Dieses Quiz als Battle spielen: Deutsch, Klasse 9-10, G-Niveau

Endotherme Reaktionen - Chemie

Einleitung

Bei einer endothermen Reaktion nimmt das reagierende System Energie aus seiner Umgebung auf. Diese Energie kann als Wärme, Licht oder elektrische Energie zugeführt werden. Häufig kühlt sich dabei die Umgebung ab.

Endotherme Reaktionen spielen im Alltag, in der Natur und in der Technik eine wichtige Rolle. Beispiele sind die Fotosynthese, die thermische Zersetzung von Kalkstein und die Zerlegung von Wasser durch Elektrolyse.

Wichtig ist die Abgrenzung: Das Schmelzen von Eis und das Verdunsten von Wasser sind ebenfalls endotherme Vorgänge, aber keine chemischen Reaktionen. Dabei entstehen keine neuen Stoffe.

Lernziele

Nach diesem aiMOOC kannst Du:

endotherme Reaktionen erkennen und erklären.
den Energieaustausch zwischen System und Umgebung beschreiben.
ein Energiediagramm auswerten.
endotherme und exotherme Reaktionen vergleichen.
einfache Temperaturmessungen und Energieberechnungen durchführen.
typische Fehlvorstellungen zu endothermen Reaktionen vermeiden.

Fachlicher Input

Definition und Energieaufnahme

Bei einer endothermen Reaktion wird Energie aus der Umgebung in das chemische System übertragen. Die Produkte besitzen anschließend eine höhere Enthalpie als die Edukte.

$Δ H_{R} = H_{P r o d u k t e} - H_{E d u k t e}$

Für eine endotherme Reaktion gilt:

$Δ H_{R} > 0$

Die Reaktionsenthalpie ist also positiv. Das System hat Energie aufgenommen.

Betrachteter Bereich	Veränderung
Reaktionssystem	nimmt Energie auf
Umgebung	gibt Energie ab
Reaktionsenthalpie	ist positiv
Energieniveau der Produkte	liegt über dem der Edukte

System und Umgebung

Als System bezeichnet man den Teil, den Du untersuchst, zum Beispiel eine Reaktionsmischung im Becherglas. Zur Umgebung gehören unter anderem das Becherglas, die Luft und das Thermometer.

Wird Wärme aus der Umgebung aufgenommen, kann die Temperatur der Umgebung sinken. Ein Temperaturabfall ist deshalb ein typischer Hinweis auf einen endothermen Vorgang. Er ist allein jedoch noch kein vollständiger Beweis für eine chemische Reaktion.

Aktivierungsenergie und Energieprofil

Auch eine endotherme Reaktion benötigt zunächst Aktivierungsenergie. Sie ist die Energiebarriere, die überwunden werden muss, damit genügend wirksame Teilchenzusammenstöße stattfinden.

Im Energiediagramm erkennst Du:

Die Edukte beginnen auf einem niedrigeren Energieniveau.
Der Kurvenberg zeigt die notwendige Aktivierungsenergie.
Die Produkte liegen energetisch höher als die Edukte.
Der Höhenunterschied zwischen Produkten und Edukten entspricht der positiven Reaktionsenthalpie.

Ein Katalysator senkt die Aktivierungsenergie. Er verändert jedoch weder die Energie der Edukte und Produkte noch die Reaktionsenthalpie.

Vergleich mit exothermen Reaktionen

Merkmal	Endotherme Reaktion	Exotherme Reaktion
Energiefluss	Energie gelangt in das System	Energie verlässt das System
Reaktionsenthalpie	$Δ H_{R} > 0$	$Δ H_{R} < 0$
Produkte	energetisch höher	energetisch tiefer
häufige Temperaturbeobachtung	Umgebung wird kälter	Umgebung wird wärmer
Beispiel	Kalksteinzerlegung	Verbrennung

Die Hin- und Rückreaktion gehören zusammen: Ist eine Reaktion in einer Richtung endotherm, dann ist die Umkehrreaktion unter denselben Bedingungen exotherm.

Beispiele aus Schule, Alltag und Natur

Kältepacks und endotherme Lösungsvorgänge

In einem Sofort-Kältepack werden Wasser und ein Salz erst beim Aktivieren gemischt. Beim Lösen bestimmter Salze wird mehr Energie zum Trennen der Teilchen benötigt, als bei ihrer Hydratation frei wird. Die fehlende Energie wird der Umgebung entzogen und das Pack wird kalt.

Das Lösen eines Salzes ist im engeren Sinn nicht immer eine chemische Reaktion, sondern ein endothermer Lösungsvorgang. Es eignet sich dennoch gut, um den Energieaustausch zwischen System und Umgebung zu untersuchen.

Sicherheit: Öffne ein Kältepack niemals. Seine Inhaltsstoffe sind nicht zum Berühren oder Verschlucken bestimmt.

Entwässerung von Kupfersulfat-Pentahydrat

Blaues Kupfersulfat-Pentahydrat enthält Kristallwasser. Beim Erhitzen wird dieses Wasser abgegeben. Dafür muss fortlaufend Energie zugeführt werden.

$C u S O_{4} \cdot 5 H_{2} O \overset{E n e r g i e}{\to} C u S O_{4} + 5 H_{2} O$

Das wasserfreie Kupfersulfat ist nahezu weiß. Gibt man wieder Wasser hinzu, entsteht blaues hydratisiertes Kupfersulfat. Diese Rückreaktion setzt Energie frei.

Thermische Zersetzung von Kalkstein

Beim Kalkbrennen wird Calciumcarbonat stark erhitzt. Es entstehen Calciumoxid und Kohlenstoffdioxid.

$C a C O_{3} \overset{E n e r g i e}{\to} C a O + C O_{2}$

Die Reaktion ist endotherm. In einem Kalkofen muss deshalb ständig Energie zugeführt werden. Der Vorgang ist technisch wichtig für die Herstellung von Branntkalk, Mörtel und Zement.

Fotosynthese

Pflanzen speichern Lichtenergie in energiereichen Stoffen. Vereinfacht lässt sich die Fotosynthese so darstellen:

$6 C O_{2} + 6 H_{2} O + L i c h t e n e r g i e ⟶ C_{6} H_{12} O_{6} + 6 O_{2}$

Die Energieaufnahme erfolgt hier hauptsächlich durch Licht. Endotherm bedeutet deshalb nicht automatisch, dass eine Reaktion nur durch Erwärmen möglich ist.

Elektrolyse von Wasser

Bei der Elektrolyse wird elektrische Energie genutzt, um Wasser in Wasserstoff und Sauerstoff zu zerlegen.

$2 H_{2} O ⟶ 2 H_{2} + O_{2}$

Dieses Beispiel zeigt: Eine energieaufnehmende Reaktion kann auch durch elektrische Energie angetrieben werden.

Experiment: Citronensäure und Natriumhydrogencarbonat

Dieses Schulexperiment zeigt einen Vorgang, bei dem die Mischung deutlich abkühlen kann.

Material: Becherglas, Thermometer, Wasser, Citronensäure und Natriumhydrogencarbonat.

Durchführung:

Miss die Anfangstemperatur des Wassers.
Gib nach Anweisung der Lehrkraft Citronensäure in das Wasser.
Füge Natriumhydrogencarbonat hinzu.
Lasse das Gefäß offen, da Kohlenstoffdioxid entsteht.
Miss die tiefste Temperatur und notiere Deine Beobachtungen.

Vereinfachte Reaktionsgleichung:

$C_{6} H_{8} O_{7} + 3 N a H C O_{3} ⟶ N a_{3} C_{6} H_{5} O_{7} + 3 C O_{2} + 3 H_{2} O$

Der Gesamtvorgang kann der Umgebung Wärme entziehen. Die Temperatur sinkt.

Sicherheit: Trage eine Schutzbrille, arbeite nur nach Anweisung und verschließe das Gefäß nicht.

Temperaturmessung und einfache Kalorimetrie

Mit einer Temperaturmessung kannst Du die Wärmeaufnahme näherungsweise untersuchen. Für eine vereinfachte Rechnung gilt:

$Q = m \cdot c \cdot Δ T$

Dabei bedeuten:

Zeichen	Bedeutung
$Q$	übertragene Wärmeenergie
$m$	Masse der Lösung
$c$	spezifische Wärmekapazität
$Δ T$	Temperaturänderung

Beispiel: Eine Lösung mit einer Masse von 100 g kühlt sich um 5 K ab. Näherungsweise wird die Wärmekapazität von Wasser verwendet.

$Q = 100 g \cdot 4,18 \frac{J}{g \cdot K} \cdot (- 5 K)$

$Q \approx - 2090 J$

Die Lösung und ihre Umgebung haben etwa 2,1 kJ Wärmeenergie verloren. Der untersuchte Vorgang hat diese Energie näherungsweise aufgenommen. Wärmeverluste an die weitere Umgebung werden bei dieser einfachen Rechnung vernachlässigt.

Häufige Fehlvorstellungen

Aussage	Bewertung	Begründung
Jede Reaktion, die angezündet wird, ist endotherm.	falsch	Eine Flamme kann nur die Aktivierungsenergie für eine anschließend exotherme Reaktion liefern.
Jede Abkühlung beweist eine chemische Reaktion.	falsch	Auch Lösen, Schmelzen oder Verdunsten können endotherm sein.
Ein Katalysator liefert die Reaktionsenergie.	falsch	Er senkt nur die Aktivierungsenergie.
Endotherm bedeutet langsam.	falsch	Energieumsatz und Reaktionsgeschwindigkeit sind verschiedene Eigenschaften.
Endotherm bedeutet niemals spontan.	falsch	Für die Freiwilligkeit ist neben der Enthalpie auch die Entropie wichtig.

Vertiefung: Endotherm und endergon

Endotherm beschreibt die Enthalpieänderung. Endergon beschreibt die Änderung der freien Enthalpie. Beide Begriffe sind nicht gleichbedeutend.

$Δ G = Δ H - T \cdot Δ S$

Diese Beziehung wird vor allem in der Oberstufe behandelt. Eine endotherme Reaktion kann unter bestimmten Bedingungen trotzdem freiwillig ablaufen.

Merksatz

Bei einer endothermen Reaktion nimmt das System Energie aus der Umgebung auf. Die Produkte liegen energetisch höher als die Edukte und die Reaktionsenthalpie ist positiv.

Interaktive Aufgaben

Quiz: Teste Dein Wissen

Was kennzeichnet eine endotherme Reaktion? (Das System nimmt Energie aus der Umgebung auf) (!Das System gibt immer Licht ab) (!Die Produkte besitzen immer weniger Energie) (!Die Reaktionsenthalpie ist immer negativ)

Welches Vorzeichen besitzt die Reaktionsenthalpie einer endothermen Reaktion? (Positiv) (!Negativ) (!Immer null) (!Nicht bestimmbar)

Wie liegen die Produkte einer endothermen Reaktion im Energiediagramm? (Höher als die Edukte) (!Tiefer als die Edukte) (!Immer auf gleicher Höhe) (!Außerhalb des Diagramms)

Was beschreibt die Aktivierungsenergie? (Die Energiebarriere für den Reaktionsstart) (!Die Masse der Produkte) (!Die Temperatur der Umgebung) (!Die Farbe eines Katalysators)

Was verändert ein Katalysator? (Er senkt die Aktivierungsenergie) (!Er macht die Reaktionsenthalpie positiv) (!Er erhöht die Produktmasse) (!Er wird vollständig verbraucht)

Welche Beobachtung kann auf einen endothermen Vorgang hinweisen? (Die Umgebung kühlt sich ab) (!Die Masse verschwindet) (!Das Thermometer zeigt immer null Grad) (!Alle Stoffe beginnen zu leuchten)

Was geschieht beim Erhitzen von Kupfersulfat-Pentahydrat? (Kristallwasser wird abgegeben) (!Kupfer entsteht als Metall) (!Sauerstoff wird vollständig verbraucht) (!Das Salz wird zu Natriumchlorid)

Welche Energie treibt die Fotosynthese hauptsächlich an? (Lichtenergie) (!Schallenergie) (!Kernenergie) (!Reibungsenergie)

Warum ist das Schmelzen von Eis keine chemische Reaktion? (Es entsteht kein neuer Stoff) (!Es wird keine Energie übertragen) (!Eis besitzt keine Teilchen) (!Wasser kann nicht gefrieren)

Welche Aussage zur Umkehrreaktion ist richtig? (Die Umkehrung einer endothermen Reaktion ist exotherm) (!Die Umkehrung ist immer ebenfalls endotherm) (!Eine Umkehrreaktion besitzt keine Produkte) (!Eine Umkehrreaktion benötigt nie Energie)

Memory

Endotherm	Energieaufnahme
Reaktionsenthalpie	Energiedifferenz
Aktivierungsenergie	Startbarriere
Katalysator	Reaktionsweg
Umgebung	Wärmequelle
Produkte	höheres Energieniveau
Kalorimetrie	Wärmemessung

Drag and Drop

Ordne die richtigen Begriffe zu.	Thema
Energieaufnahme	Endotherme Reaktion
Energieabgabe	Exotherme Reaktion
Start der Reaktion	Aktivierungsenergie
Energiedifferenz	Reaktionsenthalpie
Niedrigere Energiebarriere	Katalysator

Kreuzworträtsel

Enthalpie	Welche Zustandsgröße wird bei endothermen Reaktionen größer?
Umgebung	Welcher Bereich gibt Energie an das Reaktionssystem ab?
Edukte	Wie heißen die Ausgangsstoffe einer Reaktion?
Produkte	Wie heißen die bei einer Reaktion entstehenden Stoffe?
Katalysator	Welcher Stoff senkt die Aktivierungsenergie?
Fotosynthese	Welcher natürliche Prozess speichert Lichtenergie in Glucose?

LearningApps

Lückentext

Bei einer endothermen Reaktion nimmt das System

aus der Umgebung auf. Die Reaktionsenthalpie ist dabei

. Im Energiediagramm liegen die

höher als die Edukte. Zum Start einer Reaktion muss häufig die

überwunden werden. Ein Katalysator senkt diese Energiebarriere, verändert aber nicht die

. Bei einer Wärmeaufnahme kann die Temperatur der

sinken. Die Fotosynthese wird durch

angetrieben. Das Schmelzen von Eis ist eine endotherme

. Beim Erhitzen von Kupfersulfat-Pentahydrat wird

abgegeben. Die Umkehrung einer endothermen Reaktion verläuft

.

Offene Aufgaben

Leicht

Temperaturmessung: Beobachte mit einem Thermometer, wie sich die Temperatur beim Auflösen einer Brausetablette verändert, und erstelle ein Messprotokoll.
Energiediagramm: Zeichne ein beschriftetes Energiediagramm einer endothermen Reaktion.
Alltagschemie: Gestalte ein Plakat mit drei endothermen Vorgängen und kennzeichne, welche davon chemische Reaktionen sind.
Videoanalyse: Fasse ein eingebettetes Lernvideo in höchstens acht Sätzen zusammen.

Standard

Versuchsplanung: Plane einen sicheren Versuch mit Citronensäure und Natriumhydrogencarbonat einschließlich Kontrollmessung.
Kalorimetrie: Berechne die aufgenommene Energie für eine selbst gewählte Masse und Temperaturänderung.
Kupfersulfat: Erkläre die Farbänderung zwischen hydratisiertem und wasserfreiem Kupfersulfat in einem Schaubild.
Fotodokumentation: Erstelle eine kommentierte Bildfolge zu einem endothermen Schulversuch.

Schwer

Kältepack: Untersuche Aufbau, Wirkungsweise, Nutzen und Entsorgung eines handelsüblichen Kältepacks, ohne es zu öffnen.
Kalkbrennen: Recherchiere die Energieversorgung eines Kalkofens und erkläre den Zusammenhang mit der endothermen Zersetzung.
Gibbs-Energie: Erläutere an einem Beispiel, warum endotherm nicht automatisch endergon bedeutet.
Erklärvideo: Produziere ein dreiminütiges Lernvideo, das Aktivierungsenergie, Reaktionsenthalpie und Katalysator voneinander abgrenzt.

Lernkontrolle

Messdaten auswerten: Eine Mischung kühlt von 21 °C auf 15 °C ab. Erkläre, welche Schlussfolgerungen möglich sind und welche zusätzlichen Beobachtungen Du für den Nachweis einer chemischen Reaktion benötigst.
Diagramme vergleichen: Vergleiche ein endothermes und ein exothermes Energiediagramm hinsichtlich Aktivierungsenergie, Produktniveau und Energiefluss.
Fehlvorstellung prüfen: Beurteile die Aussage „Eine Reaktion ist endotherm, sobald sie mit einem Brenner gestartet wird“ und begründe Deine Entscheidung.
Kontrollversuch entwickeln: Entwirf einen Kontrollversuch, mit dem Du prüfen kannst, ob eine Temperaturänderung durch eine Reaktion oder nur durch das Mischen unterschiedlich warmer Stoffe verursacht wird.
Techniktransfer: Erkläre, weshalb ein Kalkofen trotz guter Wärmedämmung dauerhaft Energie benötigt.
Umkehrreaktion erklären: Wasserfreies Kupfersulfat wird nach Wasserzugabe warm und blau. Leite daraus die Energieänderung der vorherigen Entwässerung ab.

Lernnachweis

Für einen Lernnachweis solltest Du zeigen, dass Du:

den Begriff endotherme Reaktion fachlich richtig verwendest.
System und Umgebung voneinander unterscheidest.
das Vorzeichen von $Δ H_{R}$ begründest.
ein Energieprofil beschriften und deuten kannst.
Aktivierungsenergie und Reaktionsenthalpie nicht verwechselst.
eine Temperaturmessung sinnvoll auswertest.
chemische Reaktionen von endothermen Zustandsänderungen unterscheidest.
Sicherheitsregeln bei Schulexperimenten beachtest.
Deine Ergebnisse mit Beobachtungen, Messwerten und Reaktionsgleichungen belegst.

OERs zum Thema

Verknüpfte Lernbereiche

Endotherme Reaktionen - Chemie

aiMOOC-Projekte

Schulfach+

Prüfungsliteratur 2026
Bundesland	Bücher	Kurzbeschreibung
Baden-Württemberg	Abitur Der zerbrochne Krug - Heinrich von Kleist Heimsuchung - Jenny Erpenbeck Mittlere Reife Der Markisenmann - Jan Weiler oder Als die Welt uns gehörte - Liz Kessler Ein Schatten wie ein Leopard - Myron Levoy oder Pampa Blues - Rolf Lappert	Abitur Dorfrichter-Komödie über Wahrheit/Schuld; Roman über einen Ort und deutsche Geschichte. Mittlere Reife Wahllektüren (Roadtrip-Vater-Sohn / Jugendroman im NS-Kontext / Coming-of-age / Provinzroman).
Bayern	Abitur Der zerbrochne Krug - Heinrich von Kleist Heimsuchung - Jenny Erpenbeck	Abitur Lustspiel über Machtmissbrauch und Recht; Roman als Zeitschnitt deutscher Geschichte an einem Haus/Grundstück.
Berlin/Brandenburg	Abitur Der zerbrochne Krug - Heinrich von Kleist Woyzeck - Georg Büchner Der Biberpelz - Gerhart Hauptmann Heimsuchung - Jenny Erpenbeck	Abitur Gerichtskomödie; soziales Drama um Ausbeutung/Armut; Komödie/Satire um Diebstahl und Obrigkeit; Roman über Erinnerungsräume und Umbrüche.
Bremen	Abitur Nach Mitternacht - Irmgard Keun Mario und der Zauberer - Thomas Mann Emilia Galotti - Gotthold Ephraim Lessing oder Miss Sara Sampson - Gotthold Ephraim Lessing	Abitur Roman in der NS-Zeit (Alltag, Anpassung, Angst); Novelle über Verführung/Massenpsychologie; bürgerliche Trauerspiele (Moral, Macht, Stand).
Hamburg	Abitur Der zerbrochne Krug - Heinrich von Kleist Das kunstseidene Mädchen - Irmgard Keun	Abitur Justiz-/Machtkritik als Komödie; Großstadtroman der Weimarer Zeit (Rollenbilder, Aufstiegsträume, soziale Realität).
Hessen	Abitur Der zerbrochne Krug - Heinrich von Kleist Woyzeck - Georg Büchner Heimsuchung - Jenny Erpenbeck Der Prozess - Franz Kafka	Abitur Gerichtskomödie; Fragmentdrama über Gewalt/Entmenschlichung; Erinnerungsroman über deutsche Brüche; moderner Roman über Schuld, Macht und Bürokratie.
Niedersachsen	Abitur Der zerbrochene Krug - Heinrich von Kleist Das kunstseidene Mädchen - Irmgard Keun Die Marquise von O. - Heinrich von Kleist Über das Marionettentheater - Heinrich von Kleist	Abitur Schwerpunkt auf Drama/Roman sowie Kleist-Prosatext und Essay (Ehre, Gewalt, Unschuld; Ästhetik/„Anmut“).
Nordrhein-Westfalen	Abitur Der zerbrochne Krug - Heinrich von Kleist Heimsuchung - Jenny Erpenbeck	Abitur Komödie über Wahrheit und Autorität; Roman als literarische „Geschichtsschichtung“ an einem Ort.
Saarland	Abitur Heimsuchung - Jenny Erpenbeck Furor - Lutz Hübner und Sarah Nemitz Bahnwärter Thiel - Gerhart Hauptmann	Abitur Erinnerungsroman an einem Ort; zeitgenössisches Drama über Eskalation/Populismus; naturalistische Novelle (Pflicht/Überforderung/Abgrund).
Sachsen (berufliches Gymnasium)	Abitur Der zerbrochne Krug - Heinrich von Kleist Woyzeck - Georg Büchner Irrungen, Wirrungen - Theodor Fontane Der gute Mensch von Sezuan - Bertolt Brecht Heimsuchung - Jenny Erpenbeck Der Trafikant - Robert Seethaler	Abitur Mischung aus Klassiker-Drama, sozialem Drama, realistischem Roman, epischem Theater und Gegenwarts-/Erinnerungsroman; zusätzlich Coming-of-age im historischen Kontext.
Sachsen-Anhalt	Abitur (keine fest benannte landesweite Pflichtlektüre veröffentlicht; Themenfelder)	Abitur Schwerpunktsetzung über Themenfelder (u. a. Literatur um 1900; Sprache in politisch-gesellschaftlichen Kontexten), ohne feste Einzeltitel.
Schleswig-Holstein	Abitur Der zerbrochne Krug - Heinrich von Kleist Heimsuchung - Jenny Erpenbeck	Abitur Recht/Gerechtigkeit und historische Tiefenschichten eines Ortes – umgesetzt über Drama und Gegenwartsroman.
Thüringen	Abitur (keine fest benannte landesweite Pflichtlektüre veröffentlicht; Orientierung am gemeinsamen Aufgabenpool)	Abitur In der Praxis häufig Orientierung am gemeinsamen Aufgabenpool; landesweite Einzeltitel je nach Vorgabe/Handreichung nicht einheitlich ausgewiesen.
Mecklenburg-Vorpommern	Abitur (Quelle aktuell technisch nicht abrufbar; Beteiligung am gemeinsamen Aufgabenpool bekannt)	Abitur Land beteiligt sich am länderübergreifenden Aufgabenpool; konkrete, veröffentlichte Einzeltitel konnten hier nicht ausgelesen werden.
Rheinland-Pfalz	Abitur (keine landesweit einheitliche Pflichtlektüre; schulische Auswahl)	Abitur Keine landesweite Einheitsliste; Auswahl kann schul-/kursbezogen erfolgen.