Bei exothermen Prozessen wird Energie abgegeben, meist in Form von Wärme. Exotherme Reaktionen sind dementsprechend Reaktionen, bei denen Wärme frei wird[1]. Sie laufen folgendermaßen ab:
Edukte → Produkte + Energie
Ein konkretes Beispiel für eine exotherme Reaktion ist die Knallgasreaktion. Sie dient zum Nachweis von Wasserstoff. Dabei reagiert dieser mit Sauerstoff zu Wasser, wobei Wärme und oft auch ein Knall entstehen[2]. Sie läuft wie folgt ab:
2 H2 + O2 → 2 H2O (+ Energie)
Jedoch reagieren diese beiden Edukte nicht spontan von alleine, es muss eine gewisse Energie in das System gebracht werden, um die Reaktion zu starten, die sogenannte Aktivierungsenergie.
In der Abbildung ist die Aktivierungsenergie graphisch dargestellt (blauer Pfeil). Sie ist notwendig, um die Edukte zunächst in den Übergangzustand, welcher auch als „aktiver Komplex“ bezeichnet wird, zu bringen. Er beschreibt eine Art Zwischenprodukt, in dem die Edukte richtig orientiert werden, um dann miteinander zu reagieren. Dieser wird jedoch nur erreicht, wenn eine gewisse Energiebarriere überwunden wird („Aktivierungsberg“). Anschließend werden aus dem Übergangszustand die Produkte gebildet. Aus der Abbildung geht hervor, dass die Produkte energetisch deutlich niedriger liegen als die Edukte. Daher ist die Reaktion exotherm: Es wird Energie frei (grüner Pfeil)[4].
Die Aktivierungsenergie wird bei der Knallgasreaktion durch einen Funken oder eine Flamme erzeugt. Dadurch können die beiden Komponenten miteinander reagieren und es kommt zum Knall bzw. zu einer kleinen Explosion (Video) [2],[5].
Wenn die exotherme Reaktion eine starke Ausdehnung der Produkte zur Folge hat, dann gibt es einen Knall. Je nach Größe der Explosion kann diese nur einen kleinen Knall auslösen aber auch als große Druckwelle eine zerstörerische Auswirkung haben. Ein Beispiel für eine solche Knallgas-Explosion ist ein Reaktorunfall in den Chalk River Laboratories, bei dem es zu einer großen Explosion im Reaktorkern kam[6], oder die Havarie der Hindenburg [Quelle einfügen].
Zusammenfassend sind exotherme Reaktionen chemische Prozesse, bei denen Energie in verschiedenen Formen an die Umgebung abgegeben wird. Die meisten Brände und Explosionen entstehen durch exotherme Reaktionen.
Quellen:
[1] P.W. Atkins, J. de Paula: Physikalische Chemie. 5. Auflage, Wiley-VCH, Weinheim, 2013, ISBN 978-3-527-33247-2, S. 46.
[2] E. Riedel: Allgemeine und Anorganische Chemie. 10. Auflage, De Gruyter, Berlin 2010, 978-3110269192, S. 183.
[3] T. Seilnacht: Exotherme und endotherme Reaktionen (Energiediagramme unter Berücksichtigung der Aktivierungsenergie). https://www.seilnacht.com/Lexikon/aktiv2.html.
[4] E. Kemnitz, R. Simon: Basiswissen Schule–Chemie Abitur. 5. Auflage, Dudenverlag, Berlin 2020, ISBN 978-3411045952, S. 135 – 136.
[5] M. Klawonnn, 2014, Knallgasprobe mit großen Reagenzgläsern,
https://www.youtube.com/watch?v=Cp6L48BGRn0&ab_channel=DoktorKlawonn.
[6] P. Jedicke: The NRX Incident. https://web.archive.org/web/20150521010721/http://media.cns-snc.ca/history/nrx.html.
Krista Menckhoff
Krista Menckhoff studiert Chemie an der Universität Hamburg. Sie belegte im Wintersemester 2024/2025 die Vorlesung „Anthropogene Unfälle in der Physik“, in deren Rahmen dieser Blogpost entstanden ist.
Sie interessiert sich sehr für die unterschiedlichen Bereiche der Chemie, jedoch hat die organische Chemie sie am meisten überzeugt. Ihre Leidenschaft für chemische Vorgänge spiegelt sich auch in ihrem Interesse für Unfälle jeglicher Art wieder.
Dieser Beitrag wurde redaktionell überarbeitet von Andrea Thor und Florian Mischke.