Frage von ChanandlerBong, 40

Geht bei der Umwandlung von chemischer in kinetische oder thermische Energie Masse verloren?

Bsp. Wir fahren den 40 Liter Tank eines Autos leer. Chemische Energie des Benzins ist in Bewegung und Wärme umgewandelt wurden (und chemische Reststoffe). Diese 40 Liter, respektive in etwa Kilogramm, sind doch nun eigentlich (größtenteils) im System Erde weg oder? Wo ist da der Denkfehler?

Antwort
von Matz84, 18

Wie Roderic schon geschrieben hat: Wenn das Benzin im Motor verbrannt wird, entspricht das einer chemischen Reaktion, vereinfacht gesagt (die Nebenreaktionen lassen wir mal weg) reagiert das Benzin mit Sauerstoff aus der Luft zu Kohlendioxid und Wasser(dampf).

Bei chemischen Reaktionen gilt, wie man meist sagt, das "Gesetz der Erhaltung der Masse". Die Materie die vorher das Benzin war ist natürlich noch vorhanden, sie liegt nur in einem anderen chemischen Zustand vor, in diesem Fall dazu noch gasförmig, sodass sie scheinbar "weg" ist. Die Gasteilchen sind aber alle in der Atmosphäre vorhanden (bis mit ihnen weiteres passiert...) und haben natürlich auch ihre Masse. Die Masse der Produkte ist dabei "dieselbe" wie die der Edukte.

Die chemische Energie der Reaktionsprodukte ist dabei geringer als die der Edukte, die frei werdende Energie ist eben die genutzte kinetische bzw. thermische Energie, also:

Energiereiche Stoffe mit Masse -> energieärmere Stoffe mit dieser Masse + kinetische Energie + thermische Energie

So. So wird es einem in Chemie meist gelernt. Wenn man aber es aber ganz ganz genau theoretisch betrachten will, stimmt das bisher gesagte nicht ganz: Es gibt nämlich das Phänomen des "Massendefektes":

Ein Atomkern ist aus Neutronen und Protonen aufgebaut. Deren Einzelmassen sind gut bekannt. Betrachtet man einen Atomkern, so stellt man aber fest: Der Kern selbst ist leichter als die Masse der Summe seiner "Einzelteile"!

Die Erklärung dafür liefert die Masse-Energie-Äquivalenz, E= m*c^2 (Einstein).

Der Atomkern ist energieärmer (und stabiler) als die entsprechende Menge einzelner Neutronen und Protonen. Nimmt man an, der Kern bildet sich aus den Einzelteilen (ähnlich wie bei einer chemischen Reaktion), wird dabei Energie frei (Bindungsenergie). Diese frei werdende Energie entspricht nun nach der Masse-Energie-Äquivalenz einer Masse! Und um diese Masse ist der Kern (Produkt) dann tatsächlich leichter als die Edukte.

Nun ist es so, dass die umgesetzten Energien bei Kernreaktionen gewaltig sind (Kernfusion in der Sonne, H-Bombe, Atombombe, usw. ...). Rechnet man nach E=m*c^2 die umgesetzten Energien in eine Masse um, so liegen die Massen (die, wenn Energie frei wird, den Produkten tatsächlich fehlen!) im messbaren Bereich. Bei Kernreaktionen gilt daher (messbar) keine Massenerhaltung (da die Masse dann eben in der freiwerdenden Energie "enthalten ist", das ist eben die Masse-Energie-Äquivalenz).

Und dies ist bei chemischen Reaktionen prinzipiell genauso: Der bei der Verbrennung des Benzins frei gewordenen Energie kann man auch ein Massenäquivalent zuweisen, um diese Masse sind die Produkte (hier CO2 und H2O) dann tatsächlich leichter. Umgekehrt nimmt die Masse bei endothermen Reaktionen, wo die Produkte energiereicher als die Edukte sind, zu. Wenn man allerdings ausrechnet, wie groß dieses Massenäquivalent ist, stellt man fest: Es ist sehr sehr winzig. So winzig, dass es in der Praxis in der Chemie, auch mit den besten Waagen die man im Labor so hat, nicht messbar ist. Einfach da bei chemischen Reaktionen lange nicht so viel Energie umgesetzt wird wie bei Kernreaktionen.

In der Praxis spielt daher bei chemischen Reaktionen der Massendefekt keine Rolle, sodass man in der Chemie, wenn es um die Massen der Edukte/ Produkte geht, vom "Gesetz der Erhaltung der Masse" spricht. Es ist aber streng genommen nur eine Näherung. Vor der Kenntnis der Masse-Energie-Äquivalenz hielt man es aber für exakt gültig.

Antwort
von Roderic, 40

Nein. Die 40kg Benzin haben sich zusammen mit (etwa) 100kg Sauerstoff aus der Luft in 140kg Wasserdampf und Kohlendioxid umgewandelt und befinden sich nun in der Atmosphäre. Da geht keine Masse verloren. Lernt ihr sowas nicht im Chemieunterricht?

Keine passende Antwort gefunden?

Fragen Sie die Community