Warum gibt es keine Kältemischung mit Zucker?
Im Chemieunterricht haben wir nun das Thema Kältemischungen und sollten mit einigen Salze und halt auch Zucker testen, ob eine Temperaturerniedrigung stattfindet.
Ich habe festgestellt, dass der Zucker nichts bewirkt hat, aber warum?
4 Antworten
Ich habe festgestellt, dass der Zucker nichts bewirkt hat, aber warum?
Nun, Zucker bildet wie Salz Kristalle und löst sich auch in Wasser und erniedrigt dabei den Schmelzpunkt. Es gibt einen wichtigen Unterschied zwischen beiden:
Zucker besteht aus Molekülen, und deren Atome sind kovalent miteinander verbunden. Die Moleküle sind untereinander u.a. durch sog. Wasserstoffbrücken miteinander verbunden, die weit schwächer als die kovalenten Bindungen sind. So lösen sich die Moleküle beim Lösungsvorgang voneinander, aber nicht auf.
Salze bestehen aus Ionengittern. Im Kristall sind die Ionen durch elektrische Kräfte aneinander gebunden.
Wenn im Wasser Ionen in Lösung übergehen, werden sie dabei von allen anderen Ionen getrennt und hydratisiert, d.h., eine grundlegende Änderung der Struktur findet statt, und das kostet Energie.
Der Hydratisierungsvorgang geht darauf zurück, dass Wassermoleküle elektrische Dipole sind. Die einzelnen Protonen in zweien der Molekülorbitale haben eine geringere Tendenz, die Orbitalelektronen auf die eigene Seite zu ziehen als der Sauerstoff, der dadurch das tendentiell negative Ende des Moleküls darstellt, das WAsserstoffende ist positiv.
Die Dipole bilden untereinander Wasserstoffbrückenbindungen zwischen Wasserstoff- und Sauerstoffenden, die auch den Eiskristall in seiner Stuktur prägen. Ist ein Kation in der Nähe, lagern sich dort Wassermoleküle mit den Sauerstoffenden nach innen an, ist ein Anion in der Nähe, mit den Wasserstoffenden.
Der Übergang vom Ionengitter in eine Struktur dieser Art mit hydratisierten Einzel-Ionen erhöht die Entropie erheblich und findet deshalb auch „freiwillig“ statt, erfordert aner Energie und sorgt deshalb für starke Abkühlung, zumal auch das Wasser in Kältemischung aus Kristallen besteht, die sich auflösen.
Die Siedepunktserniedrigung würde auch mit Zucker funktionieren. Allerdings ist dort die Absenkung meines Wissens nach etwas weniger ausgeprägt als bei Kochsalz. Die Lösungsenthalpie, also die Energiemenge, die man beim Lösungsvorgang zuführen bzw. abführen muss ist bei Kochsalz niedriger als bei Zucker. Das Kochsalz geht also leichter in Lösung und senkt die Temperatur stärker ab. Zudem kostet Kochsalz nur die Hälfte von Zucker.
Daher macht man die Kältemischung in diesem Temperaturbereich eben mit Salz und nicht mit Zucker.
Als Ergänzung: man braucht hierfür natürlich Wasser + Eis + Zucker, damit die Temperaturabsenkung durch den Phasenübergang des Eises von Fest in Flüssig kommt.
Es geht hier um den Begriff "molare Lösungsenthalpie". Wenn Du bei google nach einer Tabelle zu diesem Begriff eingibst, dann erhältst Du Stoffe, die für eine Kältemischung geeignet sind (positive Werte der Lösungsenthalpie).
Der Link
https://de.wikipedia.org/wiki/Liste_von_K%C3%A4ltemischungen
gibt Dir weiter unten nach der Überschrift "Wassereis in Salzlösung" Beispiele für sehr effektive Kältemischungen.
Das Kochsalz und auch der von Dir genannte Zucker sind nicht für Kältemischungen geeignet, da deren molare Lösungsenthalpie fast 0 kJ/mol beträgt.
Wenn Salz in Wasser gelöst wird, findet eine endotherme chemische Dissoziationsreaktion statt.
Bei Zucker nicht.