Ziel des Versuchs: Dieser Versuch verdeutlicht das Zusammenspiel von Enthalpie und Entropie als Kriterium für den freiwilligen Ablauf einer chemischen Reaktion
| Thema: Enthalpie und Entropie | Tags: Enthalpie, Entropie, spontane endotherme Reaktion | Klassenstufen: 11-12 | Versuchsart: LV |
Materialien
Becherglas (100 mL), feuchtes Tuch, Thermometer (-20 °C), Glasstab
Chemikalien
Ammoniumthiocyanat, Bariumhydroxid-8-H2O
| Gefahrstoff | H-Sätze | P-Sätze | GHS |
|---|---|---|---|
| Ammoniumthiocyanat | H332-H312-H302-H412-EUH032 | -- |  |
| Bariumhydroxid-8-H2O | H302+H332-H314 | P280-P301+P330+P331-P304+P340-P309+P310 |  |
Durchführung
In einem kleinen Becherglas werden etwa 8 g Bariumhydroxid-octahydrat und etwa 4 g Ammoniumthiocyanat durch kurzes Umrühren mit einem Glasstab vermischt. Das Becherglas wird schnell auf ein feuchtes Tuch gestellt und mittels Thermometer wird die Temperatur gemessen.
Beobachtung
Die Mischung wird flüssig, die Temperatur sinkt schnell bis auf - 8 °C und tiefer. Ein leichter Ammoniakgeruch ist wahrzunehmen.
Deutung
Folgende Reaktion findet statt:
Ba(OH)2 · 8H2O(s) + 2NH4SCN(s) → 2NH3(g) + 10H2O(l) + Ba2+(aq) + 2SCN(aq)
Das Sinken der Temperatur nach Zusammengeben der Edukte zeigt, dass eine endotherme Reaktion abläuft. Obwohl für endotherme Reaktionen ΔH>0 gilt, lief diese Reaktion trotzdem spontan ab. Die Erklärung liefert die Gibbs-Helmholtz-Gleichung, in der Enthalpie und Entropie zur freien Enthalpie verknüpft werden: ΔG = ΔH - T·ΔS. Nur Reaktionen, für die ΔG<0 gilt, laufen spontan ab. Sie werden als exergonisch bezeichnet, wohingegen Reaktionen mit ΔG>0 als endergonisch betitelt werden. Da die oben aufgeführte Reaktion offensichtlich abläuft, muss das Produkt aus absoluter Temperatur und Entropieänderung größer sein als die Enthalpieänderung. Nur so ist gewährleistet, dass ΔG<0 ist. Aus drei Eduktmolekülen entstehen 15 Produktmoleküle bzw. -Ionen, wodurch die Entropie im System erhöht wird. Verstärkend kommt hinzu, dass die Produkte gasförmig oder in wässriger Phase vorliegen, im Vergleich zu den Edukten, die fest sind.
Entsorgung
Lösung in den Schwermetallbehälter geben.
Anmerkungen & Unterrichtsanschlüsse:
Dieser Versuch kann eingesetzt werden, um bei den SuS einen kognitiven Konflikt hervorzurufen. Schließlich haben sie gelernt, dass endotherme Reaktionen nicht spontan ablaufen können. Im Anschluss kann die Entropie eingeführt und das Zusammenspiel zwischen dieser und der Enthalpie anhand des Versuchs erarbeitet werden. Zu beachten ist, dass die Entropie im Kerncurriculum nur für Kurse auf erhöhtem Anforderungsniveau aufgeführt ist.
Neben der Geruchsprobe, kann bei diesem Versuch auch angefeuchtetes Indikatorpapier eingesetzt werden, um den entstehenden Ammoniak nachzuweisen. Das Indikatorpapier würde sich blau verfärben.
Literatur
Nordholz, M., Herbst-Irmer, R., Praktikumsskript. Allgemeine und Anorganische Chemie. Georg-August-Universität Göttingen, WS 2011/2012.
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