Wir Freizeitchemiker (6.Teil): Natriumacetat – Übersättigte Lösung

Es ist wieder einmal an der Zeit, einen kleinen Einblick in unser Heimschul-Chemielabor zu geben. Wir fabrizierten einen einfachen Wärmebeutel:

Natriumacetat (CH3COONa) entsteht, wenn man Essigsäure mit einer natriumhaltigen Base neutralisiert, wie z.B. Natriumbikarbonat (Backsoda). Diese Reaktion ist an sich schon interessant, weil dabei viel Kohlendioxid freigesetzt wird; wenn man eine grössere Menge Essig mit Soda vermischt, schäumt es tüchtig. So kann man z.B. einen künstlichen „Vulkan“ machen; oder man kann mit dem entstehenden Kohlendioxid eine Flamme auslöschen. (Da Kohlendioxid schwerer ist als Luft, kann man es z.B. aus einem Becher in einen anderen „giessen“. Eine Kerze, die im Becher brennt, löscht dabei aus.)

Um möglichst reines Natriumacetat zu erhalten, sollte der Essig w.m. genau neutralisiert werden. Man kann entweder die benötigten Mengen ausrechnen und abmessen (sofern man die Konzentration des Essigs kennt), oder man kann es ausprobieren, indem man allmählich mehr Soda in den Essig gibt, bis es nicht mehr schäumt. Dabei muss jedoch die Flüssigkeit ständig geschüttelt und/oder erhitzt werden, damit kein Kohlendioxid im Wasser gelöst bleiben kann. Ist die Lösung zu basisch, schäumt sie bei Zugabe von Essig; ist sie zu sauer, dann schäumt sie bei Zugabe von Soda.
(Für unser Experiment brauchten wir einen Liter fünfprozentigen Essig und 70g Soda.)

Evtl. kann man Natriumacetat auch kaufen (hier bei uns aber nicht).

Von der Lösung bei schwacher Hitze (ca. 90ºC) das Wasser verdampfen, bis nur noch wenig Wasser vorhanden ist. Nach dem Abkühlen sollte sich ein leicht feuchter Teig bilden, etwa so weich wie Plastillin; er kann aber körnig sein, das macht nichts. (Sollte die Masse ganz hart werden, muss man wieder ein wenig Wasser dazugeben.)

Den „Teig“ in einen Plastiksack füllen und verschliessen. Im Wasserbad erhitzen, bis er ganz flüssig geworden ist (es dürfen keine festen Kristalle mehr vorhanden sein, auch keine Verunreinigungen). Die Flüssigkeit sollte sich jetzt auf Raumtemperatur abkühlen lassen, ohne wieder zu kristallisieren. Es handelt sich um eine übersättigte Lösung (d.h. sie enthält mehr gelöste Substanz, als eigentlich bei dieser Temperatur löslich ist). Ausserdem ist sie unterkühlt (d.h. sie bleibt flüssig bei einer Temperatur, bei der sie eigentlich fest werden sollte). Sobald die Struktur dieser Flüssigkeit genügend „gestört“ wird, kristallisiert sie unmittelbar, wobei Wärme frei wird. Bei genügender Konzentration erhitzt sich die kristallisierte Masse wieder bis fast zu ihrem eigentlichen Schmelzpunkt von 58ºC.

Oben: Die heisse Flüssigkeit wird aus dem Wasserbad genommen…
Unten: … und in kaltem Wasser abgekühlt.

Z.B. kann man auf folgende Weise die Kristallisation auslösen:
– Einen kleinen Kristall von Natriumacetat zugeben, den man vor dem Erhitzen aufgespart hat.
– Den Plastiksack öffnen und unter Luftzufuhr schütteln. (So in unserem Experiment.)
– Mit einem metallenen Gegenstand umrühren; oder schon vor dem Erhitzen einen flachgeklopften metallenen Flaschendeckel zugeben und diesen nach dem Abkühlen hin-und herdrücken. (Dies haben wir nicht ausprobiert, da wir keinen genügend starken Plastiksack hatten und fürchteten, der scharfkantige Flaschendeckel könnte den Plastiksack zerreissen.)

Hier ist es flüssig und kalt…

man schüttelt es…

… und es wird fest und heiss.

So kann man einen wiederverwendbaren Wärmebeutel herstellen. Er kann mehrmals aufgekocht und wiederverwendet werden.

– Eigentlich ist Natriumacetat ein weisses Pulver; bei uns ist es während des letzten Aufkochens braun geworden. Vielleicht hat das mit anderen Substanzen zu tun, die auch noch im Essig enthalten waren; das Experiment hat trotzdem funktioniert.

Quellen für dieses Experiment (auf Spanisch):
http://centros5.pntic.mec.es/ies.victoria.kent/Rincon-C/RINCON.HTM
– Wikipedia (Spanisch), Artikel „Acetato de Sodio“

PS: Um Wasser von Lösungen abzudampfen, brauchen wir meistens die Sonnenergie; das kommt billiger, dauert aber etwas länger. Unser einfacher Sonnen-Verdunster erreicht an sonnigen Tagen etwa 60ºC und verdunstet dann gut einen halben Liter pro Tag. – Foto:

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