Ziel des Versuchs: Der Versuch bildet die Funktionsweise eines Taschenwärmers im kleinen Maßstab ab. Nach Aktivierung kristallisiert das Gemisch aus und es wird Energie in Form von Wärme frei.
| Thema: Enthalpie und Entropie | Tags: thermodynamisches Gleichgewicht, Latentwärmespeicher | Klassenstufen: 11-12 | Versuchsart: SV |
Materialien
großes Reagenzglas, Becherglas (250 mL), Digitalthermometer, Stativ, Glasstab, Gasbrenner
Chemikalien
Natriumacetat-Trihydrat, Impfkristall, Wasser, Eis
Durchführung
In ein großes Reagenzglas werden 20 g Natriumacetat-Trihydrat gegeben und 2 mL Wasser hinzufügt. Die Temperatur des Gemisches wird ermittelt. Anschließend wird die Mischung erhitzt, bis eine klare Flüssigkeit vorliegt. Diese wird vorsichtig mit Eiswasser bis auf ca. 25 °C abgekühlt. Dabei ist das Glas nicht anzustoßen! Die nachfolgende Aktivierung erfolgt durch Rühren mit einem Glasstab bzw. durch die Zugabe eines Impfkristalls. Die Lösung sowie deren Temperatur werden beobachtet.
Beobachtung
Nach Energiezufuhr durch einen Gasbrenner wird eine klare Flüssigkeit erhalten. Deren Temperatur steigt nach dem Abkühlen (und nach Kratzen mit einem Glasstab) von ca. 24,8 °C auf 54 °C. Zudem kristallisiert die klare Lösung sofort.
Deutung
Das Natriumacetat-Trihydrat, das als Speichermaterial dient, nimmt durch das Erhitzen mittels des Gasbrenners Wärme auf, was mit einer Aggregatzustandsänderung von fest nach flüssig einhergeht. Aufgrund des endothermen Reaktionsvorganges wird die Wärmeenergie als chemische Energie gespeichert. Nach Aktivierung kommt es wiederum zur Aggregatzustandsänderung von flüssig nach fest, sodass das Salz auskristallisiert.
NaCH3COO · 3 H2O(s) ⇌ Na+(aq) + CH3COO-(aq) + 3 H2O(l)
Bei diesem exothermen Vorgang wird die gespeicherte Wärme frei, was den Temperaturanstieg auf 54 °C erklärt.
Entsorgung
Die Entsorgung erfolgt mit viel Wasser über den Abfluss.
Anmerkungen & Unterrichtsanschlüsse: Latentwärmespeicher eignen sich als Exkurs-Thema, welche eine hohe Alltagsrelevanz in Form von Taschenwärmern, Warmhalteplatten und gewissen Baustoffen besitzen. Zu thematisieren ist die Speicherung von Energie als endothermer Vorgang, während durch Aktivierung die eingespeicherte Wärme frei wird (exotherm).
Literatur
Universität Göttingen, Praktikumsskript zum Anorganisch-Chemischen Praktikum für Lehramtskandidaten, 2013, S. 35.
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