Frage von zombiecupcake, 39

Chemie Protokoll, endotherm und exotherm?

Wir müssen ein Protokoll machen, durften aber nicht im Unterricht daran arbeiten. Wir haben vier verschiedene Salze (Ammoniumchlorid, Calciumchlorid, Natriumchlorid und Kupfer-2-sulfat) in Wasser gelöst.

Wir haben die Temperatur gemessen und sie ist bei allen mehr oder weniger gesunken. Warum ist die gesunken? Ich verstehe nicht warum? Ist das endotherm oder exotherm?

Und das Wasser hat dann auch geflimmert, wie wenn die Hitze über einer Heizung aufsteigt. Weiß jemand, was das ist?

Hilfreichste Antwort - ausgezeichnet vom Fragesteller
von DedeM, Community-Experte für Chemie, 23

Moin,

wie man ein naturwissenschaftliches Protokoll schreibt, weißt du? - Falls nicht, so sollten folgende Punkte in dieser Reihenfolge bearbeitet sein:

• Überschrift oder Fragestellung                                                  (Datum)
• Materialien (Geräte und Chemikalien)
• Durchführung
• Beobachtungen und / oder Messergebnisse
• Deutung

Die Angaben zu den von dir verwendeten Salzen sind teilweise nicht ganz eindeutig. Du könntest folgendes beobachtet haben:
Wenn du Ammoniumchlorid in Wasser löst, sinkt die Temperatur ziemlich stark ab (endotherme Reaktion).
Wenn du wasserfreies Calciumchlorid (Formel CaCl2) in Wasser löst, erwärmt sich die Lösung (exotherme Reaktion), aber
wenn du kristallwasserhaltiges Calciumchloridhexahydrat (Formel CaCl2 • 6 H2O) in Wasser löst, sinkt die Temperatur der Lösung etwas (endotherme Reaktion).
Wenn du Natriumchlorid (Formel NaCl) in Wasser löst, sinkt die Temperatur ein bisschen ab (um 1° bis 2° C; leicht endotherme Reaktion).
Beim Kupfer-II-sulfat kann man wieder zwei Fälle unterscheiden: weißes, kristallwasserfreies Kupfer-II-sulfat (Formel CuSO4) löst sich unter starker Wärmeentwicklung (über 40° C; exotherme Reaktion) im Wasser auf.
Blaues ()bzw, bläuliches), kristallwasserhaltiges Kupfer-II-sulfatpentahydrat (Formel CuSO4 • 5 H2O) kühlt die Lösung dagegen etwas ab (endotherme Reaktion).
Da du geschrieben hast, dass die Temperatur stets gefallen ist, scheint ihr bei den beiden kritischen Salzen die Sorten benutzt zu haben, die gebundenes Kristallwasser enthielten...

Die Erklärung für dieses Phänomen ist folgende: Salze bestehen aus Ionen Kationen und Anionen). Unterschiedlich geladene Ionen ziehen sich elektrostatisch an. Da diese Anziehungskraft aber nicht nur in eine bestimmte Raumrichtung wirkt, umlagern sich entgegengesetzt geladene Ionen so oft, wie Platz vorhanden ist (das heißt, bis die Abstoßungskräfte von gleich geladenen Ionen wirksam werden und ein weiteres Umlagern mit noch mehr Ionen verhindern). Das führt zu einem Ionengitter. Die Energie, die dieses Gitter aus entgegengesetzt geladenen Ionen zusammenhält, bezeichnet man als Gitterenergie. Damit sich ein Salz in Wasser auflösen kann, musst du also erst einmal Energie hineinstecken, damit diese Gitterenergie überwunden wird.

Aber das ist nur die eine Seite der Medaille. Werden nämlich losgelöste Ionen anschließend von Wasserteilchen umhüllt (also von einer Hydrathülle umgeben), wird die sogenannte Hydratationsenergie frei gesetzt. Dieser Vorgang liefert also Energie.

Ist nun die Hydratationsenergie größer (oder annähernd gleich groß) wie die Gitterenergie, so wird im Grunde mehr Energie frei gesetzt und die Salzlösung erwärmt sich logischerweise (Überkompensation).

Ist dagegen die Hydratationsenergie kleiner als die Gitterenergie, aber das Salz trotzdem wasserlöslich, so muss die fehlende Energie aus der Umgebung herangezogen werden - logisch, oder?
Die Umgebung des Salzes ist aber das Wasser. Die fehlende Energie muss also aus dem Wasser kommen. Das Wasser kühlt sich daher ab. Um es etwas genauer zu sagen: die Wasserteilchen bewegen sich im Wasser (das heißt, sie besitzen Bewegungsenergie). Wenn sie sich nun an ein Ion anlagern, verlieren sie etwas von ihrer Beweglichkeit; sie werden langsamer. Darum sinkt die Temperatur.

Ich hoffe, du kannst mit diesen Erläuterungen etwas anfangen...

LG von der Waterkant

Kommentar von zombiecupcake ,

Ja, vielen Dank! Das mit dem Protokoll schreiben kann ich :) Das hat mir sehr geholfen! 

Expertenantwort
von vach77, Community-Experte für Chemie, 14

Die Versuche sind leider, bis auf einen, fehlgeschlagen.

Wenn man Calciumchlorid und Kupfersulfat, also nicht die kristallwasserhaltigen Verbindungen, in Wasser löst, tritt eine sehr starke Erwärmung ein.

Das Natriumchlorid löst sich nahezu isotherm, also ohne Temperaturänderung.

Nur wenn sich das Ammoniumchlorid löst, kühlt sich die Flüssigkeit ab.



Kommentar von zombiecupcake ,

Bei uns ist das alles kälter geworden, bei CaCl2 sogar am meisten.... Das Kupfersulfat war wasserhaltig

Kommentar von vach77 ,

Dann hattet ihr das Calciumchloridhexahydrat gelöst, und dieses bedingt die Abkühlung der Flüssigkeit.

Allgemein gilt:

Hydratationsenergie > Gitterenergie      Erwärmung
Hydratationsenergie < Gitterenergie      Abkühlung
Hydratationsenergie ≈ Gitterenergie      isothermer Lösungsvorgang

Jetzt musst Du Dich, am besten bei google, mit den Begriffen
Hydratationsenergie und Gitterenergie vertraut machen.

Kommentar von zombiecupcake ,

Okay, danke, die Begriffe kenne ich schon und habe es jetzt verstanden. Danke dafür!

Antwort
von KuarThePirat, 11

https://de.wikipedia.org/wiki/Hydrationsenergie

Kommentar von zombiecupcake ,

Vielen Dank! Hat mir wirklich geholfen!

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