Natriumacetat – Kristallisation & Latentwärmespeicher

Motivation:

Durch ein Projekt während meines Studiums bin ich auf die Anwendung des Natriumacetat als Latentwärmespeicher gestoßen. Da die Darstellung relativ einfach ist, wollte ich das ganze einmal Zuhause untersuchen. Vor allem die Betrachtung des Kristallisationsprozess unter dem Mikroskop war sehr interessant.

Theoretische Grundlagen:

Natriumacetat ist ein farbloses, schwach nach Essig riechendes Salz. Es ist das Natriumsalz der Essigsäure und entsteht beispielsweise bei der Reaktion von Natronlauge, Natriumcarbonat oder Natriumhydrogencarbonat mit Essigsäure.

Aus wässrigen Lösungen kristallisiert Natriumacetat mit 3 Mol Kristallwasser: Na(CH3COO) · 3 H2O. Dieses Trihydrat bildet große, farblose Kristalle und ist gut wasserlöslich (612 g/l bei 20 °C) und löst sich ab 58 °C im eigenen Kristallwasser. Bei höherer Temperatur (~120 °C) verdampft das Kristallwasser und es entsteht kristallwasserfreies Natriumacetat Na(CH3COO). Das wasserfreie Salz ist ebenfalls farblos, brennbar, und zieht Luftfeuchtigkeit an, es ist hygroskopisch und gut wasserlöslich (365 g/l bei 20 °C).

2CH3COOH + Na2CO3 –> CH3COONa +  H2O + CO2

CH3COOH + NaOH –> CH3COONa +  H2O

Versuchsdurchführung:

Zuerst wird eine Neutralisation der Essigsäure mit Natronlauge oder Natriumcarbonat durchgeführt. Anschließend wird die Lösung eingedampft um so das kristalline, zum größten Teil wasserfreie Natriumacetat zu gewinnen. Um das Trihydrat zu erhalten gibt man Wasser zum Natriumacetat (Verhältnis 3:1). Wenn man nun das Trihydrat in einem Wasserbad erhitzt, löst es bei 58 °C im eigenen Kristallwasser.
Diese klare Lösung lässt man nun langsam Abkühlen. Man kann beobachten, das die Lösung auch bei Raumtemperatur weiterhin flüssig ist und nicht kristallisiert, somit handelt es sich um eine unterkühlte Flüssigkeit und befindet sich in einem so genannten „metastabilen Zustand„.

Metastabile Phasen haben eine höhere Energie (korrekter: Freie Enthalpie – unter definierten Bedingungen wie konstanter Druck und konstante Temperatur) als die stabile Phase. Auf Grund einer hohen Aktivierungsenergie wandeln sie sich nicht oder nur langsam in die stabile Phase um.

Eine unterkühlte Flüssigkeit oder Schmelze hat somit bei gegebenem Druck eine niedrigere Temperatur, als ihrem Aggregatzustand entspricht. Das Impfen mit kleinsten Keimen, evtl. auch Impulsübertragung in Form von Erschütterung, führt jedoch unter Freisetzung der Schmelzenthalpie zu spontaner Kristallisation.

Beim Natriumacetat reicht es, mit einem Gegenstand die Flüssigkeit zu berühren um die Kristallisation auszulösen. (siehe Video)

Die Ursache für diesen Effekt ist, dass zur Änderung des Aggregatzustands oft ein Kristallisationsansatz notwendig ist. Beispielsweise wachsen Eiskristalle nur auf Eiskristallen und einigen anderen Anordnungen. Sind diese Kristallisationsansätze nicht vorhanden, so kann eine Kristallisation und damit die Aggregatzustandsänderung nicht eintreten, selbst wenn sie von der Temperatur her möglich wäre.

Ergebnisse:

Eine Betrachtung unter dem Mikroskop bei 40-facher Vergrößerung zeigt in der metastabilen Phase kleine Nadelkristalle.

Quellen:

5 Antworten zu “Natriumacetat – Kristallisation & Latentwärmespeicher”

  • Kannst du den Versuch auf Teilchenebene erklären ? Was passiert mit dem Wasser bzw. Salzgitter
    Mfg

  • Der Post erinnert mich an meinen Kumpan Ralf.

    Der hat auch pausenlos über Sachen wie Lineartechnik,
    Axiallager oder auch Natriumacetat – Kristallisation & Latentwärmespeicher , worüber ihr hier schreibt, gesprochen.

    Ich werde ihm den Post mal forwarden. Wollt ich nur mal loswerden.
    Der Beitrag war sehr erbaulich und hat mich an früher erinnert.

  • Ja kommerziell gibts sowas ja unter dem Namen Firebag als Handwärmer

    Möchte fragen welche Kristallisationswärme wird bei ber Kristallisation abgegeben ?

    Gibts da irgendwo einen Wert in J/g Trihydrat ?…so einen Wert suche ich nämlich.

    Ich habe da noch nichts gefunden.

    Dann wird das auch eine normale Wärmekapazität haben (außerhalb des Kristallisationsbereich). Wird wohl knapp 2J/gK sein (organische Verbindngen liegen meistens grob bei 2 (auch Benzin Holz und Papier)

    Bei mir gehts eigentlich um ein Bastelprojekt. Die Darstellung ist wohl einfach und der Umgang ungefährlich trotzdem ist es im Ggs. zu anderen Grundchemikalien (z.B. Isopropanol) recht teuer.

    1Kg kostet ca. 15 zzgl. VK
    20 Kg ca. 7,40/Kg zzgl. VK

    Einen Latentspeicher mit 1000Kg zu füllen würde dann 7000Euro kosten.

    Anwendung daher eher wos auf Gewicht ankommt Wanderungen oder Elektroauto).

  • Hi,
    hab mal ne Frage bezüglich der Reaktion mit dem Natriumacetat, und zwar wie kommt es zur Kristallisation?
    Ich hab mir dieses Natriumacetat mal besorgt und versuch jetzt die chemische Reaktion zu bekommen. Wär cool, wenn du mir diesbezüglich helfen könntest. Danke schon Mal im Voraus.

    • Hi,
      sobald die Flüssigkeit abgekühlt ist, reicht meist schon eine Erschütterung. Falls das nicht hilft einfach mit einem Gegenstand die Flüssigkeit kurz berühren, das sollte reichen um die Kristallisation auszulösen.

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