Wann ist die Auflösung eines Kristalls exo/endotherm?
Hi :) Kann da jemand helfen? Ich habe das in meinem Buch stehen, Es handelt sich allgemein um einen Salzkristall. An einen Versuch kann ich mich erinnern, als wir einmal Natriumthiosulfat(Pulver) und Natriumthiosulfat-Pentahydrat(Kristall) in Wasser lösten. Bei letzterem handelte es sich um eine endotherme Reaktion, bei Natriumthiosulfat war es eine exotherme Raektion. Aber das würde die Frage nicht beantworten, weil Natriumthiosulfat pulverförmig ist, aber es steht spezifisch Kristall da...
Hat jemand eine Antwort auf diese komische Frage?
Danke!!
4 Antworten
Moin,
beim Lösen von Salzen spielen zwei Energien eine Hauptrolle:
1. die Gitterenergie (+ die Trennung mancher Wasserstoffbrückenbindungen)
und
2. die Hydratationsenergie (+ Entropie)
Die Gitterenergie ist die Energie, die du aufwenden musst, um die Ionen aus dem Ionengitter (= Kristall) herauszulösen. Das heißt, hier musst du Energie hineinstecken, damit das gelingt. Dieser Vorgang ist also zunächst einmal endergonisch.
Außerdem drängen sich im Grunde die Ionen zwischen die Wasserteilchen und zerstören dabei ein paar der Wasserstoffbrückenbindungen, die zwischen den Wasserteilchen ausgebildet wurden. Auch das kostet Energie (allerdings viel geringere Größenordnungen).
Die Hydratationsenergie ist dagegen die Energie, die frei gesetzt wird, wenn Ionen von einer Wasserhülle (Hydrat-Hülle) umgeben werden, weil die Umlagerung der Ionen diese stabilisieren, was energetisch günstig ist. Bei diesem Vorgang wird Energie also frei (exergonisch). Je mehr Wassermoleküle sich um die Ionen anlagern, desto größer ist die Hydratationsenergie. Das hat zwei Konsequenzen: einerseits ist die Hydratationsenergie umso größer, je stärker geladen und kleiner die Ionen sind; zweitens ist die Hydratationsenergie umso größer, je reiner der Salzkristall ist. Es gibt nämlich Kristalle, die lagern sogenanntes Kristallwasser ein, so wie in deinem Fall das Natriumthiosulfat-Pentahydrat...
Und nun kommt's: Da die beiden Prozesse energetisch gegenläufig passieren, kannst du vorhersagen machen, ob und wie das Lösen von Salzen stattfinden wird, wenn du die Energien kennst. Dabei gilt:
Gitterenergie + Hydratationsenergie = Solvatationsenergie
Ist die Gitterenergie kleiner als die Hydratationsenergie, dann läuft der Lösungsvorgang freiwillig ab, weil Energie frei gesetzt wird (exergonischer Prozess), wobei sich die Umgebung (also das Wasser) erwärmt.
Ist die Gitterenergie aber größer als die Hydratationsenergie, so heißt das zunächst noch nicht, dass der Lösungsvorgang nicht freiwillig stattfindet. Das hat mit der Entropie zu tun. Das beschreibt den Grad der Unordnung eines Systems. Je unordentlicher, desto (energetisch) günstiger... Da die Ionen in einem Kristall feste Gitterplätze einnehmen, ist ein Kristall eine hoch geordnete Angelegenheit. Frei im Wasser bewegliche Ionen (mit Wasserhülle) sind dagegen viel unordentlicher (Chaos), also günstiger.
Wenn also die Gitterenergie nur etwas größer als die Hydratationsenergie ist, dann löst sich das Salz trotzdem, weil die Unordnung (Entropie) größer wird. Aber dann muss zusätzlich von der Umgebung (also aus dem Wasser) Energie aufgebracht werden, damit die Gitterenergie überwunden werden kann. Da also das Wasser Energie aufbringt, kühlt es sich ab (endergonischer Prozess).
Erst wenn die Gitterenergie viel größer als die Hydratationsenergie ist, löst sich das Salz nicht mehr im Wasser.
In deinem Fall war das reine Natriumthiosulfat-Pulver wasserfrei. Das heißt, beim Lösen wird viel Hydratationsenergie frei, weil sich viele Wassermoleküle um die Ionen lagern können. Ergo: die Lösung erwärmt sich.
Beim Natriumthiosulfat-Penthydrat ist im Salzkristall bereits Wasser in Form von Kristallwasser eingelagert. Hier können nur noch wenige Wassermoleküle aus dem Lösungsmittel das Werk des Umhüllens vollenden, so dass die Hydratationsenergie klein bleibt. Ergo: zum Lösen benötigst du Energie aus der Umgebung. Da die Entropie zunimmt, löst sich auch dieses Salz, aber eben endergonisch unter Abkühlung der Lösung.
Stör dich nicht an den Begriffen "Pulver" und "Kristall". Auch ein Pulver ist letztlich kristallin, nur eben feiner zerrieben. Beide Salze bilden letztlich Kristalle...
LG von der Waterkant.
Ich bedanke mich für diese tolle, ausführliche Antwort! :)
Beim Auflösen von Kristallen braucht es Wärme zum Auflösen der Kristallstrukturen, dieser Vorgang ist daher endotherm.
Andere Kristalle lagern zunächst Wasser an, sie hydratisieren, dieser Vorgang ist exotherm, da Wärme an die Umgebung abgegeben wird.
Wenn beide Vorgänge wie in deinem Beispiel Natriumthiosulfat gleichzeitig ablaufen, dann ist der Vorgang mit dem größten Wärmeumsatz nach Außen sichtbar. Beim Pentahydrat findet keine Hydratisierung mehr statt und nur die Lösewärme kühlt das System ab.
Gitterenergie>Hydratationsenergie-->endotherm, sonst umgekehrt
Salzpulver besteht aus Kristallen.
Endotherm -> Kühlt die Umgebung während dem Lösevorgang ab.
Exotherm -> Wärmt die Umgebung während dem Lösevorgang auf.
Noch Fragen?
Danke! Aber das weiß ich doch :) Nur WANN erfolgt es exo/endotherm?