Eltűnő szódabikarbóna

Kulcsfogalmak
Kémia
Gázok
Kémiai reakció
Hermikus bomlás

Bevezetés
A szódabikarbóna nemcsak a főzéshez kiváló, hanem a tudományos projektekhez is hasznos vegyszer. Valószínűleg hallottál már a szódabikarbóna és az ecet reakciójáról, és talán már használtad is, hogy házi készítésű vulkánokat törj ki, palackrakétákat lőj a levegőbe, vagy savak és bázisok kimutatására. Sok más kémiai reakciót is felfedezhetsz azonban a szódabikarbóna segítségével. Az egyiket bomlási reakciónak nevezik, amelynek hatására a szódabikarbóna fogyni fog! Szeretnéd megtudni, hogyan működik?

Háttér
A kémiai anyagok sokféle reakción mehetnek keresztül, például szintézisreakciókon, amelyek során új anyagok jönnek létre, vagy égési reakciókon, amelyek során egy anyag általában oxigénnel reagál, és hő formájában energiát termel. Egy másik reakciótípus a bomlási reakció, amely a szintézisreakció ellentéte. Amikor egy kémiai anyag bomlik, két vagy több különálló vegyületre bomlik. A legtöbb kémiai vegyület meglehetősen stabil, és nem bomlik spontán. Sok energiát kell befektetni ahhoz, hogy kémiai kötéseiket megbontsuk. Ha azonban a vegyi anyagokat elegendő energiának tesszük ki, ami lehet hő, sugárzás, elektromosság vagy fény formájában, akkor bomlani fognak.

A bomlási reakciók az oka annak, hogy egyes vegyi anyagokat vagy vényköteles gyógyszereket sötét üvegekben tárolnak. Gyakran nem akarjuk, hogy egy vegyi anyag lebomoljon, mert akkor megváltozik a kémiai jellege. A sötét üveg csökkenti a vegyszerre vagy gyógyszerre jutó fény mennyiségét, és így megakadályozza a vegyszer fény okozta bomlását.

A szódabikarbóna vagy nátrium-bikarbonát (NaHCO3) olyan vegyszer, amely melegítés hatására bomlási reakcióba léphet. A nátrium-bikarbonát 176 Fahrenheit-fok (80 Celsius-fok) feletti hőmérsékleten három vegyületre kezd bomlani, nátrium-karbonátot (Na2CO3), vizet (H2O) és szén-dioxidot (CO2) képezve. Ezt a reakciót használja minden alkalommal, amikor főz és süt. A keletkező széndioxidgáztól a pékáru megemelkedik! Minél magasabb a nátrium-hidrogénkarbonát hőmérséklete, annál gyorsabban bomlik. Csak a nátrium-karbonát marad meg szilárd termékként. A szén-dioxid és a víz is gáznemű a meleg hőmérsékleten, ami azt jelenti, hogy eltűnnek a környező levegőben. Ezt a veszteséget valóban meg tudod mérni – szerezz szódabikarbónát, és ebben a tevékenységben megtudhatod, hogyan!

Műszerek

• Két tűzálló tányér
• Kanál
• Szódabikarbóna
• Digitális mérleg (lehetőleg 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. Írd fel a pontos tömegét.
• 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. Jegyezd fel, hogy melyik volt az.
• Állítsd be az időzítőt 15 percre, és hagyd a tányért a sütőben, amíg az időzítő le nem jár. Szerinted mi fog történni a szódabikarbónával a sütőben?
• Felnőtt segítőd óvatosan vegye ki a sütőszódával teli tányért a sütőből. Ügyeljen arra, hogy sütőkesztyűt viseljen! Hogy néz ki a szódabikarbóna? Megváltozott a külseje, miközben melegítették?
• Tedd a tányért a munkaterületed hőálló felületére, és hagyd öt-tíz percig hűlni.
• Állítsd be a sütőt 400 F (kb. 204 C) fokra.
• Kapcsold be újra a mérlegedet, nullázd le, és tedd a kihűlt tányért a szódabikarbónával a mérlegre. Írja fel a pontos tömegét. Hogyan viszonyul a tömeg ahhoz a tömeghez, mielőtt a szódabikarbónás tányért betetted a sütőbe? Nehezebb, könnyebb lett, vagy ugyanaz maradt?
• Amikor a sütő eléri az új célhőmérsékletet, kérd meg felnőtt segítődet, hogy helyezze be a második tányért a szódabikarbónával.
• Ismét állítsd be az időzítőt 15 percre, és hagyd a szódabikarbónát végig a sütőben. Gondolod, hogy 400 fokon más eredményt kapsz majd? Mi fog történni ezúttal a szódabikarbónával?
• 15 perc elteltével kérd meg felnőtt segítődet, hogy a sütőkesztyű segítségével óvatosan vegye ki a sütőszódával teli tányért a sütőből. Hogy néz ki ezúttal a szódabikarbóna? Megváltozott a színe, vagy még mindig ugyanúgy néz ki?
• Tegye félre, és hagyja a tányért öt-tíz percig hűlni.
• Aztán kapcsolja be újra a mérleget, nullázza le, és tegye a második kihűlt tányért a mérlegre. Write down its exact mass. Hogyan változik a szódabikarbóna (plusz a tányér) tömege, miközben 15 percig 400 fokon melegítik?
• Kalkuláld ki a szódabikarbóna tömegkülönbségét a 200 és 400 F fokos melegítés előtt és után. Vond ki a lemez és a szódabikarbóna melegítés utáni tömegét a lemez és a szódabikarbóna melegítés előtti tömegéből. Mennyi tömeget vesztett vagy nyert a melegítés során? Volt-e különbség a két hőmérséklet között?
• A szódabikarbóna tömegének változását úgy is kifejezheted, hogy kiszámítod a tömegveszteségét százalékban (a szódabikarbóna melegítés előtti és utáni tömegének különbségét megszorozva 100-zal, majd elosztva a kezdeti szódabikarbóna tömegével). A szódabikarbóna a melegítés során mindkét hőmérsékleten hány százalékos tömegveszteséget vagy tömeggyarapodást szenvedett? Ugyanannyi volt? Ha nem, meg tudja magyarázni a különbséget?
• Extra: Megvizsgálhatod, hogyan változik a szódabikarbóna tömege más hőmérsékleten. Ismételd meg ugyanazt a tesztet, de állítsd a sütődet különböző hőmérsékletre (például 250, 300 vagy 350 fokra). Mit gondolsz, az eredményeid eltérőek lesznek az egyes hőmérsékleteken, vagy azonosak? Miért?
• Extra: Találsz más olyan anyagokat is a konyhádban, amelyek bomlanak? Derítsd ki, milyen hőmérsékleten bomlanak ezek a vegyületek, és ha lehetséges (és veszélytelen), teszteld magadon!

Figyelmek és eredmények
Láttad, hogy a szódabikarbóna fogyott? Látnod kellett volna – legalábbis a magasabb hőmérsékleten, 400 fokon. Az alacsonyabb hőmérsékleten a szódabikarbónád tömege a melegítés után valószínűleg ugyanolyan (vagy majdnem ugyanolyan) volt, mint mielőtt betetted a sütőbe. A szódabikarbóna 176 F fok körüli hőmérsékleten kezd el bomlani, ezen a hőmérsékleten azonban a bomlás viszonylag lassú lesz. Tizenöt perc a sütőben 200 fokon nem elég idő ahhoz, hogy a szódabikarbóna jelentősen lebomoljon.

Amikor a hőmérsékletet 400 fokra emeli, a bomlási reakció sokkal gyorsabban megy végbe. Tizenöt perc elegendő idő ahhoz, hogy a szódabikarbóna nátrium-karbonáttá, vízzé és szén-dioxiddá bomoljon. A gáznemű termékek (víz és szén-dioxid) a levegőbe távoznak, ezért a kapott terméknek lényegesen könnyebbnek kell lennie, mint amit a sütőbe tettél.

A szódabikarbóna megjelenése egyik hőmérsékleten sem változik. Bár a bomlási reakció során a szódabikarbónából új terméket – nátrium-karbonátot – állítasz elő, az továbbra is ugyanúgy fog kinézni. Mindkét anyag fehér por.

Tisztítás
A sütőt mindenképpen kapcsolja ki. Hagyd mindkét lemezt szobahőmérsékletűre hűlni. Ezután a használt szódabikarbónát a szemétbe dobhatja. Moss kezet meleg vízzel és szappannal, és tisztítsd meg a munkaterületet.

Még több felfedeznivaló
Thermikus bomlás, a BBC Bitesize oldaláról
Chemistry for Kids, Chemical Reactions, a Ducksters Education Site oldaláról
Equation for the Decomposition of Sodium Bicarbonate, or Baking Soda, a ThoughtCo oldaláról.

Ezt a tevékenységet a Science Buddies

együttműködésével hoztuk el nektek.