit Essig, Wärme aufnehmen und trotzdem ablaufen.
Endotherme Reaktionen, die nicht spontan ablaufen
Viele endotherme Reaktionen brauchen eine ständige Energiezufuhr und hören auf, wenn sie wegfällt, etwa die Photosynthese, die Licht benötigt, oder das Brennen von Kalkstein zu Branntkalk, das starkes Erhitzen erfordert. Sie sind in der obigen Liste nicht enthalten.