Ist meine Zusammenfassung einer Kristallisation korrekt?
(Das blaue)
2 Antworten
Beim Lösen oder Kristallisieren eines Stoffes sind hauptsächlich zwei Prozesse beteiligt. Die Gitterenergie hält den Kristall zusammen und die Solvatationsenergie wird frei, wenn sich die gelösten Teilchen mit einer Hülle von Lösemittelmolekülen umgeben. Je nach Verhältnis dazwischen ist das Bestreben des Systems Lösemittel-Gelöstes dahin gehend, daß die geringste Energie "drin" bleibt. Wenn man Lösemittel entzieht (=verdunstet), dann bleiben nicht genug Moleküle Lösemittel übrig, um die Teilchen in Lösung zu halten. Der dann günstigere Zustand ist dann die Kristallisation, bis wieder ausreichend viele Lösemittelmoleküle für alle noch in der Lösung befindlichen Teilchen des gelösten Stoffes vorhanden sind. Es stellt sich ein neues Gleichgewicht ein.
Eine gesättigte Kochsalzlösung hat die Konzentration von 4mol NaCl je Liter Lösung. Da Natriumchlorid beim Lösen in Natrium- und Chlorid-Ionen zerfällt haben wir also acht mol Teilchen im Liter Lösung. Mit einer Dichte von 1199g/L und gelösten 317g Salz bleiben 882g Wasser übrig, die 49 mol entsprechen. Geteilt durch die 8 mol Ionen bleiben ca. sechs Wassermoleküle je Ion übrig, die seine innere Hydrathülle bilden. Wenn jetzt Wasser verdunstet, dann muß nicht nur die Verdampfungsenergie für Wasser aufgebracht werden, sondern auch anteilig Hydratationsenergie. Der "bequemere" Zustand ist dann, saß sich die Ionen wieder, unter Freiwerden der Gitterenergie, in ein Kristallgitter packen.
OK, ich habe die Erklärung von der chemischen Grundvorlesung ein wenig angepasst. Da sammeln sich immer rasch einige Fachbegriffe. Falls Du Zusatzfragen hast, dann immer gerne!
Dankeschön, da hätte ich direkt mal eine: Was ist Solvatationsenergie?
Gut, daß Du fragst, denn wer fragt bleibt nicht dumm...
Die Solvatationsenergie wird frei, wenn sich zum Beispiel Wassermoleküle um ein gelöstes Teilchen herum gruppieren. Bei Ionen drehen die Wassermoleküle dem Ion immer die Seite zu, die im Dipol der Ladung des Ions entgegen geladen ist. Beim Kochsalz werden die Natriumionen so von sechs Wassermolekülen umgeben, daß deren "Sauerstoff-Ecke" zum Ion zeigt, weil sie sich angezogen fühlt. Da diese Wassermoleküle relativ fest am Natriumion gebunden sind geben sie einen Teil ihrer eigenen Bewegungsenergie an ihre Umgebung ab. Bei den Chloridionen zeigt eine "Wasserstoff-Ecke" des Wassermoleküls dort hin.
Experiment: Den Überschuß an abgegebener Energie kann man gut bei Calciumchlorid beobachten. Wenn man einen Esslöffel voll wasserfreies Calciumchlorid mit einem Esslöffel Wasser mischt, dann heizt sich diese Mischung beim Lösen des Salzes enorm auf. Das kann bis zu 80°C warm werden, nur weil die Calciumionen das Wasser noch deutlich fester halten, als die Natriumionen im Kochsalz.
Anderes Experiment: Wenn man eine "Instant-Kühlkompresse" knickt und die beiden Stoffe im Inneren mischt, dann bringt man Wasser und Harnstoff zusammen. In diesem Fall kühlt sich das Ganze deutlich ab, weil der Harnstoff sich zwar sehr gut in Wasser löst, aber die Wassermoleküle nicht so fest an den Harnstoffmolekülen "haften". Hier wird mehr Energie gebraucht, um den Kristall abzubauen, als gewonnen wird durch die Anlagerung der Moleküle aneinander.
Diese beiden Experimente werden auch im Höhrsaal zu diesem Thema gezeigt.
hi danke nochmal, ich hab noch eine frage: ich verstehe diesen satz nicht:Bei Ionen drehen die Wassermoleküle dem Ion immer die Seite zu, die im Dipol der Ladung des Ions entgegen geladen ist. Was ist ein Dipol. ich weiss auch nicht zu 100% was ein Ion ist, nur dass es ein entweder positiv oder negativ geladenes Teilchen ist.
Dann muß ich ein Bisschen ausholen...
In Molekülen werden Bindungen gebildet, indem beide daran beteiligten Atome Elektronenpaare miteinander teilen. Von Wasserstoffatomen jeweils kommt ein Elektron, mehr haben sie nicht. Sauerstoffatome haben zwei Elektronen, die sie mit anderen Atomen teilen können. Wenn das Wasserstoffatom sich jetzt ein Elektron vom Sauerstoff "leiht", dann hat es derer zwei zur Verfügung und damit so viele Außenerlektronen wie das Heliumatom (zwei). Wenn das Sauerstoffatom von zwei Wasserstoffatomen jeweils ein Elektron "geliehen" bekommt, dann hat es acht Außenelektronen zur Verfügung, soviele wie das Edelgas Neon auch hat. Durch dieses gegenseitige "Leihen" haben beide Atomsorten eine "vollständige" Elektronenhülle.
Jetzt zieht aber das Sauerstoffaton die bindenden Elektronenpaare stärker zu sich herüber. Dadurch haben die Wasserstoffatome weniger der Elektronenladung um sich herum und der positiv geladene Atomkern wirkt nach Außen als positive Teilladung. Die stärker um das Sauerstoffatom versammelten Elektronen geben diesem eine negative Teilladung. Da die Mittelpunkte der positiv und der negativ geladenen Bereiche des Moleküls nicht zusammen fallen hat das Molekül zwei elektrisch unterschiedliche "Pole", das nennt man einen Dipol. Wie eine Kompassnadel kann sich das Wassermolekül drehen, wenn von Außen eine elektrische Ladung darauf einwirkt. Das ist ungefähr so wie beim Kompass und einem Magneten. Da zeigt dann immer der "Nordpol" der Kompassnadel zum "Südpol" des Magneten. Mit diesem Vergleich kannst Du sicher verstehen, warum die Wassermoleküle ihre negativere Seite den positiv geladenen Natriumionen zuwenden.
Ionen sind elektrisch geladene Teilchen (Atome oder Moleküle). Sie tragen immer eine ganzzahlige Ladung, entweder die von überzähligen Elektronen (-) oder die von überzähligen Protonen (+) in den Atomkernen. Der Name kommt aus dem Altgriechischen und wurde von Michael Faraday geprägt. Er bedeutet "Das Wandernde" oder "Das sich Bewegende". Im elektrischen Feld wandern Ionen zur entgegen geladenen Elektrode.
Die WechselwirkungsKräfte werden nicht 'stärker' (oder schwächer), sondern die eine 'überwieg' gegenüber der anderen, zB weil bei Kristalisieren die Temperatur abnimmt, ODER das Lösemittel verdampft und dadurch die Anzahl der LösemittelTeilchen abnimmt.
Ahhhh vielen dank für diese ausführliche Erklärung. Nun ist mir das vom Niveau etwas zu hoch weshalb ich nicht alles zu 100% verstanden habe. Aber trotzdem vielen dank.