Les 4.1 Energie

• Scheikunde
• Middelbare school
• havo
• Leerjaar 4

Les 4.1 Energie

Planning

• Nakijken les 4.4
• Les 5.1 Energie en reactie
• Maken opgaven
• Nakijken opgaven 

Leerdoelen 4.1 Energie

• Je kunt uitleggen wat de wet van behoud van energie inhoudt.
  
• Je kunt benoemen welke energieomzetting plaatsvindt tijdens een proces en/of chemische reactie.
  
• Je kunt het verschil uitleggen tussen een exotherme en een endotherme reactie.
  
• Je kunt de begrippen reactiewarmte en activeringsenergie uitleggen en toepassen.
  
• Je kunt de reactiewarmte en de activeringsenergie in een energiediagram weergeven.

Wet van behoud van energie

• Energieomzetting: de ene vorm van energie kan worden omgezet in één of meer andere energievormen.

Wet van behoud van energie

• Wet van behoud van energie: Energie kan worden omgezet, maar de totale hoeveelheid blijft gelijk. 
• Alle stoffen bevatten chemische energie.
• In chemische reacties vinden energieomzettingen plaats: 
• - Warmte → temperatuur stijgt.
• - Bewegingsenergie → arbeid wordt verricht.
• - Elektrische energie → elektrische spanning.
• - Stralingsenergie → licht wordt uitgestraald.
• - Chemische energie

energie-effecten

• Energie-effect: Bij elke reactie komt energie vrij óf is energie nodig om de reactie te laten verlopen.
• Dit komt door het verbreken en vormen van (atoom)bindingen:
• - Verbreken van bindingen kost energie.
• - Vormen van bindingen levert energie op.
• De grootte van het energie-effect verschilt per reactie.

Endotherme reacties: energie wordt opgenomen tijdens de reactie.

• Voorbeeld: Fotosynthese → zonlicht levert energie om glucose en zuurstof te vormen.

• Exotherme reacties: energie wordt afgestaan aan de omgeving.
  • Bij een exotherme reactie levert het vormen van bindingen méér energie op dan het verbreken kost..
  • Verbrandingsreacties zijn bijna altijd exotherm.

energie-effecten

Verdampen: bindingen tussen moleculen worden verbroken → kost energie = endotherm proces

• Voorbeeld: Blaas over natte handen → snelle verdamping onttrekt warmte → handen koelen af.

Condensatie: energie komt vrij. = exotherm proces

• Fruittelers gebruiken dit om bloesem te beschermen bij late nachtvorst.

Dit is een exotherme reactie

1. Pizza bakken
2. Magnesium verbranden

Welk proces is exotherm?

1. Het bakken van een ei
2. Het smelten van kaarsvet
3. Het verbranden van aardgas
4. Het koken van water

Wat is exotherm?

1. Er komt energie vrij
2. Heeft energie nodig

Exotherm of endotherm?
Fotosynthese

1. Endotherm
2. Exotherm

Een explosie is een exotherme reactie

1. Waar
2. Niet waar

fotolyse is endotherm

1. waar
2. niet waar

Welke reactie is endotherm?

1. Het stollen van ijs
2. Verbranding van papier
3. Condenseren van waterdamp
4. Het smelten van ijs

activeringsenergie

• Niet alle reacties starten vanzelf, ook exotherme reacties niet.
• Activeringsenergie (E_act) is de energie die nodig is om de beginstoffen in de geactiveerde toestand te brengen.
• Voorbeeld: Aardgas verbrandt pas na een vonk of vlam, omdat er eerst activeringsenergie nodig is.
• in de geactiveerde toestand hebben beginstoffen voldoende energie opgenomen om te kunnen reageren tot eindproducten

activeringsenergie

Bij een exotherme reactie is minder energie nodig dan vrijkomt:

Bij een endotherme reactie is meer energie nodig dan vrijkomt:

Energiediagram

• Energiediagram: grafische weergave van het optredende energie-effect bij een chemische reactie. 
• Het verloop van de reactie wordt van links naar rechts weergegeven:
• - Beginstoffen staan links.
• - Reactieproducten staan rechts.
• Energiediagrammen zijn schematisch, er is geen schaalverdeling nodig.
  

Energiediagram

reactiewarmte

• ΔE: de reactiewarmte (Δ = ''delta'' = verschil)
• Horizontale lijnen in het diagram tonen de energieniveaus van de beginstoffen en reactieproducten.

Het verschil in energieniveau is de reactiewarmte (ΔE):

• ΔE wordt berekend als: 
• Δ𝐸=𝐸reactieproducten−𝐸beginstoffen

Energiediagram exotherme reactie

• Beginstoffen hebben meer chemische energie dan reactieproducten.
• ΔE < 0 → energie komt vrij (meestal als warmte).
• Voorbeeld: verbranding van aardgas.

Energiediagram endotherme reactie

• Reactieproducten hebben meer chemische energie dan beginstoffen.
• ΔE > 0 → energie wordt opgenomen.
• Voorbeeld: alle ontledingsreacties

Exotherme reactie

Δ𝐸=𝐸reactieproducten−𝐸beginstoffen = <0

Endotherme reactie

Δ𝐸=𝐸reactieproducten−𝐸beginstoffen = <0

Endotherm of exotherm

1. Endotherm
2. Exotherm
3. Geen van beide
4. Allebei

Dit is energiediagram van een:

1. thermolyse
2. verbrandingsreactie

Is dit een
exotherme of endotherm
reactie?

1. endotherm want product staat lager
2. Exotherm want product staat lager
3. exotherm, het is een verbranding
4. endotherm, het is ontleding

Maken: 3 t/m 7 (blz 12)

3

• a) Omzetting van chemische energie in bewegingsenergie (en warmte).
  
• b) Omzetting van elektrische energie in chemische energie (en warmte).
• c) Omzetting van chemische energie in warmte (en licht).
• d) Omzetting van chemische energie in elektrische energie en vervolgens in licht en warmte.

4

• a) exotherm
  
• b) endotherm
• c) endotherm
• d) exotherm

5

• a) Nee, het aansteken levert de activeringsenergie om de exotherme verbrandingsreactie op gang te brengen.
• b) 

5

• c) CH4(g) + 2 O2(g) → CO2(g) + 2 H2O(l)
• d) ΔE = Eproducten − Ebeginstoffen. Invullen geeft: ΔE = −9,655·105 − (−0,75·105) = −8,905·105 J/mol
• e) Aangezien er geen energie nodig is om de reactie te starten, hebben de moleculen van de beginstoffen (gemiddeld) voldoende energie om de geactiveerde toestand te bereiken. De energie die gebruikt wordt om de activeringsenergie te overwinnen, is warmte/thermische energie (of op microniveau: bewegingsenergie).

6

• a) In aanwezigheid van zuurstof zal het grafiet bij deze hoge temperatuur meteen verbranden tot koolstofdioxide.
• b) Voor de reactie is een erg hoge activeringsenergie nodig. Die wordt bij kamertemperatuur niet bereikt. De omzetting van grafiet naar diamant zal dus niet plaatsvinden.

7

• a) Chemische energie wordt omgezet in elektrische energie.
  
• b) Elektrische energie wordt omgezet in bewegingsenergie (en vervolgens in zwaarte-energie).
• c) de elektromotor
• d) 2 CH4O(l) + 3 O2(g) → 2 CO2(g) + 4 H2O(g)
• e) Van de 100% chemische energie die erin gaat, wordt 60% omgezet in elektrische energie en 40% in warmte. In totaal komt er dus 60 + 40 = 100% energie uit de brandstofcel. En dat is gelijk aan de 100% die erin gaat.