Im Prinzip kennen wir alle diese Handwärmer, auf die wir kurz drücken und sie werden hart und warm.
Aber warum das so ist werde ich euch heute in meiner GFS erklären.
Man könnte es sehr kurz machen, die Kristallisationswärme heizt unsere Kissen auf, denn wenn ich Kristalle schmelze, muss ich Energie zuführen und wenn die Schmelze wieder auskristallisiert, wird diese Wärme wieder frei. Aber ich denke nicht, dass Herr Kühlwein sich mit dieser Antwort zufriedengibt und ihr sicher mit dieser Erklärung die chemischen Zusammenhänge noch nicht in Einklang bringen könnt, weil wie auch im echten Leben ist das etwas komplizierter.
Inhaltsverzeichnis
- Kristallisation allgemein
- Hydrations- und Gitterenergie → Lösungswärme
- Die Erklärung am Wärmekissen
- Der „Knackpunkt“
- Wiederbelebung des Wärmekissens
- Schülerversuch am Lehrerpult
Zielsetzung und Themenschwerpunkte
Diese Präsentation erklärt die Funktionsweise von Wärmekissen mithilfe des Prinzips der Kristallisation. Sie untersucht die beteiligten Energieformen und die Rolle von Übersättigung und Kristallisationskeimen bei der Entstehung von Wärme.
- Kristallisationsvorgang und die Freisetzung von Kristallisationswärme
- Hydrations- und Gitterenergie und ihre Bedeutung für die Löslichkeit
- Metastabile Zustände und ihre Rolle im Wärmekissen
- Der „Knackpunkt“ als Auslöser für die Kristallisation
- Wiederbelebung des Wärmekissens durch Aufschmelzen des Natriumacetat-Trihydrats
Zusammenfassung der Kapitel
Kristallisation allgemein
Der Vortrag beginnt mit einer allgemeinen Einführung in den Prozess der Kristallisation. Dieser beinhaltet die Bildung und das Wachstum von Kristallen, die in verschiedenen Phasen stattfinden können. Die Bildung von Kristallen geht mit der Freisetzung von Kristallisationswärme einher.
Hydrations- und Gitterenergie → Lösungswärme
Die Hydrationsenergie beschreibt die Energie, die freigesetzt wird, wenn Wassermoleküle sich an Ionen oder andere Teilchen anlagern. Die Gitterenergie gibt an, wie viel Energie benötigt wird, um die Moleküle eines Festkörpers voneinander zu trennen. Diese beiden Energieformen spielen eine entscheidende Rolle für die Löslichkeit von Salzen. Wenn die Hydrationsenergie größer ist als die Gitterenergie, wird Wärme freigesetzt, und das Salz löst sich exotherm. Wenn die Gitterenergie größer ist, wird Wärme benötigt, um die Lösung zu ermöglichen, und der Vorgang ist endotherm.
Die Erklärung am Wärmekissen
Das Wärmekissen enthält Natriumacetat-Trihydrat, das in einer übersättigten Lösung vorliegt. Die Kristallisation des Salzes wird durch Anstoßen, z. B. durch Reiben mit einem Glasstab, ausgelöst. Dadurch wird die gespeicherte latente Wärme freigesetzt, wodurch das Wärmekissen warm wird.
Der „Knackpunkt“
Der „Knackpunkt“ im Wärmekissen ist die Stelle, die die Kristallisation auslöst. Dies kann ein Metallplättchen sein, das durch Biegen oder Schlagen eine neue Kristalloberfläche freilegt, oder ein Kunststoffplättchen, das durch Druck eine ähnliche Reaktion auslöst.
Wiederbelebung des Wärmekissens
Um das Wärmekissen wieder zu erwärmen, muss das Natriumacetat-Trihydrat wieder geschmolzen werden. Dies erfordert Wärme, die durch heißes Wasser zugeführt wird. Bei 80° ist das Natriumacetat-Trihydrat vollständig geschmolzen.
Schlüsselwörter
Die wichtigsten Schlüsselwörter und Themen der Präsentation sind Kristallisation, Kristallisationswärme, Hydrationsenergie, Gitterenergie, Lösungswärme, Übersättigung, Kristallisationskeime, metastabile Zustände, Natriumacetat-Trihydrat und Wärmekissen.
Häufig gestellte Fragen
Wie funktioniert ein chemischer Handwärmer?
Ein Handwärmer nutzt die Kristallisationswärme. Bei der Kristallisation einer übersättigten Lösung wird die zuvor beim Schmelzen gespeicherte Energie wieder als Wärme frei.
Welche Substanz befindet sich im Inneren des Wärmekissens?
In der Regel handelt es sich um Natriumacetat-Trihydrat, das als übersättigte, metastabile Lösung vorliegt.
Was passiert beim „Knacken“ des Metallplättchens?
Das Knicken des Plättchens setzt Kristallisationskeime frei oder schafft eine neue Oberfläche, die die schlagartige Kristallisation der Lösung auslöst.
Was ist der Unterschied zwischen Hydrations- und Gitterenergie?
Gitterenergie wird benötigt, um den Festkörper aufzulösen; Hydrationsenergie wird frei, wenn sich Wassermoleküle an Ionen anlagern. Das Verhältnis bestimmt, ob ein Lösevorgang warm oder kalt macht.
Wie macht man ein benutztes Wärmekissen wieder einsatzbereit?
Man legt es in kochendes Wasser (ca. 80°C), bis alle Kristalle wieder vollständig geschmolzen sind und die Substanz flüssig ist.
- Quote paper
- Louis Dräger (Author), 2019, Kristallisation am Beispiel des Handwärmers, Munich, GRIN Verlag, https://www.grin.com/document/475204
