Vanishing Baking Soda

Concetti chiave
Chimica
Gas
Reazione chimica
Decomposizione termica

Introduzione
Il bicarbonato di sodio non è solo ottimo per cucinare, ma è anche un prodotto chimico utile per progetti scientifici. Probabilmente hai sentito parlare e forse anche usato la reazione bicarbonato-aceto per far eruttare vulcani fatti in casa, sparare razzi in aria o per rilevare acidi e basi. Ci sono molte altre reazioni chimiche, tuttavia, che puoi esplorare con l’aiuto del bicarbonato di sodio. Una di queste è chiamata reazione di decomposizione, che fa perdere peso al bicarbonato! Vuoi scoprire come funziona?

Sfondo
Le sostanze chimiche possono subire molte reazioni diverse, come le reazioni di sintesi che creano nuove sostanze, o le reazioni di combustione, in cui una sostanza di solito reagisce con l’ossigeno e genera energia sotto forma di calore. Un altro tipo di reazione è la reazione di decomposizione, che è l’opposto di una reazione di sintesi. Quando una sostanza chimica si decompone, si rompe per formare due o più composti separati. La maggior parte dei composti chimici sono abbastanza stabili e non si decompongono spontaneamente. Bisogna mettere molta energia per rompere i loro legami chimici. Quando le sostanze chimiche sono esposte a sufficiente energia, che può essere sotto forma di calore, radiazioni, elettricità o luce, si decompongono, però.

Le reazioni di decomposizione sono il motivo per cui alcune sostanze chimiche o farmaci da prescrizione sono conservati in bottiglie di vetro scuro. Spesso non si vuole che una sostanza chimica si decomponga, perché la sua natura chimica cambierebbe. Il vetro scuro riduce la quantità di luce che raggiunge la sostanza chimica o la medicina e quindi impedisce la decomposizione indotta dalla luce della sostanza chimica.

Il bicarbonato di sodio (NaHCO3) è una sostanza chimica che può subire una reazione di decomposizione quando viene riscaldata. A temperature superiori ai 176 gradi Fahrenheit (80 gradi Celsius), il bicarbonato di sodio inizia a scomporsi in tre composti, formando carbonato di sodio (Na2CO3), acqua (H2O) e anidride carbonica (CO2). Usate questa reazione ogni volta che cucinate e infornate. L’anidride carbonica prodotta fa lievitare i prodotti da forno! Più alta è la temperatura del bicarbonato di sodio, più velocemente si decompone. Solo il carbonato di sodio rimarrà come prodotto solido. Sia l’anidride carbonica che l’acqua sono gassose alla temperatura calda, il che significa che scompariranno nell’aria circostante. Puoi effettivamente misurare questa perdita – prendi del bicarbonato di sodio, e scopri come in questa attività!

Materiali

• Due piatti adatti al forno
• Cucchiaio
• Baking soda
• Scala digitale (preferibilmente con 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. Scrivi la sua massa esatta.
• 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. Prendi nota di quale fosse.
• Imposta il tuo timer a 15 minuti e lascia il piatto nel forno finché il timer non si spegne. Cosa pensi che succederà al bicarbonato nel forno?
• Fai in modo che il tuo aiutante adulto tolga con attenzione il piatto con il bicarbonato dal forno. Assicurati di indossare guanti da forno! Come appare il bicarbonato di sodio? Ha cambiato il suo aspetto mentre veniva riscaldato?
• Posiziona il piatto sulla superficie sicura del tuo spazio di lavoro, e lascialo raffreddare per cinque o 10 minuti.
• Imposta il tuo forno a 400 gradi F (circa 204 gradi C).
• Accendi di nuovo la tua bilancia, azzerala e metti il piatto raffreddato con il bicarbonato sulla bilancia. Scrivi la sua massa esatta. Come si confronta la massa con quella prima di mettere il piatto con il bicarbonato nel forno? È diventata più pesante, più leggera o è rimasta la stessa?
• Quando il forno raggiunge la sua nuova temperatura, chiedi al tuo aiutante adulto di mettere il secondo piatto con il bicarbonato all’interno.
• Di nuovo, imposta il timer a 15 minuti e lascia il bicarbonato nel forno per tutto il tempo. Pensi che otterrai un risultato diverso a 400 gradi F? Cosa succederà al bicarbonato questa volta?
• Dopo 15 minuti fai usare al tuo aiutante adulto i guanti da forno per togliere con attenzione la piastra con il bicarbonato dal forno. Come appare il bicarbonato questa volta? Ha cambiato colore o ha ancora lo stesso aspetto?
• Mettilo da parte e lascia raffreddare il piatto per 5-10 minuti.
• Accendi di nuovo la bilancia, azzerala e metti il secondo piatto raffreddato sulla bilancia. Write down its exact mass. Come cambia la massa del bicarbonato (più il piatto) mentre viene riscaldato a 400 gradi F per 15 minuti?
• Calcolare la differenza di massa del bicarbonato di sodio prima e dopo il riscaldamento a 200 gradi e 400 gradi F. Sottrarre la massa del piatto e bicarbonato di sodio dopo il riscaldamento dalla massa del piatto e bicarbonato di sodio prima del riscaldamento. Quanta massa è stata persa o guadagnata durante il processo di riscaldamento? C’era una differenza tra le due temperature?
• Si può anche esprimere il cambiamento nella massa del bicarbonato di sodio calcolando la sua perdita di peso come percentuale (la differenza della massa del bicarbonato di sodio prima e dopo il riscaldamento, moltiplicata per 100 e poi divisa per la massa iniziale del bicarbonato di sodio). Quale percentuale di massa ha perso o guadagnato il bicarbonato durante il processo di riscaldamento ad entrambe le temperature? Era la stessa? Se no, puoi spiegare la differenza?
• Extra: Puoi testare come cambia la massa del bicarbonato di sodio ad altre temperature. Ripeti lo stesso test ma imposta il tuo forno a temperature diverse (come 250, 300 o 350 gradi F). Pensi che i tuoi risultati saranno diversi per ogni temperatura o uguali? Perché?
• Extra: Puoi trovare altre sostanze nella tua cucina che possono decomporsi? Scopri a quali temperature questi composti si decompongono e, se possibile (e innocuo), prova tu stesso!

Osservazioni e risultati
Hai visto il tuo bicarbonato perdere peso? Dovresti averlo fatto, almeno per la temperatura più alta a 400 gradi F. Per la temperatura più bassa, la massa del tuo bicarbonato di sodio dopo il riscaldamento era probabilmente la stessa (o quasi la stessa) di prima di metterlo nel forno. Il bicarbonato di sodio inizia a decomporsi a temperature intorno ai 176 gradi F. A queste temperature, tuttavia, la decomposizione sarà relativamente lenta. Quindici minuti nel forno a 200 gradi F non sono sufficienti per decomporre significativamente il bicarbonato di sodio.

Quando si aumenta la temperatura a 400 gradi F la reazione di decomposizione avverrà molto più velocemente. Quindici minuti sono sufficienti per decomporre il bicarbonato in carbonato di sodio, acqua e anidride carbonica. I prodotti gassosi (acqua e anidride carbonica) si disperderanno nell’aria, ed è per questo che il prodotto risultante dovrebbe essere significativamente più leggero di quello che hai messo nel forno.

L’aspetto del bicarbonato di sodio non cambierà ad entrambe le temperature. Anche se si crea un nuovo prodotto – carbonato di sodio – dal bicarbonato di sodio durante la reazione di decomposizione, avrà ancora lo stesso aspetto. Entrambe le sostanze sono una polvere bianca.

Pulizia
Assicurati di spegnere il forno. Lascia che entrambe le piastre si raffreddino a temperatura ambiente. Poi puoi smaltire il bicarbonato di sodio usato nella spazzatura. Lavati le mani con acqua calda e sapone, e pulisci la tua area di lavoro.

Altro da esplorare
Decomposizione termica, da BBC Bitesize
Chemistry for Kids, Chemical Reactions, da Ducksters Education Site
Equazione per la decomposizione del bicarbonato di sodio, o Baking Soda, da ThoughtCo.

Questa attività è stata realizzata in collaborazione con Science Buddies