Thermisch evenwicht

Datum: Juni 2006

Principe:

Temperatuurafhankelijkheid van een chemisch evenwicht demonstreren.

Materiaal:

  • Cobaltchloride (CoCl2.6H2O)
  • 2-propanol (IPA, isopropanol, C3H7OH)
  • Water (H2O)
  • Reageerbuis
  • Verwarmingsplaatje
  • Balans

Uitvoering:

  • Los ca. 0.1 - 0.2 g cobaltchloride op in ca. 10 ml isopropanol.
  • Voeg druppelsgewijs water toe totdat de kleur veranderd.
  • Zet de buis op een verwarmingsplaatje en observeer.
  • Laat de buis afkoelen en observeer.

Meetresultaten:

Cobaltchloride in IPA

 Water toevoegen

Water toegevoegd

Begin verwarmen Na enige tijd Na afkoelen
Het afkoelen en verwarmen met de bijbehorende kleurverandering kan men blijven herhalen.

Discussie en conclusie:

Als kobaltchloride in alcohol opgelost wordt dan vormt zich een tetraedisch cobalt-chloor complex dat diepblauw gekleurd is. Als we nu water toevoegen vormt zich het rood/rose aqua-complex. Dit laatste complex is echter thermisch onstabiel. Als de temperatuur verhoogd wordt verschuift het evenwicht naar het blauwkleurige chloride complex. Dat deze reactie reversibel is wordt bewezen  door de observatie dat de kleur van de oplossing weer rose wordt na afkoeling.

[Co(H2O)6]2+ + 2 Cl- + 2 iPrOH <=> [Co(iPrOH)2Cl2] + 6 H2O

Opmerkingen:

  • I.p.v. IPA kan men ook ethanol gebruiken.
  • Je kunt deze reactie ook als een soort weer indicator gebruiken. Strips van blauw watervrij cobalt chloride papier worden roze als de luchtvochtigheid toeneemt. 
  • Een andere toepassing is onzichtbare inkt. Schrijf met de gehydrateerde roze oplossing op een stuk papier. Als je dit papier na drogen voorzichtig verwarmd komt de boodschap naar voren als blauwe inkt.
  • Je kunt het evenwicht ook beïnvloeden door zilvernitraat toe te voegen. De chloride ionen slaan dan neer als AgCl en de oplossing wordt lichtroze.

Literatuur:

  • Lee R. Summerlin and James L. Ealy Jr.; 'Chemical Demonstrations - A sourcebook for Teachers - Volume 1'; ACS; 1988; 2nd Ed; ISBN 08412-1481-6; p. 40,41. 

  • 'Microscale Chemistry - Experiments in miniature'; RCS; 1997; ISBN 1870343492; p. 43.

  • HL Heys; 'Scheikunde Thuis'; Thieme; 4de druk; ISBN 9003915407; p. 82,83. 

  • L. Gene Spears Jr, Larry G. Spears; "Chemical Storage of Solar Energy Using an Old Color Change Demonstration"; Journal of Chemical Education; 1984 61 3; p. 252-254.

  • Luis J.A. Martins, J. Barbosa da Costa; "Further Observations on the Cobalt(II)-Chloride Equilibrium: Effect of Changing the Chloride Ion Concentration"; Journal of Chemical Education; 1986 63 11; p. 989.

  • A. Ward Grant Jr; "Cobalt Complexes and Le Chatelier"; Journal of Chemical Education; 1986 61; p. 486.

  • Charles E. Ophardt; "Cobalt Complexes in Equilibrium"; Journal of Chemical Education; 1980 57 6; p. 453.

Relevante websites:

Achtergrondinformatie:
Chemische reacties zijn oftewel endotherm (nemen warmte uit de omgeving op) of exotherm (geven warmte af). Het effect dat de temperatuur heeft op een chemisch evenwicht kan voorspeld worden mbv Le Châtelier's principe. Als de reactie endotherm is zal een stijging van de temperatuur resulteren in een verschuiving van het evenwicht naar rechts. In een exotherme reactie verschuift het evenwicht naar links. De temperatuurafhankelijkheid van de evenwichtsconstant wordt weergeven door de van't Hoff vergelijking:

hierin is H˚ de enthalpie verandering van de reactie, R de universele gas constante (8.31 J K-1mol1), en K1 en K2 , de evenwichtsconstante bij temperatuur T1 en T2.

16-01-2017