Le bicarbonate de soude qui disparaît

Concepts clés
Chimie
Gaz
Réaction chimique
Décomposition thermique

Introduction
Le bicarbonate de soude n’est pas seulement génial pour cuisiner, mais c’est aussi un produit chimique utile pour les projets scientifiques. Vous avez probablement entendu parler et peut-être même utilisé la réaction bicarbonate de soude-vinaigre pour faire éclater des volcans faits maison, lancer des fusées en l’air ou détecter des acides et des bases. Il existe cependant bien d’autres réactions chimiques que vous pouvez explorer à l’aide du bicarbonate de soude. L’une d’entre elles est appelée réaction de décomposition, qui fait perdre du poids au bicarbonate de soude ! Vous voulez découvrir comment cela fonctionne ?

Contexte
Les produits chimiques peuvent subir de nombreuses réactions différentes, comme les réactions de synthèse qui créent de nouvelles substances, ou les réactions de combustion, dans lesquelles une substance réagit généralement avec l’oxygène et génère de l’énergie sous forme de chaleur. Un autre type de réaction est la réaction de décomposition, qui est l’inverse d’une réaction de synthèse. Lorsqu’une substance chimique se décompose, elle se décompose pour former deux ou plusieurs composés distincts. La plupart des composés chimiques sont assez stables et ne se décomposent pas spontanément. Il faut déployer beaucoup d’énergie pour rompre leurs liaisons chimiques. Cependant, lorsque les produits chimiques sont exposés à suffisamment d’énergie, qui peut prendre la forme de chaleur, de rayonnement, d’électricité ou de lumière, ils se décomposent.

Les réactions de décomposition sont la raison pour laquelle certains produits chimiques ou médicaments sur ordonnance sont stockés dans des bouteilles en verre sombre. Souvent, vous ne voulez pas qu’un produit chimique se décompose, car sa nature chimique va changer. Le verre foncé réduit la quantité de lumière qui atteint le produit chimique ou le médicament et empêche donc la décomposition du produit chimique induite par la lumière.

Le bicarbonate de soude, ou bicarbonate de sodium (NaHCO3), est un produit chimique qui peut subir une réaction de décomposition lorsqu’il est chauffé. À des températures supérieures à 176 degrés Fahrenheit (80 degrés Celsius), le bicarbonate de sodium commence à se décomposer en trois composés, formant du carbonate de sodium (Na2CO3), de l’eau (H2O) et du dioxyde de carbone (CO2). Vous utilisez cette réaction chaque fois que vous cuisinez ou faites cuire des aliments. Le gaz carbonique produit fait lever les produits de boulangerie ! Plus la température du bicarbonate de sodium est élevée, plus il se décompose rapidement. Seul le carbonate de sodium restera sous forme de produit solide. Le dioxyde de carbone et l’eau sont tous deux gazeux à la température élevée, ce qui signifie qu’ils disparaissent dans l’air ambiant. Vous pouvez réellement mesurer cette perte – procurez-vous du bicarbonate de soude et découvrez comment dans cette activité !

Matériel

• Deux assiettes allant au four
• Cuillère
• Bicarbonate de soude
• Échelle numérique (de préférence avec des incréments de 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. Notez sa masse exacte.
• 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. Notez laquelle c’était.
• Réglez votre minuteur sur 15 minutes et laissez l’assiette dans le four jusqu’à ce que le minuteur s’éteigne. A votre avis, que va-t-il arriver au bicarbonate de soude dans le four ?
• Demande à ton aide adulte de sortir délicatement du four l’assiette contenant le bicarbonate de soude. Veille à porter des gants de cuisine ! Quel est l’aspect du bicarbonate de soude ? A-t-il changé d’aspect en étant chauffé ?
• Déposez la plaque sur la surface de votre espace de travail qui ne craint pas la chaleur, et laissez-la refroidir pendant cinq à dix minutes.
• Réglez votre four à 400 degrés F (environ 204 degrés C).
• Rallumez votre balance, mettez-la à zéro et déposez la plaque refroidie avec le bicarbonate de soude sur la balance. Notez sa masse exacte. Comment cette masse se compare-t-elle à la masse avant que tu ne mettes l’assiette avec le bicarbonate de soude dans le four ? Est-elle devenue plus lourde, plus légère ou est-elle restée la même ?
• Quand le four atteint sa nouvelle température cible, demande à ton aide adulte de placer la deuxième assiette avec le bicarbonate de soude à l’intérieur.
• De nouveau, règle le minuteur sur 15 minutes et laisse le bicarbonate de soude dans le four pendant tout ce temps. Pensez-vous que vous obtiendrez un résultat différent à 400 degrés F ? Qu’arrivera-t-il au bicarbonate de soude cette fois-ci ?
• Après 15 minutes, demande à ton aide adulte d’utiliser des gants de cuisine pour sortir soigneusement du four l’assiette contenant le bicarbonate de soude. À quoi ressemble le bicarbonate de soude cette fois-ci ? A-t-il changé de couleur ou a-t-il toujours la même apparence ?
• Mettez-la de côté et laissez la plaque refroidir pendant cinq à dix minutes.
• Remettez ensuite la balance en marche, mettez-la à zéro et placez la deuxième plaque refroidie sur la balance. Write down its exact mass. Comment la masse du bicarbonate de soude (plus la plaque) change-t-elle en étant chauffée à 400 degrés F pendant 15 minutes ?
• Calculez la différence de masse du bicarbonate de soude avant et après le chauffage à 200 degrés et 400 degrés F. Soustrayez la masse de la plaque et du bicarbonate de soude après le chauffage de la masse de la plaque et du bicarbonate de soude avant le chauffage. Quelle quantité de masse a été perdue ou gagnée pendant le processus de chauffage ? Y a-t-il eu une différence entre les deux températures ?
• Vous pouvez également exprimer le changement de masse du bicarbonate de soude en calculant sa perte de poids en pourcentage (la différence de masse du bicarbonate de soude avant et après le chauffage, multipliée par 100, puis divisée par la masse initiale du bicarbonate de soude). Quel pourcentage de masse le bicarbonate de soude a-t-il perdu ou gagné pendant le processus de chauffage aux deux températures ? Était-il le même ? Si non, pouvez-vous expliquer la différence ?
• Extra : Vous pouvez tester comment la masse du bicarbonate de soude change à d’autres températures. Répétez le même test mais réglez votre four à différentes températures (comme 250, 300 ou 350 degrés F). Penses-tu que tes résultats seront différents pour chaque température ou identiques ? Pourquoi ?
• Extra : Pouvez-vous trouver d’autres substances dans votre cuisine qui peuvent se décomposer ? Découvrez à quelles températures ces composés se décomposent et, si possible (et sans danger), testez-le vous-même !

Observations et résultats
Avez-vous vu votre bicarbonate de soude perdre du poids ? Vous devriez avoir – au moins pour la température plus élevée à 400 degrés F. Pour la température plus basse, la masse de votre bicarbonate de soude après le chauffage était probablement la même (ou presque) qu’avant de le mettre au four. Le bicarbonate de soude commence à se décomposer à des températures d’environ 176 degrés F. À ces températures, cependant, la décomposition sera relativement lente. Quinze minutes dans le four à 200 degrés F ne sont pas suffisantes pour décomposer significativement le bicarbonate de soude.

Lorsque vous augmentez la température à 400 degrés F, la réaction de décomposition se produira beaucoup plus rapidement. Quinze minutes sont suffisantes pour décomposer le bicarbonate de soude en carbonate de sodium, eau et dioxyde de carbone. Les produits gazeux (eau et dioxyde de carbone) s’échapperont dans l’air, c’est pourquoi votre produit résultant devrait être nettement plus léger que ce que vous avez mis dans le four.

L’apparence du bicarbonate de soude ne changera pas à ces deux températures. Bien que vous fabriquiez un nouveau produit – le carbonate de sodium – à partir du bicarbonate de soude pendant la réaction de décomposition, il aura toujours la même apparence. Les deux substances sont une poudre blanche.

Nettoyage
Veillez à éteindre le four. Laissez les deux plaques refroidir à température ambiante. Vous pouvez ensuite jeter le bicarbonate de soude utilisé à la poubelle. Lavez vos mains à l’eau chaude et au savon, et nettoyez votre zone de travail.

Plus à explorer
La décomposition thermique, de BBC Bitesize
La chimie pour les enfants, les réactions chimiques, de Ducksters Education Site
L’équation de la décomposition du bicarbonate de sodium, ou bicarbonate de soude, de ThoughtCo.

Cette activité vous est proposée en partenariat avec Science Buddies

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