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Die Kältekompresse
AFB I–IIEine Sofort-Kältekompresse enthält 40 g Harnstoff (\(\ce{CO(NH2)2}\), \(M = 60{,}06\,\mathrm{g\,mol^{-1}}\)) und einen Beutel mit 100 mL Wasser von 20 °C. Drückt man auf die Kompresse, platzt der Wasserbeutel, und der Harnstoff löst sich. Harnstoff ist ein Molekülkristall; seine Moleküle werden im Kristall durch Wasserstoffbrücken zusammengehalten. Die Lösungsenthalpie von Harnstoff beträgt \(\Delta_L H = +15{,}4\,\mathrm{kJ\,mol^{-1}}\).
- Beschreiben Sie den Lösevorgang von Harnstoff auf Teilchenebene.
- Berechnen Sie die zu erwartende Endtemperatur (Wärmeverluste vernachlässigt, \(c = 4{,}19\,\mathrm{J\,g^{-1}\,K^{-1}}\) für die gesamte Lösung).
- Skizzieren Sie ein Enthalpiediagramm mit den beiden Teilschritten des Lösevorgangs.
- Begründen Sie, warum die gebrauchte Kompresse nicht durch Lagern im Kühlschrank wieder einsatzbereit wird.
Hinweise
Hinweis zu Aufgabe a)
Welche Anziehungskräfte werden gelöst, welche neu gebildet?
Hinweis zu Aufgabe b)
Masse der Lösung: 40 g + 100 g.
Hinweis zu Aufgabe c)
Zwei Pfeile: Kristall zerlegen (aufwärts), Hydratation (abwärts); das Endniveau liegt über dem Anfangsniveau.
Hinweis zu Aufgabe d)
Welcher Zustand müsste wiederhergestellt werden?