Springen naar inhoud

endotherm en exotherm vloeistoffen mengen


  • Log in om te kunnen reageren

#1

arjanschoonen

    arjanschoonen


  • >25 berichten
  • 48 berichten
  • Gebruiker

Geplaatst op 30 augustus 2008 - 19:19

Als ik in een glazen fles een halve liter water meng met een halve liter acetonitril, dan daalt de temperatuur van de fles voelbaar. Mijn conclusie: Dit mengproces verloopt endotherm.

Als ik in een glazen fles een halve liter water meng met een halve liter aceton, dan stíjgt de temperatuur van de fles voelbaar. Mijn conclusie: Dit tweede mengproces verloopt exotherm.

Het frappeert. Welk mechanisme zorgt er nu voor dat het ene proces endotherm verloopt en het andere exotherm?

In een eerste poging om tot een antwoord te komen, denk ik aan vrije electronenparen. Maar alle drie genoemde vloeistoffen hebben die! Ik sta hier voor een raadsel.

Wie niet?

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

#2

hzeil

    hzeil


  • >1k berichten
  • 1379 berichten
  • Ervaren gebruiker

Geplaatst op 30 augustus 2008 - 21:59

Arjan Schoonen,

Ik verklaar zoiets met de entropieverandering tijdens het mengen. Blijkbaar heeft acetonitril weinig interactie met water en moet er warmte uit de omgeving worden opgenomen om tot entropiewinst te kunnen komen. Als dat langzaam gaat koelt het mengsel af en onttrekt het mengsel daarbij de warmte aan zichzelf.

Maar aceton heeft wel een sterke interactie met water. De entropiewinst door het mengen wordt gevolgd door een groter entropieverlies vanwege te interaktie water-aceton. De chaos door het mengen wordt hier gevolgd door een nieuwe ordening. Het bruto resultaat is hier dus entropieverlies.

Dit is analoog met het warmte effect bij het oplossen van zouten. Dat is ook een vorm van menging. Als je ammoniumnitraat oplost in water wordt het koud. Maar als je calciumchloride oplost in water wordt het behoorlijk warm. De chaos bij het mengen wordt gevolgd door een nieuwe ordening van water rondom de calciumionen.
De grote ammoniumionen en nitraationen hebben nauwelijks interaktie met water en er komt daarbij dus geen nieuwe orde.
Uitleggen is beter dan verwijzen naar een website

#3

Jooken

    Jooken


  • >250 berichten
  • 677 berichten
  • Ervaren gebruiker

Geplaatst op 01 september 2008 - 10:56

entropieverandering tijdens het mengen. Blijkbaar heeft acetonitril weinig interactie met water


Dit is toch niet helemaal correct. Wanneer je twee stoffen mengt krijg je uiteraard altijd een entropietoename. Dit is immers de drijvende kracht van de menging. Dit gebeurt bijvoorbeeld wanneer je twee ideale gassen mengt. Hierbij kan er geen warmte-uitwisseling optreden omdat de definitie van een ideaal gas stelt dat er geen interacties zijn tussen de moleculen.

De warmte-effecten die optreden wanneer twee stoffen met elkaar gemengd worden, hebben hun oorsprong in enthalpie-effecten.

Om een mengsel van A en B te maken moeten we n A--A en n B--B interactie verbreken. Dit kost energie, en is dus endotherm.

Om uit de vier "losse" moleculen (2 A en 2 B) een mengsel te vormen maken we twee A--B intercaties. hierbij komt natuurlijk energie vrij, en is exotherm. De hele balans bepaalt nu of de menging exotherm, endotherm of neutraal is. In dit laatste geval hebben we een zogenaamde ideale oplossing, zij hebben een mengenthalpie ΔmH gelijk aan nul (en ook een mengvolume ΔmV gelijk aan nul)

Of de mengenthalpie positief, negatief of nul is, hangt dus af van de subtiele balans van de intermoleculaire interacties in de zuivere stoffen en het mengsel. A priori kan je daar niet zo veel over zeggen.

#4

arjanschoonen

    arjanschoonen


  • >25 berichten
  • 48 berichten
  • Gebruiker

Geplaatst op 13 september 2008 - 15:12

Even theoretiseren richting de praktische waarnemingen.

De gegevens:
Water heeft per molecuul twee vrije electronenparen op het zuurstofatoom. Water heeft twee O-H bindingen per molecuul.
Aceton (propanon) heeft per molecuul twee vrije electronenparen op het zuurstofatoom. Aceton heeft nul O-H bindingen per molecuul.
Acetonitril heeft per molecuul n vrij electronenpaar op het stikstofatoom. Acetonitril heeft nul N-H bindingen per molecul.

De dichtheid van water is 1 g/ml
De dichtheid van aceton is 0.791 g/ml
De dichtheid van acetonitril is 0.786 g/ml
De molmassa van water is 18 g
De molmassa van aceton is 58 g
De molmassa van acetonitril is 41 g

De aannames:
Een OH--N waterstofbrug is zwakker dan een OH--O waterstofbrug.
Een OH--O=CR2 waterstofbrug is sterker dan een OH--OH2 waterstofbrug.
Alle OH-bindingen in water vormen waterstofbruggen.

De theorie:
Bij het 1 op 1 mengen (v/v) van acetonitril met water, is de molverhouding
786/41 : 1000/18 = 786*18 : 1000*41 ≈ 1 : 3.
Per (3*2=) 6 OH--O waterstofbruggen, wordt er door het mengen met acetonitril 1 OH--O waterstofbrug vervangen door een zwakkere OH--N waterstofbrug. Een zwakkere binding heeft een hogere energie en die energie wordt uit de omgeving naar het mengprodukt van acetonitril en water geleid.
Bij het 1 op 1 mengen (v/v) van aceton met water, is de molverhouding
791/58 : 1000/18 = 791*18 : 1000*58 ≈ 1 : 4.
Per (4*2=) 8 OH--O waterstofbruggen, wordt er door het mengen met aceton 1 OH--O waterstofbrug vervangen door een OH--OC(CH3)2 waterstofbrug. Blijkbaar is dit een sterkere waterstofbrug met een lagere energie. Het energieverschil wordt vanuit het mengprodukt naar de omgeving geleid.

De voorspelling:
Als het voorgaande juist is, zou men verwachten dat de temperatuursveranderingen het sterkste zijn als acetonitril en water gemengd wordt in de verhouding 6/1 (v/v) en aceton met water gemengd wordt in de verhouding 8/1 (v/v).





0 gebruiker(s) lezen dit onderwerp

0 leden, 0 bezoekers, 0 anonieme gebruikers

Ook adverteren op onze website? Lees hier meer!

Gesponsorde vacatures

Vacatures