1. Kísérlet – Kálium-nitrát oldódásának energiaviszonyai

Feladat

Töltsön kb. 50 cm3 desztillált vizet egy főzőpohárba, és mérje meg a víz hőmérsékletét! Adjon a vízhez 2 vegyszeres kanálnyi kálium-nitrátot, és oldja fel a sót! Mérje meg folyamatosan az oldat hőmérsékletét! Jegyezze fel tapasztalatait, és magyarázza meg a látottakat! Tapasztalatai alapján készítsen energiadiagramot az oldódás energiaviszonyairól! Írja fel az oldódás ionegyenletét!

Szükséges eszközök és anyagok

• műanyag tálca • legalább 100 cm3-es főzőpohár • vegyszeres kanál
• üvegbot • tizedfokos hőmérő • desztillált víz
• szilárd kálium-nitrát • védőszemüveg • gumikesztyű
• hulladékgyűjtő

 

Figyelmeztető jelölések

protection gloves weblaboratorium A kísérlet végzése közben védőkesztyű használata kötelező! protection glasses weblaboratorium A kísérlet végzése közben védőszemüveg használata kötelező!

 

Alapfogalmak tisztázása

Ezen a feladaton keresztül egy nagyon fontos fizikai-kémiai jelenséggel az oldáshővel fogunk megismerkedni. Ezen jelenség hátterének megértéséhez azonban néhány alapfogalommal meg kell ismerkednünk.

A hőmérséklet az anyagok egyik fizikai jellemzője, állapothatározó. Európában a Celsius-skála használatos. Jele: t. Ezen a skálán légköri nyomás mellett az olvadó jég hőmérséklete jelenti a 0 ° értéket, a forrásban levő víz hőmérséklete pedig a 100 °C. Egysége tehát ennek az intervallumnak az 1/100-ad része. Mértékegysége: °C (Celsius-fok).

Fajlagos hőkapacitás azt mutatja meg, hogy 1kg anyagnak 1oC (K) hőmérsékletváltozásakor mekkora energia szabadul fel vagy nyelődik el.

Mértékegysége: kJ/(kg*K)

Jele: c

A víz fajlagos hőkapacitása amit a későbbi számításnál fogunk használni cvíz = 4,2kJ/(kg*K). Függvénytáblázatból kikereshető érték.

Oldáshő: Az anyagok oldódását a hőváltozás szempontjából jellemző mennyiség. Pontosabban az oldáshő az a hőmennyiség, amely 1 mól anyag oldószerben való feloldásakor a környezetnek átadódik v. amely ahhoz szükséges.

Mértékegysége: kJ/mol.

Jele: Q (oldás)

Előjele: + endoterm (hőmérséklet csökken) – exoterm (hőmérséklet emelkedik)

Hidratáció hő: 1 mól szabad (gázhalmazállapotú) ion hidratációját kísérő energiaváltozás. Az ionács felbomlása után a részecskék hidratálódnak, ami minden esetben energia felszabadulással járó folyamat.

jele: ∆Hh

előjele: –

mértékegysége: kJ/mol

Rácsenergia: az az energiamennyiség amely ahhoz szükséges,hogy 1 mol kristályos anyagot részecskéire bontsunk.
Mivel a rendszer energiatartalmát növeljük, a rácsenergia mindig pozitív előjelű. A kristályrács felbontásához energia befektetésre van szükség.

jelölés: ∆Hrács
mértékegység: kJ/mol
előjel: +

Oldhatóság: megadja, hogy adott hőmérsékleten 100 g oldószer hány g anyagot képes oldani, vagy adott hőmérsékleten a telített oldat tömegszázalékos összetétele.

Sűrűség (jele: ρ – görög: ró) az adott térfogategység tömegének mértéke.

jelölés: ρ
mértékegység: kg/dm3

Exoterm oldódásról beszélünk ha a hidratációs entalpia nagyobb negatív érték, mint a rácsenergia, akkor az oldási entalpia előjele negatív – rendszerünk hőt ad át a környezetének.
Ez történik, mikor NaOH-t oldasz vízben – a pohár (környezet) felmelegszik.
Másképp megfogalmazva, ha a hidratáció során több energia szabadul fel, mint amennyi a kristályrács felbontásához szükséges, a maradék energia hő formájában jelentkezik és a környezetnek átadódik.

Endoterm oldódásról beszélünk ha a rácsenergia abszolút értéke nagyobb, mint a hidratáció során felszabaduló energia, akkor a rendszer hőt von el a környezetből az oldódás endoterm. Pl.: KNO3 oldódása. Másképpen ha a hidratáció során kevesebb energia szabadul fel, mint amennyi a kristályrács felbontásához szükséges, a különbözetet a rendszer a környezettől vonja el.

Ez gondolom eléggé sokkoló volt, nézd meg a videót aztán később átbeszéljük még egyszer egy-két gyakorlati példával megvilágítva.

A kísérlet

(Egy kicsit másképpen.)

A reakcióedény tehát egy papírtörlővel és alufóliával leszigetelt folyadéküveg amibe egy DS18B20 digitális hőmérséklet mérő szenzort lógattam, ami egy Arduino interfész-hez kapcsolódik, ezzel mértem a hőmérsékletet (ha érdekelnek a részletek itt megtalálod).

A folyadéküvegbe először az előzőleg kimért 5g KNO3-ot, majd az 50ml d-vizet öntöttem, a hőmérséklet adatgyűjtést előzőleg elindítottam. A kezdeti hőmérséklet 22,13oC-nál stabilizálódott

kno3 oldasho

Határozott keverés mellett a hőmérséklet kb. 2 perc múlva elérte a minimumot ami 17,19oC volt, majd lassan emelkedni kezdett. Az üvegnek elég jó volt a hőtartása, látható, hogy kb. 20perc elteltével a hőmérséklet 18oC volt.

A folyamat tehát endoterm, mivel a környezet lehűlt, tehát a hidratáció során kevesebb energia szabadul fel, mint amennyi a kristályrács felbontásához szükséges, a különbözetet a rendszer a környezettől vonja el.

A kálium-nitrát vízben oldva disszociál:

KNO3 (s) + H2O ⇔ K+(aq) + NO3(aq)

 

KNO3 oldáshőjének kiszámítása

Ha maradt még energiád, akkor próbálkozzunk meg a kálium-nitrát oldáshőjének kiszámításával.

Hamarosan!

 

Teszteld tudásod!

1. Kálium nitrát (Potassium nitrate) oldódása vízben

Kálim nitrát oldódásának energiaviszonyai

 

Share This:

 
Loading Facebook Comments ...

Leave a Comment