Die Entropie als treibende Kraft bei chemischen Reaktionen

Bei diesem Experiment soll gezeigt werden, dass nicht nur die Enthalpie die treibende Kraft bei chemischen Reaktionen ist, sondern die Entropie auch als eben diese wirken kann. Es werden die Feststoffe Bariumhydroxid und Ammoniumthiocyanat, bei deren Reaktion der Umgebung Wärme entzogen wird und sich ein neues Stoffgemisch bildet, verwendet. Als Vorwissen sollten die Prinzipien der endothermen und exothermen Reaktion bekannt sein und wie aus der Reaktionswärme die Enthalpie berechnet werden kann. Außerdem soll anhand der Enthalpie bestimmt werden können, ob eine Reaktion endotherm oder exotherm abläuft. Außerdem sollte das Phänomen des Kristallwassers bekannt sein, damit die Reaktion von Bariumhydroxid-Octahydrat gedeutet werden kann. Der Begriff der Entropie sollte auf jeden Fall schon phänomenologisch bekannt sein, als Unordnung, da er benötigt wird um die Gibbs-Helmholtz-Gleichung zu verstehen.

100-mL-Becherglas, Löffelspatel, Universalindikatorpapier, Pinzette, digitales Thermometer

Bariumhydroxid-Octahydrat, Ammoniumthiocyanat

In das Becherglas werden gleiche Volumenmengen (in etwa zwei Spatellöffel) Bariumhydroxid und Ammoniumthiocyanat gegeben. Das Thermometer wird in die Masse gesteckt und die Entwicklung der Temperatur verfolgt. Nach Versuchsende wird vorsichtig der Geruch überprüft. Der Gasraum wird mit feuchtem Indikatorpapier getestet.

Die Temperatur sinkt rapide ab, bis sie nach kurzer Zeit langsam wieder steigt. Die Salze werden flüssig. Es ist ein stechender ammoniakalischer Geruch festzustellen und das Indikatorpapier verfärbt sich tiefblau.

Bei dem Zusammengeben findet folgende endotherme Reaktion statt:

Ba(OH)₂ · 8 H₂O_(s) + 2 NH₄SCN_(s) → Ba²⁺_(aq) + 2 SCN^-_(aq) + 2 NH_{3 (aq)} + 10 H₂O_(l)

Bei endothermen Reaktionen ist Δ H > 0. Betrachtet man nun die Gibbs-Helmholtz-Gleichung:

ΔG = ΔH - T · ΔS

Die freie Enthalpie hängt von der Enthalpie und der Entropie ab, also der Unordnung des Systems. Reaktionen laufen freiwillig ab, wenn ΔG < 0. Diese Reaktionen nennt man exergon. Ist die Enthalpieänderung positiv, muss -T · ΔS groß genug sein, damit ΔG < 0 ist. Da die oben genannte Reaktion freiwillig abläuft, muss das Produkt aus Temperatur und Entropieänderung größer sein als die Enthalpieänderung. Aus diesem Zusammenhang kann darauf geschlossen werden, dass die Entropie ebenfalls einen Einfluss auf den freiwilligen Ablauf chemischer Reaktionen hat. Bei dieser Reaktion kann die Vergrößerung der Entropie damit erklärt werden, dass aus drei großen Teilchen 14 kleinere Teilchen entstehen, welche gelöst oder flüssig vorliegen. Durch die Zerteilung und die schnellere Bewegung der Teilchen entsteht mehr Unordnung im System. Das Bestreben eines Systems, eine höhere Entropie aufzuweisen, treibt diese Reaktion an.

Die Lösung wird neutralisiert und in den Schwermetallbehälter gegeben.

D. Wiechoczek, http://www.chemieunterricht.de/dc2/energie/en-v03.htm, 12.08.2013, 21:39 Uhr.