Lösen von Natriumhydroxid

Theoretische Grundlagen

Natriumhydroxid (NaOH) ist ein Salz. Die Na⁺- und OH^--Ionen sind in einem Kristallgitter angeordnet. Beim Lösen in Wasser kann man zwei Vorgänge beobachten:

1. Das Natriumhydroxid löst sich auf: Das Ionen-Kristallgitter "löst sich auf" (spaltet sich). Für diesen Vorgang muss das System Energie aufwenden (verbrauchen). Die Energie, die das Kristallgitter zusammenhält, nennt man auch Gitterenergie.
2. Die Ionen gehen in eine wässrige Lösung über (Hydratisierung der Ionen). Bei diesem Vorgang wird Energie freigesetzt, die sogenannte Hydratationsenergie.

Um herauszufinden ob sich das System erwärmt oder abkühlt, muss man die beiden Energien vergleichen. Wird Energie verbraucht, so kühlt sich das System ab. Umgekehrt wird Energie freigesetzt, so erwärmt sich ein System. Wenn nun die Hydratationsenergie (freiwerdend) größer ist als die (aufzuwendende) Gitterenergie, erwärmt sich ein System. Im umgekehrten Fall kühlt sich das System ab.
Ist die Differenz zwischen Gitter- und Hydratationsenergie zu hoch, so muss ein System erhitzt werden, da es die nötige Energie nicht allein aus dem eigenen System aufbringen kann (Beispiel: schwerlösliche Salze).

Geräte

Waage, Becherglas (100 ml), Löffelspatel, Messzylinder (100 ml), Glasstab, Thermometer

Chemikalien

Natriumhydroxid Plätzchen (7,2 g), entmineralisiertes Wasser (50 ml), Indikatorpapier + pH-Wert Skala

Durchführung

Mit Hilfe einer Waage wiegt man so genau wie möglich 7,2 g Natriumhydroxid Plätzchen ab. Dann misst man mit einem Messzylinder so genau wie möglich 50 ml entmineralisiertes Wasser ab und gibt dieses in das Becherglas. Nun misst man die Anfangstemperatur des Wassers, dann gibt man die Natriumhydroxid Plätzchen hinzu und rührt mit dem Glasstab um. Dabei wird alle 10 Sekunden die Temperatur notiert. Nach 5 Minuten wird der Versuch beendet und nur noch der pH-Wert der entstandenen Lösung bestimmt.

Beobachtung(en)

Anfangstemperatur des Wassers: 22 °C

Temperatur des Gemisches
Sekunde [s] Temperatur [°C] 10 24,0 20 28,0 30 34,5 40 39,5 50 44,0 60 47,5 70 50,0 80 50,0 90 49,5 100 49,0 110 48,5 120 48,0 130 47,0 140 47,0 150 46,0	Sekunde [s] Temperatur [°C] 160 46,0 170 45,5 180 45,0 190 44,5 200 44,0 210 44,0 220 43,5 230 43,0 240 42,5 250 42,0 260 41,5 270 41,0 280 40,5 290 40,0 300 40,0

pH-Wert nach 5 Minuten: 10

Auswertung

Das System hat sich erwärmt. Die freiwerdende Energie (Hydratationsenergie) ist also größer als die aufzuwendende Gitterenergie. Diese Reaktion, wo Energie in Form von Wärme freigesetzt wird, nennt man auch eine exotherme Reaktion. Der umgekehrte Fall wäre eine endotherme Reaktion.
Das entstandene Produkt, Natriumhydroxid in wässriger Lösung, nennt man auch Natronlauge.

NaOH_(s) + H₂O_(l) Na⁺_(aq) + OH^-_(aq) + H₂O_(l)

Die pH-Wert Messung am Ende des Versuches bestätigt, dass OH^--Ionen entstanden und in der Lösung vorhanden sind.

Weiterführende Fragen

1. Woraus resultiert die alkalische Reaktion?

   Natriumhydroxid ist hygroskopisch (wasserziehend), das heißt es entzieht sogar der Luft Wasserdampf. Daher kann man sich die heftige Reaktion mit Wasser erklären.

   
   
2. Warum steigt die Temperatur am Anfang so schnell an?

   Die Anfangskonzentration von Natriumhydroxid ist sehr groß, das bedeutet es finden viele Reaktionen in kurzer Zeit statt. Die Konzentration nimmt jedoch mit der Zeit ab und daher können nicht mehr so viele Reaktionen stattfinden.

   
   
3. Was lässt sich aus diesem Temperaturanstieg folgern?

   Größere Mengen sollte man an einem trockenen Ort mit niedriger Luftfeuchtigkeit aufbewahren und nicht mit Wasser oder wässrigen Lösungen in Verbindung bringen.

   
   
4. Berechne die Stoffmenge an OH^--Ionen in der Lösung!
   
5. Was passiert, wenn man Natronlauge an der Luft stehen lässt?

   Lässt man Natronlauge an der Luft stehen, so entsteht allmählich Natriumcarbonat und Wasser, wobei das Wasser als Wasserdampf in die Luft entweicht und somit nur Natriumcarbonat zurückbleibt.

   2 Na+(aq) + 2 OH-(aq) + CO2(g) Na2CO3 + H2O

   
   

Kathrin Brcic Kostic