Bindungen spalten und bilden

Atome umgruppieren

Bei einer chemischen Reaktion bleiben alle Atome erhalten — nur die Bindungen zwischen ihnen ändern sich.

Spalten:Bindungen der Edukte werden getrennt; dafür muss Energie aufgewendet werden.
Bilden:neue Bindungen der Produkte entstehen; dabei wird Energie frei.
Bindungsenergie:Energie, die nötig ist, um 1 mol einer Bindung zu spalten, z. B. H–H: 436 kJ/mol. Beim Bilden wird genau so viel frei.
Mehrfachbindungen:sind stärker: \(\mathrm{N\equiv N}\) 945 kJ/mol.

Zerlege die Edukte: Klicke jede Bindung an, um sie zu spalten. Setze dann die freien Atome durch Ziehen (oder Enter auf einem Atom) in die Produkte ein und beobachte die Energietreppe.

Halte fest: Jede Reaktion lässt sich gedanklich in zwei Schritte zerlegen — alle Bindungen der Edukte spalten (kostet Energie) und alle Bindungen der Produkte bilden (setzt Energie frei).

Merke

Energie: Bindungen spalten erfordert Energie, Bindungen bilden setzt Energie frei.

Die Energiebilanz

Die Reaktionsenergie ist der Unterschied zwischen dem, was das Spalten kostet, und dem, was das Bilden liefert.

Mittlere Bindungsenergien in kJ/mol

H–H	436	F–F	159	H–F	567
O=O	498	O–H	463	C–H	413
C=O	799	Br–Br	193	H–Br	366

Herleitung:

\(\mathrm{H_2+F_2\longrightarrow 2\,HF}\)

Bindungen zählen

Spalten: 1 H–H und 1 F–F. Bilden: 2 H–F.

\(E_{\text{Spalten}}=436+159=595\ \mathrm{kJ}\)

aufwenden

Energie, die hineingesteckt werden muss.

\(E_{\text{Bilden}}=2\cdot 567=1134\ \mathrm{kJ}\)

frei

Energie, die beim Knüpfen frei wird.

\(\Delta E=595-1134=-539\ \mathrm{kJ}\)

Ergebnis

Negativ: Es wird Energie abgegeben — die Reaktion ist exotherm.

Exotherm:\(\Delta E<0\): Die Produkte sind stärker gebunden als die Edukte.
Endotherm:\(\Delta E>0\): Das Spalten kostet mehr, als das Bilden liefert.
Bezug:\(\Delta E\) gilt für die Stoffmengen der Gleichung, hier für 2 mol HF.

Merke

Reaktionsenergie: \(\Delta E=E_{\text{Spalten}}-E_{\text{Bilden}}\)

Allgemeine Hinweise

Auf das Vorzeichen achten

Freiwerdende Energie zählt negativ: \(\Delta E<0\) heißt exotherm. Wer „Bilden minus Spalten“ rechnet, erhält das falsche Vorzeichen.

Mittelwerte

Tabellenwerte sind Mittelwerte über viele Moleküle. \(\Delta E\) aus Bindungsenergien ist deshalb eine gute Näherung, aber nicht exakt.

Warum man zünden muss

Auch bei exothermen Reaktionen müssen zuerst einige Bindungen gespalten werden. Diese Aktivierungsenergie liefert z. B. ein Funke; danach hält die frei werdende Energie die Reaktion in Gang.