2.2 : Enthalpie und Reaktionswärme

Verbrennung ist eine Reaktion, bei der eine Substanz mit einem Oxidationsmittel, in den meisten Fällen molekularem Sauersubstanz, reagiert, um Energie in Form von Wärme, Licht oder Schall freizusetzen. Die Verbrennungswärme wird auch als Verbrennungsenthalpie bezeichnet. Die Energie, die freigesetzt wird, wenn ein Mol einer Substanz bei konstantem Druck vollständig verbrannt wird, wird als molare Verbrennungswärme bezeichnet. Verbrennungsreaktionen sind exotherm; das heißt, sie setzen Energie frei und ihre ΔH-Vorzeichenkonvention ist negativ.

Im Jahr 1772 entdeckte der französische Chemiker Antoine Lavoisier, dass die Produkte des verbrannten Schwefels mehr wogen als die ursprüngliche Masse des Reaktanten. Er postulierte, dass sich Schwefel mit Luft verband, was zu einer Gewichtszunahme führte. Später führte Joseph Priestleys Entdeckung von „Sauersubstanz“ als Bestandteil der Luft im Jahr 1774 Lavoisier zu der Annahme, dass sich Schwefel mit dem Sauersubstanz in der Luft verbindet, was zu einer Zunahme seiner Masse führt. Er kam zu dem Schluss, dass Verbrennung die Verbindung mit Sauersubstanz bedeutet. Mit anderen Worten: Schwefel wurde verbrannt.

Beispiele für Verbrennungsreaktionen sind die Verbrennung von Kohlenwassersubstanzbrennsubstanzen wie Erdgas und Kohle. Bei Verbrennungsreaktionen von Kohlenwassersubstanzen variiert die freigesetzte Energiemenge je nach Art des zu verbrennenden Brennsubstanzen.

Zum Beispiel die Verbrennung von Erdgas, Methan (CH₄), gegeben durch die Reaktion:

erzeugt weniger Wärmeenergie als Butan (C₄H₁₀), gegeben durch die Reaktion:

Somit hängen die Anzahl der Sauersubstanzmoleküle, die zur Verbrennung des Kohlenwassersubstanzen erforderlich sind, und die Anzahl der Moleküle jedes gebildeten Produkts von der Kohlenwassersubstanzzusammensetzung ab.

Die Verbrennungswärme bestimmt die relative Stabilität verzweigter Kohlenwassersubstanze mit derselben Summenformel. Der Strukturunterschied entsteht durch Methylgruppen, die an unterschiedlichen Positionen entlang der Kohlenwassersubstanzkette angebracht sind. Die Menge der freigesetzten Wärmeenergie nimmt mit zunehmender Verzweigung ab, wobei das hochverzweigte 2,2-Dimethylhexan im Vergleich zu Oktan eine geringe Energie erzeugt. Daher ist unverzweigtes Oktan weniger stabil als sein verzweigtes Gegenstück.