Der Ursprung der Energie: Unterschied zwischen den Versionen
| Zeile 6: | Zeile 6: | ||
Bei der chemischen Reaktion, in der sich Wasserstoff und Sauerstoff zu Wasser verbinden, entsteht Wärme, z. B. bei der Verbrennung von Wasserstoff. Solche chemischen Reaktionen, bei denen Wärme erzeugt wird, nennt man exotherme Reaktionen. Die chemische Gleichung für diese Reaktion für ein Mol Wasserstoff lautet: | Bei der chemischen Reaktion, in der sich Wasserstoff und Sauerstoff zu Wasser verbinden, entsteht Wärme, z. B. bei der Verbrennung von Wasserstoff. Solche chemischen Reaktionen, bei denen Wärme erzeugt wird, nennt man exotherme Reaktionen. Die chemische Gleichung für diese Reaktion für ein Mol Wasserstoff lautet: | ||
| − | {| style="margin: 1em | + | {| style="margin: 1em 2em;" |
| style="width: 20em;" | H<sub><small>2</small></sub> + ½ O<sub><small>2</small></sub> = H<sub><small>2</small></sub>O + 286 kJ || (1) | | style="width: 20em;" | H<sub><small>2</small></sub> + ½ O<sub><small>2</small></sub> = H<sub><small>2</small></sub>O + 286 kJ || (1) | ||
|} | |} | ||
| Zeile 12: | Zeile 12: | ||
Das heißt, wenn ein Mol Wasserstoff in Sauerstoff (oder Luft) verbrennt, entstehen 286 kJ an Wärme. Ein anderes Beispiel ist | Das heißt, wenn ein Mol Wasserstoff in Sauerstoff (oder Luft) verbrennt, entstehen 286 kJ an Wärme. Ein anderes Beispiel ist | ||
| − | {| style="margin: 1em | + | {| style="margin: 1em 2em;" |
| style="width: 20em;" | C + O<sub><small>2</small></sub> = CO<sub><small>2</small></sub> + 394 kJ || (2) | | style="width: 20em;" | C + O<sub><small>2</small></sub> = CO<sub><small>2</small></sub> + 394 kJ || (2) | ||
|} | |} | ||
| Zeile 20: | Zeile 20: | ||
Die Wärmeproduktionen der obigen chemischen Gleichungen (1) und (2) repräsentieren jeweils ein Mol Wasserstoff und Kohlenstoff. Um diese chemischen Reaktionen mit Kernreaktionen zu vergleichen, ist es zweckmäßig, die Wärmeerzeugung für ein Molekül oder ein Atom neu zu berechnen. Dazu dividieren wir die Wärmeproduktion durch die Avogadro-Konstante | Die Wärmeproduktionen der obigen chemischen Gleichungen (1) und (2) repräsentieren jeweils ein Mol Wasserstoff und Kohlenstoff. Um diese chemischen Reaktionen mit Kernreaktionen zu vergleichen, ist es zweckmäßig, die Wärmeerzeugung für ein Molekül oder ein Atom neu zu berechnen. Dazu dividieren wir die Wärmeproduktion durch die Avogadro-Konstante | ||
| − | {| style="margin: 1em | + | {| style="margin: 1em 2em;" |
| N<sub><small>A</small></sub> = 6.02 × 10<sup><small>23</small></sup> mol<sup><small>-1</small></sup> | | N<sub><small>A</small></sub> = 6.02 × 10<sup><small>23</small></sup> mol<sup><small>-1</small></sup> | ||
|} | |} | ||
| Zeile 26: | Zeile 26: | ||
Die Ergebnisse sind | Die Ergebnisse sind | ||
| − | {| style="margin: 1em | + | {| style="margin: 1em 2em;" |
| style="width: 20em;" | H<sub><small>2</small></sub> + ½ O<sub><small>2</small></sub> = H<sub><small>2</small></sub>O + 3.0 eV || (3) | | style="width: 20em;" | H<sub><small>2</small></sub> + ½ O<sub><small>2</small></sub> = H<sub><small>2</small></sub>O + 3.0 eV || (3) | ||
|} | |} | ||
| − | {| style="margin: 1em | + | {| style="margin: 1em 2em;" |
| style="width: 20em;" | C + O<sub><small>2</small></sub> = CO<sub><small>2</small></sub> + 4.1 eV || (4) | | style="width: 20em;" | C + O<sub><small>2</small></sub> = CO<sub><small>2</small></sub> + 4.1 eV || (4) | ||
|} | |} | ||
| + | |||
| + | Gleichung (3) bedeutet, dass der Prozess, bei dem sich ein Wasserstoffmolekül (zwei Wasserstoffatome) und ein halbes Sauerstoffmolekül zu einem Wassermolekül verbinden, Energie von 3,0 eV in Form von Wärme erzeugt (d. h. 1,5 eV pro Wasserstoffatom). Und Gleichung (4) besagt, dass, wenn sich ein Kohlenstoffatom mit einem Sauerstoffmolekül verbindet und zu einem Kohlendioxidmolekül wird, 4,1 eV Energie freigesetzt werden. | ||
| + | |||
| + | Die Einheit eV wird benutzt, weil sie die allgemeinste Maßeinheit der Energie ist, die in der Welt der Atom- und Kernphysik benutzt wird. Es ist die Arbeit, die an einem Elektron verrichtet wird, wenn dieses durch eine Potentialdifferenz von einem Volt beschleunigt wird. Sein Wert ist | ||
| + | |||
| + | {| style="margin: 1em 2em;" | ||
| + | | 1 eV = 1.6 x 10<sup><small>-19</small></sup> J | ||
| + | |} | ||
| + | |||
| + | Darüber hinaus werden in der nuklearen Welt häufig die Energieeinheiten keV und MeV verwendet. Ersteres steht für das 1 000-fache eV und letzteres für das 1 000 000-fache eV. | ||
| + | |||
| + | Wenn es um beliebige Kraftstoffe auf Kohlenhydratbasis geht, liegt die Energieerzeugung in der Größenordnung von 4 eV x # (Kohlenstoffatome) und 1,5 eV x # (Wasserstoffatome) pro in Sauerstoff verbranntem Molekül. | ||
== Exotherme Kernreaktionen == | == Exotherme Kernreaktionen == | ||
Version vom 27. Mai 2019, 13:35 Uhr
Siehe „The Origin of Energy“ auf ecat.com
Exotherme chemische Reaktionen
Bei der chemischen Reaktion, in der sich Wasserstoff und Sauerstoff zu Wasser verbinden, entsteht Wärme, z. B. bei der Verbrennung von Wasserstoff. Solche chemischen Reaktionen, bei denen Wärme erzeugt wird, nennt man exotherme Reaktionen. Die chemische Gleichung für diese Reaktion für ein Mol Wasserstoff lautet:
| H2 + ½ O2 = H2O + 286 kJ | (1) |
Das heißt, wenn ein Mol Wasserstoff in Sauerstoff (oder Luft) verbrennt, entstehen 286 kJ an Wärme. Ein anderes Beispiel ist
| C + O2 = CO2 + 394 kJ | (2) |
wo ein Mol Kohlenstoff bei Erzeugung von 394 kJ Wärme zu Kohlendioxid verbrannt wird.
Die Wärmeproduktionen der obigen chemischen Gleichungen (1) und (2) repräsentieren jeweils ein Mol Wasserstoff und Kohlenstoff. Um diese chemischen Reaktionen mit Kernreaktionen zu vergleichen, ist es zweckmäßig, die Wärmeerzeugung für ein Molekül oder ein Atom neu zu berechnen. Dazu dividieren wir die Wärmeproduktion durch die Avogadro-Konstante
| NA = 6.02 × 1023 mol-1 |
Die Ergebnisse sind
| H2 + ½ O2 = H2O + 3.0 eV | (3) |
| C + O2 = CO2 + 4.1 eV | (4) |
Gleichung (3) bedeutet, dass der Prozess, bei dem sich ein Wasserstoffmolekül (zwei Wasserstoffatome) und ein halbes Sauerstoffmolekül zu einem Wassermolekül verbinden, Energie von 3,0 eV in Form von Wärme erzeugt (d. h. 1,5 eV pro Wasserstoffatom). Und Gleichung (4) besagt, dass, wenn sich ein Kohlenstoffatom mit einem Sauerstoffmolekül verbindet und zu einem Kohlendioxidmolekül wird, 4,1 eV Energie freigesetzt werden.
Die Einheit eV wird benutzt, weil sie die allgemeinste Maßeinheit der Energie ist, die in der Welt der Atom- und Kernphysik benutzt wird. Es ist die Arbeit, die an einem Elektron verrichtet wird, wenn dieses durch eine Potentialdifferenz von einem Volt beschleunigt wird. Sein Wert ist
| 1 eV = 1.6 x 10-19 J |
Darüber hinaus werden in der nuklearen Welt häufig die Energieeinheiten keV und MeV verwendet. Ersteres steht für das 1 000-fache eV und letzteres für das 1 000 000-fache eV.
Wenn es um beliebige Kraftstoffe auf Kohlenhydratbasis geht, liegt die Energieerzeugung in der Größenordnung von 4 eV x # (Kohlenstoffatome) und 1,5 eV x # (Wasserstoffatome) pro in Sauerstoff verbranntem Molekül.