Mizející jedlá soda

Klíčové pojmy
Chemie
Plyny
Chemická reakce
Termický rozklad

Úvod
Jedlá soda je nejen skvělá na vaření, ale je to také užitečná chemikálie pro vědecké projekty. Pravděpodobně jste již slyšeli o reakci jedlé sody s octem a možná jste ji i použili, abyste nechali vybuchnout domácí sopky, vystřelili do vzduchu rakety z lahví nebo zjistili kyseliny a zásady. Chemických reakcí, které můžete s pomocí jedlé sody zkoumat, je však mnohem více. Jedna z nich se nazývá rozkladná reakce, při které jedlá soda hubne! Chcete zjistit, jak to funguje?

Základní informace
Chemické látky mohou procházet mnoha různými reakcemi, například syntézou, při níž vznikají nové látky, nebo reakcí hoření, při níž látka obvykle reaguje s kyslíkem a vzniká energie ve formě tepla. Dalším typem reakce je reakce rozkladu, která je opakem reakce syntézy. Při rozkladu se chemická látka rozkládá za vzniku dvou nebo více samostatných sloučenin. Většina chemických sloučenin je poměrně stabilní a samovolně se nerozkládá. K rozbití jejich chemických vazeb je třeba vynaložit velké množství energie. Jsou-li však chemické látky vystaveny dostatečnému množství energie, která může mít podobu tepla, záření, elektřiny nebo světla, rozloží se.

Rekce rozkladu jsou důvodem, proč se některé chemické látky nebo léky na předpis skladují v tmavých skleněných lahvích. Často nechcete, aby se chemická látka rozkládala, protože by se změnila její chemická povaha. Tmavé sklo snižuje množství světla, které k chemikálii nebo léku dopadá, a zabraňuje tak rozkladu chemikálie vyvolanému světlem.

Jedlá soda neboli hydrogenuhličitan sodný (NaHCO3) je chemikálie, která může při zahřátí podléhat rozkladné reakci. Při teplotách nad 176 stupňů Fahrenheita (80 stupňů Celsia) se hydrogenuhličitan sodný začne rozkládat na tři sloučeniny za vzniku uhličitanu sodného (Na2CO3), vody (H2O) a oxidu uhličitého (CO2). Tuto reakci využíváte při každém vaření a pečení. Vzniklý plynný oxid uhličitý způsobuje, že pečivo vykyne! Čím vyšší je teplota hydrogenuhličitanu sodného, tím rychleji se rozkládá. Jako pevný produkt zůstane pouze uhličitan sodný. Oxid uhličitý i voda jsou při vysoké teplotě plynné, což znamená, že zmizí v okolním vzduchu. Tento úbytek můžete skutečně změřit – pořiďte si jedlou sodu a v této aktivitě zjistíte jak!

Materiály

• Dva talířky vhodné do trouby
• Lžička
• Jedlá soda
• Digitální váha (nejlépe s 0.1-gram increments)
• Oven
• Oven mitts
• Adult helper
• Heat-safe surface
• Timer
• Paper and pen or pencil

Preparation

• Preheat your kitchen oven to 200 degrees F (about 93 degrees C).
• Switch on the scale and zero it.
• Put the first plate onto the scale. Zapište si její přesnou hmotnost.
• Then zero the scale again and add 15 grams of baking soda with a spoon.
• Add the mass of the empty plate to the mass of the baking soda to calculate their combined weight. Write down your result on a sheet of paper.
• Repeat these steps with the second plate. Make sure to remember which plate is which. You can label them if you like.

Procedure

• Once the oven reaches its target temperature (200 degrees F), have your adult helper place the first plate with baking soda in the oven. Zapište si, který to byl.
• Nastavte časovač na 15 minut a nechte talíř v troubě, dokud časovač nevypne. Co se podle vás stane s jedlou sodou v troubě?
• Dospělý pomocník opatrně vyndá talíř s jedlou sodou z trouby. Nezapomeňte si vzít kuchyňské chňapky! Jak vypadá jedlá soda? Změnila během zahřívání svůj vzhled?
• Položte talíř na tepelně bezpečný povrch pracovního místa a nechte ho pět až deset minut vychladnout.
• Nastavte troubu na 400 stupňů F (asi 204 stupňů C).
• Znovu zapněte váhu, vynulujte ji a položte na ni vychladlý talíř s jedlou sodou. Zapište její přesnou hmotnost. Jak se hmotnost liší od hmotnosti před vložením talíře s jedlou sodou do trouby? Byla těžší, lehčí nebo zůstala stejná?
• Když trouba dosáhne nové cílové teploty, požádej dospělého pomocníka, aby do ní vložil druhý talíř s jedlou sodou.
• Znovu nastav časovač na 15 minut a nechej jedlou sodu v troubě po celou dobu. Myslíte si, že při teplotě 400 °C dosáhnete jiného výsledku? Co se tentokrát stane s jedlou sodou?
• Po 15 minutách požádejte dospělého pomocníka, aby pomocí kuchyňských chňapek opatrně vyndal talíř s jedlou sodou z trouby. Jak vypadá jedlá soda tentokrát? Změnila barvu, nebo vypadá stále stejně?
• Odložte ji stranou a nechte talířek pět až deset minut vychladnout.
• Poté znovu zapněte váhu, vynulujte ji a položte na váhu druhý vychladlý talířek. Write down its exact mass. Jak se změní hmotnost jedlé sody (plus destičky) při zahřívání na 400 °C po dobu 15 minut?
• Vypočítejte rozdíl hmotností jedlé sody před a po zahřátí na 200 stupňů a 400 stupňů F. Odečtěte hmotnost talíře a jedlé sody po zahřátí od hmotnosti talíře a jedlé sody před zahřátím. Kolik hmotnosti se během zahřívání ztratilo nebo získalo? Byl mezi oběma teplotami nějaký rozdíl?
• Změnu hmotnosti jedlé sody můžete také vyjádřit výpočtem jejího úbytku hmotnosti v procentech (rozdíl hmotnosti jedlé sody před a po zahřátí vynásobte 100 a poté vydělte počáteční hmotností jedlé sody). Kolik procent hmotnosti ztratila nebo získala jedlá soda během zahřívání při obou teplotách? Byla stejná? Pokud ne, můžete vysvětlit rozdíl?
• Extra: Můžete vyzkoušet, jak se mění hmotnost jedlé sody při jiných teplotách. Zopakujte stejný test, ale nastavte troubu na různé teploty (například 250, 300 nebo 350 stupňů F). Myslíte si, že vaše výsledky budou při každé teplotě jiné, nebo stejné? Proč?
• Extra: Najdete v kuchyni další látky, které se mohou rozkládat? Zjistěte, při jakých teplotách se tyto sloučeniny rozkládají, a pokud je to možné (a neškodné), vyzkoušejte to sami!

Pozorování a výsledky
Zaznamenali jste úbytek jedlé sody? Měli byste – alespoň při vyšší teplotě 400 °C. Při nižší teplotě byla hmotnost vaší jedlé sody po zahřátí pravděpodobně stejná (nebo téměř stejná) jako před vložením do trouby. Jedlá soda se začíná rozkládat při teplotách kolem 176 stupňů F. Při těchto teplotách však bude rozklad probíhat relativně pomalu. Patnáct minut v troubě při teplotě 200 stupňů F není dostatečná doba na to, aby se jedlá soda výrazně rozložila.

Pokud zvýšíte teplotu na 400 stupňů F, rozkladná reakce proběhne mnohem rychleji. Patnáct minut je dostatečná doba na rozklad jedlé sody na uhličitan sodný, vodu a oxid uhličitý. Plynné produkty (voda a oxid uhličitý) budou unikat do vzduchu, a proto by váš výsledný výrobek měl být výrazně lehčí než ten, který jste vložili do trouby.

Vzhled jedlé sody se při žádné z teplot nezmění. Přestože během rozkladné reakce vytvoříte z jedlé sody nový produkt – uhličitan sodný, bude vypadat stále stejně. Obě látky jsou bílý prášek.

Úklid
Nezapomeňte vypnout troubu. Obě desky nechte vychladnout na pokojovou teplotu. Poté můžete použitou jedlou sodu vyhodit do koše. Umyjte si ruce teplou vodou a mýdlem a ukliďte pracovní prostor.

Další informace k prozkoumání
Termický rozklad, z BBC Bitesize
Chemistry for Kids, Chemical Reactions, z Ducksters Education Site
Rovnice pro rozklad hydrogenuhličitanu sodného neboli jedlé sody, z ThoughtCo.

Tuto aktivitu vám přinášíme ve spolupráci se společností Science Buddies