Exotherm und endotherm – der Unterschied einfach erklärt

Exotherm und endotherm sind zwei Fachbegriffe, mit denen du beschreibst, ob eine chemische Reaktion Energie abgibt oder aufnimmt. „Exo“ kommt aus dem Griechischen und bedeutet „nach außen“, „thermos“ bedeutet „warm“ – bei einer exothermen Reaktion fließt also Wärme nach außen in die Umgebung. „Endo“ bedeutet dagegen „nach innen“: Bei einer endothermen Reaktion nimmt das reagierende System Wärme aus der Umgebung auf.

Jede chemische Reaktion braucht zum Start eine sogenannte Aktivierungsenergie, die den ersten Schritt der Reaktion überhaupt erst ermöglicht. Danach entscheidet sich, ob am Ende mehr Energie freigesetzt wird, als für den Start nötig war (exotherm), oder ob unterm Strich Energie aufgenommen wird (endotherm). Diese Energiebilanz kannst du in einem Energiediagramm ablesen, das die Energie der Edukte und der Produkte gegenüberstellt.

Ein typischer Fehler ist, exotherm und endotherm nur an der Temperatur des Reaktionsgemischs selbst festzumachen. Entscheidend ist aber, wie sich die Umgebung verhält: Wird das Becherglas in deiner Hand wärmer, hast du eine exotherme Reaktion vor dir, wird es kälter, ist es eine endotherme Reaktion.

Ein häufiger Fehler ist die Annahme, jede Reaktion mit Flamme sei automatisch exotherm und jede Reaktion ohne Flamme automatisch endotherm. Tatsächlich entscheidet allein die Energiebilanz zwischen Edukten und Produkten, nicht das äußere Erscheinungsbild. Manche endothermen Vorgänge, etwa das Auflösen mancher Salze, laufen völlig unauffällig ab und fühlen sich nur kühl an, ohne dass etwas brennt oder leuchtet.

Ein zweiter Fehler ist die Verwechslung von Aktivierungsenergie und Reaktionsenergie. Die Aktivierungsenergie muss bei jeder Reaktion zunächst aufgebracht werden, egal ob exotherm oder endotherm – erst danach zeigt sich, ob am Ende mehr oder weniger Energie als am Anfang vorhanden ist. Eine Reaktion mit hoher Aktivierungsenergie kann trotzdem insgesamt exotherm sein.

Ein dritter Fehler betrifft das Energiediagramm: Viele Schüler zeichnen den Berg der Aktivierungsenergie falsch ein, indem sie ihn beim endothermen Diagramm weglassen. Auch endotherme Reaktionen müssen erst einen Energieberg überwinden, bevor sie ablaufen können.

Ein Handwärmer aus dem Wintersport nutzt eine exotherme Kristallisation: In einer übersättigten Natriumacetat-Lösung startet ein kleiner Metallplättchenklick die Bildung fester Kristalle, dabei wird Energie frei und der Beutel erwärmt sich auf bis zu 54 °C. In kochendem Wasser lösen sich die Kristalle wieder auf, sodass der Handwärmer erneut nutzbar wird.

Ein Kühlpack dagegen funktioniert genau umgekehrt: Beim Zerdrücken vermischen sich Wasser und ein Salz wie Ammoniumnitrat, das sich endotherm löst. Die Lösungswärme wird der Umgebung entzogen, das Pack kühlt spürbar ab und wird bei Sportverletzungen zur schnellen Kühlung eingesetzt.

Auch das Öffnen einer Sprudelflasche zeigt Energieeffekte: Beim Entweichen des gelösten Kohlenstoffdioxids kühlt sich die Flasche minimal ab, weil das Gas beim Ausdehnen Energie aufnimmt. In einer Brennstoffzelle läuft dagegen die exotherme Reaktion von Wasserstoff mit Sauerstoff ab, deren freiwerdende Energie direkt in elektrischen Strom umgewandelt wird, statt nur als Wärme zu entweichen.

In der Klassenarbeit wird häufig ein Energiediagramm gezeigt und danach gefragt, ob die dargestellte Reaktion exotherm oder endotherm ist. Schau dabei zuerst auf das Energieniveau am Anfang (Edukte) und am Ende (Produkte) der Kurve, nicht auf die Höhe des Bergs in der Mitte. Liegt das Ende tiefer als der Anfang, ist die Reaktion exotherm, liegt das Ende höher, ist sie endotherm.

Wirst du nach der Aktivierungsenergie gefragt, ist damit immer nur der Höhenunterschied zwischen den Edukten und dem höchsten Punkt der Kurve gemeint, niemals der Unterschied zwischen Anfang und Ende. Diese Verwechslung kostet in Klassenarbeiten regelmäßig Punkte, obwohl der Rechenweg sonst richtig ist.