Scheikunde H5 – Reacties in beweging
§5.1 – Energie en reactie
Energie-effect
Elke reactie heeft een energie-effect. Dit is de toe- of afname in chemische energie door een
reactie.
Bindingen breken → kost energie
Bindingen vormen → levert energie
Bij faseovergangen is er ook een energie-effect:
→ kost energie (endotherm) →
Vast – Vloeibaar – Gas
← levert energie (exotherm) ←
Energie wordt afgestaan aan de omgeving → exotherm (bijv. verbrandingsreacties)
Energie wordt opgenomen → endotherm (bijv. fotosynthese)
Hierbij geldt altijd de wet van behoud van energie. Bij elke energieomzetting blijft de totale
hoeveelheid energie constant.
Elke stof bevat chemische energie, die je kan omzetten in andere vormen, zoals warmte,
bewegingsenergie, elektrische energie of stralingsenergie. Andersom kan het ook, van deze
vormen naar chemische energie.
Energiediagram
In een energiediagram wordt het energie-effect weergegeven.
Het zijn schetsen, een schaalverdeling is meestal niet nodig.
De chemische energie van de beginstoffen staat links, die van de
reactieproducten rechts. Zo is schets (a) dus ook een exotherme reactie
en schets (b) een endotherme reactie.
Het verschil in chemische energie is de reactiewarmte (ΔE).
Endotherm → ΔE > 0
Exotherm → ΔE < 0
ΔE = E(reactieproducten) – E(beginstoffen)
, Verder is er een geactiveerde toestand, deze energie is nodig om het proces op gang te
brengen. De energie die nodig is, is de activeringsenergie, E(act).
Kwaliteit van energie
Elektrische energie heeft een veel hoger rendement dan warmte (meer kan nuttig gebruikt
worden). Je kunt dus spreken van een hogere kwaliteit van de energie.
Duurzaamheid van brandstoffen
Hoe duurzaam een brandstof is, heeft deels te maken met hoeveel koolstofdioxide het
uitstoot. Hoe minder CO₂, hoe duurzamer de brandstof.
Je kunt brandstoffen vergelijken met de specifieke CO₂-emissie:
Specifieke CO₂-emissie = m(CO₂) ÷ Q
= massa CO₂ per mol brandstof ÷ verbrandingswarmte per mol brandstof
Dit zegt ook niet alles over de hoeveelheid CO₂ die de brandstof veroorzaakt. Waterstofgas
heeft bijvoorbeeld een specifieke CO₂-emissie van 0 g MJ⁻¹, maar als het is gemaakt door
fossiele brandstoffen kan het alsnog voor CO₂-uitstoot hebben gezorgd.
Soortelijke warmte (extra)
Q = c × m × ΔT
Q = hoeveelheid warmte opgenomen of afgestaan in joule (J)
c = soortelijke warmte in joule per kilogram per kelvin (J kg⁻¹ K⁻¹)
m = massa in kilogram (kg)
ΔT = T(eind) – T(begin), temperatuurverandering in kelvin (K)
Hiermee kun je berekeningen uitvoeren bij het verwarmen van vloeistoffen.
Vervolgens kan je ook de reactiewarmte bepalen:
ΔE = - Q ÷ n
ΔE = reactiewarmte in joule per mol (J mol⁻¹)
Q = hoeveelheid warmte opgenomen of afgestaan in joule (J)
n = chemische hoeveelheid in mol
§5.1 – Energie en reactie
Energie-effect
Elke reactie heeft een energie-effect. Dit is de toe- of afname in chemische energie door een
reactie.
Bindingen breken → kost energie
Bindingen vormen → levert energie
Bij faseovergangen is er ook een energie-effect:
→ kost energie (endotherm) →
Vast – Vloeibaar – Gas
← levert energie (exotherm) ←
Energie wordt afgestaan aan de omgeving → exotherm (bijv. verbrandingsreacties)
Energie wordt opgenomen → endotherm (bijv. fotosynthese)
Hierbij geldt altijd de wet van behoud van energie. Bij elke energieomzetting blijft de totale
hoeveelheid energie constant.
Elke stof bevat chemische energie, die je kan omzetten in andere vormen, zoals warmte,
bewegingsenergie, elektrische energie of stralingsenergie. Andersom kan het ook, van deze
vormen naar chemische energie.
Energiediagram
In een energiediagram wordt het energie-effect weergegeven.
Het zijn schetsen, een schaalverdeling is meestal niet nodig.
De chemische energie van de beginstoffen staat links, die van de
reactieproducten rechts. Zo is schets (a) dus ook een exotherme reactie
en schets (b) een endotherme reactie.
Het verschil in chemische energie is de reactiewarmte (ΔE).
Endotherm → ΔE > 0
Exotherm → ΔE < 0
ΔE = E(reactieproducten) – E(beginstoffen)
, Verder is er een geactiveerde toestand, deze energie is nodig om het proces op gang te
brengen. De energie die nodig is, is de activeringsenergie, E(act).
Kwaliteit van energie
Elektrische energie heeft een veel hoger rendement dan warmte (meer kan nuttig gebruikt
worden). Je kunt dus spreken van een hogere kwaliteit van de energie.
Duurzaamheid van brandstoffen
Hoe duurzaam een brandstof is, heeft deels te maken met hoeveel koolstofdioxide het
uitstoot. Hoe minder CO₂, hoe duurzamer de brandstof.
Je kunt brandstoffen vergelijken met de specifieke CO₂-emissie:
Specifieke CO₂-emissie = m(CO₂) ÷ Q
= massa CO₂ per mol brandstof ÷ verbrandingswarmte per mol brandstof
Dit zegt ook niet alles over de hoeveelheid CO₂ die de brandstof veroorzaakt. Waterstofgas
heeft bijvoorbeeld een specifieke CO₂-emissie van 0 g MJ⁻¹, maar als het is gemaakt door
fossiele brandstoffen kan het alsnog voor CO₂-uitstoot hebben gezorgd.
Soortelijke warmte (extra)
Q = c × m × ΔT
Q = hoeveelheid warmte opgenomen of afgestaan in joule (J)
c = soortelijke warmte in joule per kilogram per kelvin (J kg⁻¹ K⁻¹)
m = massa in kilogram (kg)
ΔT = T(eind) – T(begin), temperatuurverandering in kelvin (K)
Hiermee kun je berekeningen uitvoeren bij het verwarmen van vloeistoffen.
Vervolgens kan je ook de reactiewarmte bepalen:
ΔE = - Q ÷ n
ΔE = reactiewarmte in joule per mol (J mol⁻¹)
Q = hoeveelheid warmte opgenomen of afgestaan in joule (J)
n = chemische hoeveelheid in mol
