Warum ist genau Natriumacetat in Handwärmern?
Hallo, ich schreibe zur Zeit meine Facharbeit über den Handwärmer aber kann zu der oben genannten Frage leider keine Antwort finden. Ich habe mir schon überlegt, dass es an dem relativ niedrigen Schmelzpunkt bei 58°C oder vielleicht an der guten Wasserlöslichkeit des Stoffes, aber eig. befindet sich ja nicht viel zugegebenes Wasser im Handwärmer und ich glaube, dass das nicht ein ausschlaggebendes Kriterium sein kann. Ich habe auch gelesen, dass das Natriumacetat-Trihydrat bei Temperaturen weit unter seinem Schmelzpunkt unterkühlt werden kann und sich ja dadurch die „unterkühlte Schmelze” bildet (Übersättigter Zustand) aber das können auch andere Salze (Kristalle), weswegen mir unklar ist warum man das Natriumacetat Trihydrat in Handwärmern benutzt
Ich brauche dringend eine Antwort. Ich finde es wichtig das Thema in meine Facharbeit zu haben, da ich ja auch den Inhaltsstoff beschreiben muss, wenn Kristallisation mit dem Beispiel am Handwärmer mein Thema ist.
Ich hoffe ihr könnt mir helfen!
Ich würde mich sehr über eure Antwort freuen! Hoffe um schnelle Hilfe :)
dankee
und wie funktioniert der Kristallisationskeim beim Handwärmer? Ist es richtig wenn ich sage dass durch die feinen Risse eine frische kristalline Oberfläche entsteht, da die Ionen sich leichter in die Risse anlagern können? Oder wie funktioniert das Metallplättchen als Kristallisationskeim?
Spricht man, wenn das Natriumacetat von fest nach flüssig übergeht von einem Phasenübergang in den kristallinen Zustand ?
vielen Dank schonmal:)
Alle Personen die hier eine Antwort geben helfen mir enorm
4 Antworten
Schaue bitte auch einmal hier rein!
Das zugrundeliegende Prinzip ist die Eigenschaft von Natriumacetat, dass es beim Lösungsvorgang in Wasser Energie in Form von Wärme verbraucht. Beim Lösen des Salzes wird die Lösung kalt, weil der Umgebung - hier des Lösungsmittels Wasser - Energie entzogen wird. Das passiert immer dann, wenn die Gitterenergie des festen Salzes größer ist als die Energie, die bei der Solvatation der gelösten Ionen frei wird. Dann wird also eine "externe" Energiequelle angezapft und es kommt während des Lösungsvorgangs zu einer Abkühlung. Und genau diese bei der Lösung zugeführte Energie wird bei der Kristallisation des Salzes in Form von Wärme wieder frei. Natriumacetat löst sich nun sehr gut in Wasser und beim Trihydrat auch im eigenen Kristallwasser. Das hat den Vorteil, dass man eine hohe Konzentration an aktivem Stoff realisieren kann, denn viel Wasser würde das alles nur verdünnen und abschwächen. Und zudem lassen sich mit Natriumacetat auch recht gut übersättigte Lösungen herstellen, was die Effizienz der Wärmeausbeute natürlich noch begünstigt,
ist es das gleiche zu einer unterkühlten Schmelze auch: die Flüssigkeit hat einen unterkühlten Zustand zu sagen?
Ich denke, dass es hier nicht um einen Phasenübergang fest/flüssig geht. Das Trihydrat schmilzt also nicht wie Eis zu Wasser, sondern es löst sich bei der angegebenen "Schmelztemperatur" im eigenen Kristallwasser. Insofern ist es eine übersättigte wässrige Lösung, aus der nach nach Animpfen oder durch mechanische Agitation das Salz auskristallisiert.
Insofern ist zwar keine unterkühlte Schmelze, aber gleichwohl ist das System in einem metastabilen Zustand und nicht im thermodynamischen Gleichgewicht.
In Büchern wird der Begriff: feste, flüssige und gasförmige Phase benutzt. Bedeutet Phase nicht eigentlich fast das gleiche wie Aggregatzustand...
Ich würde den Begriff "Phase" eher mit "Stoff" interpretieren. Man spricht beispielsweise bei zwei nicht mischbaren Flüssigkeiten (Wasser/Hexan) von einer organischen Phase und einer wässrigen Phase und meint damit die Flüssigkeiten an sich, die sich beispielsweise in einem Scheidetrichter trennen und zwei Schichten bilden. Ähnlich spricht man in der Chromatographie von einer stationären (festen) Phase und einer Gasphase bei der GC oder einer flüssigen Phase bei der LC oder HPLC. Dahingegen beschreibt der Aggregatzustand die Eigenschaft von Phasen (Stoffen) entweder Gas, Flüssigkeit oder fest zu sein, den Zustand eben,
…wenn ich Natriumacetat Trihydrat erst erhitze auf seine Schmelztemperatur aber dann den Stoff sehr stark auskühlen lasse auf eine Temperatur von 20-25°C, und diese nicht fest wird, habe ich dann nicht eine unterkühlte Schmelze? Bzw Natriumacetat Trihydrat in einen unterkühlten Zustand gebracht und der Stoff befindet sich nicht im thermodynamischen Zustand bzw metastabilen Zustand….
bei der Kristallisation werden doch Stoffe von ihrer flüssigen Phase in die kristalline Phase überführt…? So steht es zumindest in einem Chemiebuch von der Uni
kann dazu bitte jemand noch einmal einen Text schreiben?? Das wäre seehr nett:)
Oder muss ich sagen von ihrem flüssigen Zustand in den festen überführt?
bei der Kristallisation werden doch Stoffe von ihrer flüssigen Phase in die kristalline Phase überführt
Sie werden von einem gelösten Zustand (nicht flüssig) in eine kristalline Phase überführt. Ein in Wasser gelöstes Salz wird nicht als flüssig bezeichnet, sondern nur ein geschmolzenes Salz (Salzschmelze).
In der Chemie benutzt man bei Reaktionsgleichungen hinter den Formelsymbolen auch öfter Abkürzungen in Klammern, die den Zustand der Reaktanden beschreiben.
- (aq) = aqueous = in Wasser gelöst
- (s) = solid = fest
- (l) = liquid = flüssig
- (g) = gaseous = gasförmig
aber befinden sich einzelne Teilchen (Ionen, etc.) in der flüssigen Phase nicht im gelösten Zustand? Beispielsweise ist Natriumacetat Trihydrat mit Wasser , dass sich durch Erhitzen verflüssigt hat nicht auch in der flüssigen Phase? Also gehen die flüssige Phase und Teilchen die sich in dieser Phase im gelösten Zustand befinden nicht einher?
Natürlich sind die Ionen und andere gelöste Stoffe in einer Flüssigkeit gelöst. Aber wenn man sagt, sie befänden sich in einer flüssigen Phase, dann ist das leicht zu missverstehen, weil man da auch vermuten könnte, es läge ein geschmolzeneer, flüssiger Zustand vor. Um Klarheit zu haben, spricht man hier von Lösungen und nicht von flüssigen Phasen, auch wenn diese Lösungen natürlich flüssig sein können.
Einfach weil es mehrere Punkte kombiniert. Wie du schon sagst braucht es eine vernünftige Schmelztemperatur (also zwischen 0 und 100 °C, das hat man bei vielen Salzen nicht). Dann muss sich eine unterkühlte Schmelze bilden lassen, schließlich willst du ja möglichst viel Energie darin speichern. Das geht am besten, wenn ein Phasenwechsel stattfinden kann. Das heißt, das Salz muss sich in seinem eigenen Kristallwasser lösen (= gute Wasserlöslichkeit haben, aber auch nicht zu gut, weil die Lösung ja übersättigt sein muss, um wieder kristallisieren zu können).
Wirtschaftlich gesehen sollte es natürlich auch günstig sein.
Und zu guter letzt der vielleicht wichtigste Punkt: es muss ungefährlich sein. Also nicht giftig, ätzend, entzündlich oder sonst was.
Es gibt aber durchaus Alternativen zum Natriumacetat. Nämlich Natriumsulfat oder auch Natriumhydroxid. Wobei letzteres wohl eher nicht den Punkt der Ungefährlichkeit erfüllt.
Von NaOH weiß ich, dass es sich beim Lösungsvorgang sehr stark erwärmt. Ist das nicht genau der gegenteilige Effekt?
Das stimmt. Allerdings kann man diese Lösungen bzw die Hydrate sehr gut unterkühlen.
Bilden sich durch einen Kristallisationskeim Kristalle, da dieser Zustand energetisch günstiger ist weil sonst mehr Energie aufgewendet eerden müsste um die Teilchen voneinander wieder zu lösen und dann bildet sich aus leichtigkeitsgründen ein Kristall?
Kristalle bilden sich prinzipiell deswegen, weil sie ab einer gewissen Temperatur energetisch günstiger sind. Der Keim selbst hat keinen Einfluss auf die Energie der Kristallbildung sondern ist nur der Startpunkt.
Danke, wenn ich Natriumacetat Trihydrat auf seine Schmelztemperatur erhitze, kann ich dann von einem Phasenübergang von fest nach flüssig sprechen oder wäre das flasch? Oder sollte ich einfach sagen der Stoff ist von seinem festen in den flüssigen Zustand überführt worden?
Und ist der metastabile Zustand der Zustand der bei der unterkühlten Schmelze erreicht wird? Also die Teilchen benötigen nur noch einen Auslöser für die Reaktion?
(nenne ich es unterkühlte Schmelze wenn der Stoff im flüssigen Zustand ist, aber theoretisch bei Raumtemperatur fest wäre, also Natriumacetat nach erhitzen auf seine Schmelztemperatur sehr stark abgekühlt wird und noch im flüssigen Zustand ist?)
kann ich dann von einem Phasenübergang von fest nach flüssig sprechen oder wäre das flasch? Oder sollte ich einfach sagen der Stoff ist von seinem festen in den flüssigen Zustand überführt worden?
Das mein beides dasselbe, kannst du also beides so verwenden.
Und ist der metastabile Zustand der Zustand der bei der unterkühlten Schmelze erreicht wird? Also die Teilchen benötigen nur noch einen Auslöser für die Reaktion?
Ja. Allerdings ist das keine Reaktion im chemischen Sinne, sondern nur ein physikslischer Prozess.
nenne ich es unterkühlte Schmelze wenn der Stoff im flüssigen Zustand ist, aber theoretisch bei Raumtemperatur fest wäre, also Natriumacetat nach erhitzen auf seine Schmelztemperatur sehr stark abgekühlt wird und noch im flüssigen Zustand ist?
Eine unterkühlte Schmelze ist eine flüssige Phase, die unter ihre Erstarrungstemperatur abgekühlt wurde. Der Zustand bei RT spielt keine Rolle. Eine übersättigte Lösung, ist eine flüssige Phase in der mehr von einer Substanz gelöst ist als die Phase (bei gegebener Temp.) eigentlich aufnehmen kann. Auf das Natriumacetat Trihydrat trifft in gewisser Weise beides zu. Du kannst es als eine flüssige Phase betrachten, die unterhalb ihres Schmelzpunktes noch flüssig ist und einen Anstoß zum Kristallisieren braucht (das Wasser befindet sich ja dann mit im Kristall). Du kannst es aber auch als Lösung betrachten, bei der das Natriumacetat in seinem Kristallwasser gelöst ist. Bringst du es dann unter die Erstarrungstemperatur, hast du eine übersättigte Lösung, aus der das Natriumacetat ausfallen möchte, es aber mangels eines Kristallisationskeims nicht kann.
chat GPT:
Natriumacetat ist ein chemischer Stoff, der in Handwärmern verwendet wird, weil er in der Lage ist, Wärme zu speichern und freizusetzen. Handwärmer bestehen aus einem Beutel oder einer Tasche, die eine Lösung aus Natriumacetat und Wasser enthält. Wenn der Handwärmer aktiviert wird, zum Beispiel durch Knicken eines Metallplättchens, wird eine chemische Reaktion ausgelöst, die die Lösung aus Natriumacetat und Wasser zu einer festen, kristallinen Substanz verfestigt. Dabei wird Wärme freigesetzt, die den Handwärmer erwärmt.
Wenn der Handwärmer abkühlt, kann der Vorgang umgekehrt werden, indem der kristallisierte Natriumacetat durch Erhitzen wieder in seine flüssige Form gebracht wird. Dabei wird erneut Wärme freigesetzt und der Handwärmer wird erneut erwärmt.
Natriumacetat wird ausgewählt, weil es eine hohe spezifische Wärmekapazität hat, was bedeutet, dass es eine große Menge an Wärmeenergie speichern und abgeben kann. Außerdem ist es preiswert, ungiftig und leicht verfügbar.
Vielleicht hilft die Aussage von chat GPT zur weiteren Recherche. LG e¹
Stimmt halt nur wieder einiges nicht. Also bitte nicht zu viel auf ChatGPT geben
Immerhin gibst du die Quelle an, sodass es sinnlos ist, jeden einzelnen Fehler zu widerlegen. Ansonsten würde ich mir vielleicht die Mühe machen, oder vielleicht auch einen Strandardspruch ablassen, "Einfach mal die Finger stillhalten, wenn man keine Ahnung hat".
Von den Fehlern mal abgesehen beantwortet der Text auch "in keinster Weise" die Frage.
Es ist nicht die eine überragende Eigenschaft, es ist die günstige Kombination verschiedener ganz normale Eigenschaften. Auch Wasser hat bei anderen Anwendungen durch die Schmelzwärme eine günstige Kombination von Eigenschaften, wenn man Obstblüten zum Schutz vorm Erfrieren beregnet.
Danke an alle Personen, die sich die Zeit genommen haben und eine Antwort zu meiner Frage geschrieben haben
eine Verständnisfrage hätte ich noch:
ist es das gleiche zu einer unterkühlten Schmelze auch: die Flüssigkeit hat einen unterkühlten Zustand zu sagen? Möchte damit sagen, dass eine Lösung (also Natriumacetat-Trihydrat in meinem Fall) stark unter seinen Schmelzpunkt abgekühlt wurde, aber nicht fest geworden ist (also sich im unterkülten Zustand, in flüssiger Phase befindet)
befindet sich ein Stoff im unterkühlten Zustand immer im metastabilen Zustand? Und bedeutet das dann, dass der Stoff einen “Nichtgleichgewichtszustand” hat, also durch Berührung einen kleinen Auslöser (Kristallisationskeim) in die feste Phase überführt werden kann?
und noch eine letzte Frage:
In Büchern wird der Begriff: feste, flüssige und gasförmige Phase benutzt. Bedeutet Phase nicht eigentlich fast das gleiche wie Aggregatzustand oder bezieht sich Phase mehr darauf dass ein Stoff nur “übergangsweise z. B flüssige Phase: im flüssigen Zustand ist und auf dem Weg in den festen Zustand ?
Ihr würdet mir wirklich sehr helfen, wenn ihr mir nich diese drei Fragen beantworten könntet, ich bedanke mich schon jetzt für eure Mühe und nochmal großes Dankschön für eure vorherigen Antworten :)