Springen naar inhoud

Natronloog oplossen veroorzaakt warmteontwikkeling. hoezo?


  • Log in om te kunnen reageren

#1

moniquesck

    moniquesck


  • >25 berichten
  • 44 berichten
  • Gebruiker

Geplaatst op 30 januari 2010 - 11:27

Ik heb gelezen dat, wanneer men natronloog in water oplost, een grote warmteontwikkeling plaatsvindt..

Maar.. waarom?
Ik heb lopen Googelen, maar vond eigenlijk geen bevredigend antwoord.

Alvast heel erg bedankt voor de moeite!
Groeten

Dit forum kan gratis blijven vanwege banners als deze. Door te registeren zal de onderstaande banner overigens verdwijnen.

#2

ToonB

    ToonB


  • >250 berichten
  • 817 berichten
  • VIP

Geplaatst op 30 januari 2010 - 14:29

In dit proces (het oplossen van natriumloog in water) gebeuren enkele dingen.

We gaan energie in de reactie steken om de bindingen tussen Na+ en OH- te breken.
Maar de energie die hiervoor nodig is, is veel minder dan de energie die vrijkomt bij het hydrateren van je hydroxide ionen.
Tijdens de breking van je NaOH gaat er een soort 'tussenvorm' ontstaan, waar een water heel eventjes gebonden is aan je OH- ionen, waardoor de breking van de binding kan doorgaan.

De vorming van dit H3O2- levert meer energie op, dan het breken van de NaOH kost.
Dit resulteert in warmte zodra de H3O2- terugvalt tot water en hydroxide-ionen.
"Beep...beep...beep...beep"
~Sputnik I

#3

*_gast_Bartjes_*

  • Gast

Geplaatst op 30 januari 2010 - 16:24

Dit resulteert in warmte zodra de H3O2- terugvalt tot water en hydroxide-ionen.


Het vrijkomen van energie kan waarschijnlijk met de kwantummechanica worden uitgerekend. Blijft de vraag waarom de energie in de vorm van warmte vrijkomt.

Gebeurt het terugvallen soms met grote kracht?

#4

Marko

    Marko


  • >5k berichten
  • 8935 berichten
  • VIP

Geplaatst op 30 januari 2010 - 18:25

Het warmte-effect van het oplossen van zouten is niet helemaal rechttoe-rechtaan. Je kunt het oplossen beschouwen als een optelsom van 3 effecten:

1. Het kristalrooster van het zout moet worden opengebroken
2. Watermoleculen moeten ruimte maken om plaats te maken voor de ionen van het zout
3. De ionen worden omgeven door een x aantal watermoleculen.

1. en 2. kosten energie. De energie die 1. kost hangt af van de relatieve grootte, de vorm en de lading van de ionen. De energie die 2. kost hangt voornamelijk af van de grootte van de ionen. Beide zijn tot op zekere hoogte te berekenen zonder gebruik te maken van kwantummechanica. Door de ionen te beschouwen als bollen met een lading kan met de kennis van het kristalrooster en de wet van Coulomb een goede inschatting gemaakt worden van de roosterenthalpie. Op dezelfde manier is (ongeveer) te berekenen hoeveel energie het kost om de watermoleculen uit elkaar te trekken om plaats te maken voor de ionen.

De energie die 3. oplevert hangt af van de sterkte van de interacties die de ionen ondergaan met water. Dat laatste is inderdaad slechts te berekenen met kwantummechanica, en dan nog moeizaam.

Dit is wat je nodig hebt om te berekenen hoeveel warmte er vrij zou komen. We kunnen echter wel redelijk makkelijk afleiden dat het niet heel vreemd is dat er warmte vrijkomt bij het oplossen van NaOH - hoewel ik toegeef dat deze afleiding het probleem maar voor een deel oplost.

Het oplossen van natriumchloride (keukenzout) levert nagenoeg geen warmte-effect. Kennelijk is de energie die bij 3. vrijkomt ongeveer evenveel als de energie die 1. en 2. kosten. Dit beschouw ik als gegeven, en ga me niet bezighouden met het waarom (vandaar dat het het probleem slechts ten dele oplost). Ik kan echter wel een mooie vergelijking maken tussen NaOH en NaCl. OH- ionen zijn een stukje kleiner dan Cl- ionen. Bovendien zijn ze niet helemaal rond en is de lading niet helemaal gelijkmatig over het ion verdeeld (de negatieve lading bevindt zich voornamelijk op het O-atoom). Dit leidt tot het volgende: In een NaCl-kristal passen de kleine Na+ ionen mooi in de open ruimtes die zich tussen de Cl- ionen bevinden. Dit leidt tot een mooi kubisch kristal. Voor NaOH gaat dat een stukje moeilijker, en het kristalrooster is daardoor ietwat vervormd. Dit leidt tot een lagere roosterenergie, en dus minder "boete" voor stap 1. Tegelijkertijd leidt de kleinere grootte van de OH- ionen tot een lagere boete bij stap 2.

Tenslotte zijn O-atomen erg goed in staat om zich te binden aan positief geladen H-atomen, beter dan Cl-atomen dat zijn. Dit verschil zie je al terugkomen in de verschillende zuursterkte van HCl en H2O. Het mag verwacht worden dat dit verschil ook tot uiting komt in de interactie tussen Cl--ionen en OH- ionen met de omringende watermoleculen.

Met andere woorden: Met deze houtjes-touwtjes afleiding zijn we in staat om af te leiden dat stap 1. en 2. minder ongunstig zijn voor natriumhydroxide, en dat stap 3. gunstiger is, in vergelijking met het oplossen van natriumchloride. En aangezien het oplossen van natriumchloride een warmte-effect 0 heeft, zal er bij het oplossen van natriumhydroxide dus warmte vrijkomen.


Het antwoord op de vraag waarom de energie vrijkomt in de vorm van warmte is simpel: Er is geen andere mogelijkheid. De energie die vrijkomt kan niet verdwijnen en gaat dus in de moleculen zitten: Ze gaan sneller bewegen, trillen of roteren - met andere woorden, de temperatuur neemt toe.

Cetero censeo Senseo non esse bibendum


#5

*_gast_Bartjes_*

  • Gast

Geplaatst op 30 januari 2010 - 18:49

Het antwoord op de vraag waarom de energie vrijkomt in de vorm van warmte is simpel: Er is geen andere mogelijkheid. De energie die vrijkomt kan niet verdwijnen en gaat dus in de moleculen zitten: Ze gaan sneller bewegen, trillen of roteren - met andere woorden, de temperatuur neemt toe.


Ten eerste dank voor de uitleg. Hoewel dit niet "mijn" topic is, zette de vraag mij wel aan het denken. Wat ik als alternatieve energievormen in gedachten had, was bijvoorbeeld licht, geluid of radioactieve straling. Er is vast een eenvoudige verklaring waarom een dergelijke omzetting niet plaats vindt, maar ik zie dat niet zo snel.

#6

moniquesck

    moniquesck


  • >25 berichten
  • 44 berichten
  • Gebruiker

Geplaatst op 30 januari 2010 - 19:22

Hartstikke bedankt voor deze ongeloofelijk uitgebreide uitleg!

Groeten

#7

Marko

    Marko


  • >5k berichten
  • 8935 berichten
  • VIP

Geplaatst op 30 januari 2010 - 19:32

Uitzenden van zichtbaar licht kan alleen wanneer een elektron vanuit een hogere baan terugvalt naar de grondtoestand. De energie die bij de reactie vrijkomt is echter niet genoeg om een elektron in zo'n hogere baan te brengen. Röntgenstraling vertegenwoordigt nog meer energie, en is dus helemaal "uit den boze".

Nu zijn er wel voorbeelden van chemische reacties die het uitzenden van een foton als bijproduct hebben. Dit verschijnsel heet chemiluminescentie. Het treedt echter alleen in uitzonderlijke gevallen op, waarbij tijdens de reactie een intermediair ontstaat in een aangeslagen toestand (een en ander als gevolg van de moleculaire structuur). Het terugvallen vanuit die aangeslagen toestand gaat dan gepaard met het uitzenden van een foton. Maar daar is hier geen sprake van.

Geluid is soms een bijproduct van de reactie, maar eigenlijk alleen wanneer er bij de reactie gassen betrokken zijn, en door de reactie sterkte drukverschillen optreden. Maar ook daar is hier dus geen sprake van.

Cetero censeo Senseo non esse bibendum


#8

*_gast_Bartjes_*

  • Gast

Geplaatst op 30 januari 2010 - 20:05

Uitzenden van zichtbaar licht kan alleen wanneer een elektron vanuit een hogere baan terugvalt naar de grondtoestand. De energie die bij de reactie vrijkomt is echter niet genoeg om een elektron in zo'n hogere baan te brengen. Röntgenstraling vertegenwoordigt nog meer energie, en is dus helemaal "uit den boze".


Niet genoeg energie is inderdaad een begrijpelijke verklaring.

Nu zijn er wel voorbeelden van chemische reacties die het uitzenden van een foton als bijproduct hebben. Dit verschijnsel heet chemiluminescentie. Het treedt echter alleen in uitzonderlijke gevallen op, waarbij tijdens de reactie een intermediair ontstaat in een aangeslagen toestand (een en ander als gevolg van de moleculaire structuur). Het terugvallen vanuit die aangeslagen toestand gaat dan gepaard met het uitzenden van een foton. Maar daar is hier geen sprake van.


Het kan dus wel beredeneerd worden wanneer zoiets wel of niet optreedt?

Geluid is soms een bijproduct van de reactie, maar eigenlijk alleen wanneer er bij de reactie gassen betrokken zijn, en door de reactie sterkte drukverschillen optreden. Maar ook daar is hier dus geen sprake van.


Ik vroeg me al af of ik niet al te door-vragerig was (wat als bekend leidt tot het scepticisme ](*,) ). Maar het is gelukkig goed afgelopen.

Nogmaals dank. :eusa_whistle:

#9

Marko

    Marko


  • >5k berichten
  • 8935 berichten
  • VIP

Geplaatst op 30 januari 2010 - 21:05

Het kan dus wel beredeneerd worden wanneer zoiets wel of niet optreedt?


Achteraf wel ](*,)

Zonder gekheid: Met deze kennis is men inderdaad in staat moleculen te "ontwerpen" die bijvoorbeeld chemiluminescentie vertonen, en kan men zelfs bepalen welke kleur het uitgezonden licht zal hebben. Maar het fenomeen bestond al voor het beschreven werd.

Ik vroeg me al af of ik niet al te door-vragerig was (wat als bekend leidt tot het scepticisme :eusa_whistle: ). Maar het is gelukkig goed afgelopen.


Doorvragen, zo lang het natuurlijk met het onderwerp te maken heeft, is zeker goed, en is ook waar dit forum voor bedoeld is. Waar een simpele vraag al niet toe kan leiden... :-)

Cetero censeo Senseo non esse bibendum






0 gebruiker(s) lezen dit onderwerp

0 leden, 0 bezoekers, 0 anonieme gebruikers

Ook adverteren op onze website? Lees hier meer!

Gesponsorde vacatures

Vacatures