Experimentelle Ermittlung der molaren Losungswarme von Kaliumchlorid

Experimentelle Ermittlung der molaren Lösungswärme von Kaliumchlorid

Versuchsaufbau :

Um den Versuch durchzuführen, benötigen wir 180 g Wasser, welches in ein Becherglas gefüllt wird. Die Temperatur ermitteln wir mit einem Thermoelement, welches mit einem PC zusammengeschlossen ist und alle 2 Sekunden Temperaturwerte einliest. Die Temperatur des Wassers liegt bei ca. 23.7°C, was Zimmertemperatur entspricht. Das Wasser wird elektrisch gerührt. Dann wird dem Wasser 6,5g Kaliumchlorid zugeführt. In einer schematischen Darstellung sieht dies folgendermaßen aus :

Versuchsbeschreibung:

Bei dieser Reaktion konnte man gut beobachten, wie die Temperatur des Wassers sank, als man das Kaliumchlorid zufügte. Bei der jetzt entstandenen Lösung fiel die Temperatur von 23,7°C auf 21,7°C.

Versuchsergebnis:

Da das Salz Energie benötigt um sich zu lösen, bezieht es diese aus der Umgebung. In diesem Fall ist die Umgebung das Wasser. Da beim Lösen von Kaliumchlorid die Ionen des Gitters voneinander getrennt werden müssen, sind diese in der Lösung beweglich. Doch da die Anziehungskraft im Ionengitter sehr stark ist, kommt die Frage auf, wie sie durch Wassermoleküle zerteilt werden können.

Da Wassermoleküle Dipole sind, d. h. an einem Ende sind sie negativ und am anderen Ende sind sie positiv, werden sie von den Ionen des Gitters an der Oberfläche des Gitters angezogen. So setzen sich mehrere Wassermoleküle an den Ecken und Kanten der am Rand stehenden Ionen ab. Da die Anzahl der Wassermoleküle überwiegt, und die Anziehungskraft am Rand des Ionengitters schwächer ist als im Kern des Gitters, können diese auf leichteste Weise abgelöst werden. Wenn sich diese Ionen nun im Wasser gelöst einzeln befinden, haben sie eine Hülle von Wassermolekülen. Die folgende schematische Zeichnung soll dies etwas verdeutlichen:

Diese Hülle bezeichnet man als Hydrathülle Allerdings nennt man die Bildung einer Hydrathülle durch Anlagerung von Wassermolekülen an Teilchen Hydration. Um diese hydratisierten Ionen zu kennzeichnen benutzt man in der Chemie das Zeichen aq ( aq heißt Wasser). Desweiteren wird noch die Ladung gekennzeichnet mit + und -

Aus der oben genannten Erklärung kann man folgende komplexen Vorgänge in zwei grobe Teilprozesse einteilen :

- Das Überwinden der Anziehungskraft; beispielsweise Aufbrechen des Kristallgitters. Das ist ein endothermer Prozeß. Das heißt, es muß immer Energie in den Vorgang reingesteckt werden, da er sonst aufhören würde. Dieser Part überwiegt.

- Die Ausrichtung der einzelnen Moleküle zueinander. Das heißt, in welcher Form die Wasserstoffmoleküle das Iodidion bzw. das Kaliumion in der flüssigen Phase umgeben; in diesem Fall Hydration. Dieser kleinere Teilprozeß ist exotherm, das heißt es wird Energie freigesetzt.

Da, wie anfangs erwähnt, die Energie in diesem Fall aus dem Wasser genommen wird, sinkt die Temperatur des Wassers, weil die einzelnen Ionen Energie benötigen um die Hydration durchzuführen. Dies ist in folgender Zeichnung schematisch dargestellt.

Energieschema für einen exothermen (links) und einen endothermen (rechts) Lösungsvorgang

Bei diesem Versuch kann man davon ausgehen, daß das Kaliumchlorid (KCl) vollständig gelöst wurde, weil kein Bodensatz entstand und die Löslichkeit von Kaliumchlorid in Wasser bei 25,5% liegt. In diesem Fall würde das bedeuten, das bei 180g Wasser ca. 60g Kaliumchlorid ohne Rückstände gelöst werden kann.

Berechnung der Lösungswärme

Zur Berechnung habe ich folgende Variablen gewählt:

m = Masse des Wassers in g

c = spezifische Wärme von Wasser in

T = Temperaturdifferenz in °C

Wkal = Wärmekapazität des Gerätes in

ms = Masse des Salzes

Q = Gesamtwärmemenge der 6,5g KCL

L = Lösungswärme pro Gramm KCL

Um die Lösungswärme zu berechnen ergibt sich folgende Gleichung:

Die Gesamtwärme - Berechnung löst man nach folgender Formel:

Q = C * m * T + Wkal T