Vanishing Baking Soda

Key concepts
Chemistry
Gases
Chemical reaction
Thermal decomposition

Introduction
Baking soda is niet alleen geweldig om mee te koken, maar het is ook een nuttige chemische stof voor wetenschappelijke projecten. Je hebt waarschijnlijk wel eens gehoord van de zuiveringszout-azijnreactie, en die misschien ook wel eens gebruikt, om zelfgemaakte vulkanen te laten uitbarsten, flessenraketten de lucht in te schieten of zuren en basen op te sporen. Er zijn echter nog veel meer chemische reacties die je met behulp van zuiveringszout kunt onderzoeken. Een daarvan heet een ontledingsreactie, waardoor zuiveringszout gewicht verliest! Wil je weten hoe het werkt?

Achtergrond
Chemicaliën kunnen veel verschillende reacties ondergaan, zoals synthesereacties waarbij nieuwe stoffen ontstaan, of verbrandingsreacties, waarbij een stof meestal reageert met zuurstof en energie opwekt in de vorm van warmte. Een ander reactietype is de ontledingsreactie, die het tegenovergestelde is van een synthesereactie. Wanneer een chemische stof ontleedt, breekt hij af en vormt twee of meer afzonderlijke verbindingen. De meeste chemische verbindingen zijn vrij stabiel en ontleden niet spontaan. Je moet er veel energie insteken om hun chemische bindingen te verbreken. Wanneer chemische stoffen aan voldoende energie worden blootgesteld, wat kan in de vorm van warmte, straling, elektriciteit of licht, zullen ze echter wel ontleden.

Ontbindingsreacties zijn de reden waarom sommige chemische stoffen of voorgeschreven medicijnen in donkere glazen flessen worden bewaard. Vaak wil je niet dat een chemische stof ontleedt, omdat de chemische aard ervan dan verandert. Het donkere glas vermindert de hoeveelheid licht die de chemische stof of het geneesmiddel bereikt en voorkomt zo door licht veroorzaakte ontleding van de chemische stof.

Baking soda, of natriumbicarbonaat (NaHCO3), is een chemische stof die een ontledingsreactie kan ondergaan bij verhitting. Bij temperaturen boven 176 graden Fahrenheit (80 graden Celsius), begint natriumbicarbonaat te ontleden in drie verbindingen, waarbij natriumcarbonaat (Na2CO3), water (H2O) en kooldioxide (CO2) worden gevormd. Je gebruikt deze reactie elke keer als je kookt en bakt. Het geproduceerde koolstofdioxidegas doet bakwaren rijzen! Hoe hoger de temperatuur van het natriumbicarbonaat, hoe sneller het zal ontleden. Alleen natriumcarbonaat blijft over als vast product. Zowel kooldioxide als water zijn gasvormig bij de warme temperatuur, wat betekent dat ze in de omringende lucht zullen verdwijnen. Je kunt dit verlies ook echt meten – koop wat zuiveringszout, en ontdek hoe in deze activiteit!

Materialen

• Twee ovenvaste borden
• Lepel
• Baking soda
• Digitale weegschaal (bij voorkeur met 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. Noteer de exacte massa.
• 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. Noteer welke dat was.
• Stel de timer in op 15 minuten en laat de plaat in de oven staan tot de timer afloopt. Wat denk je dat er met het zuiveringszout in de oven zal gebeuren?
• Laat je volwassen helper voorzichtig de plaat met het zuiveringszout uit de oven halen. Zorg ervoor dat je ovenwanten draagt! Hoe ziet het zuiveringszout eruit? Is het er anders uit gaan zien tijdens het verhitten?
• Zet de plaat op het hittebestendige oppervlak van je werkblad, en laat hem vijf tot tien minuten afkoelen.
• Stel je oven in op 400 graden F (ongeveer 204 graden C).
• Zet je weegschaal weer aan, zet hem op nul en zet de afgekoelde plaat met het zuiveringszout op de weegschaal. Noteer de exacte massa. Hoe is de massa vergeleken met de massa voordat je de plaat met zuiveringszout in de oven zette? Is hij zwaarder, lichter of gelijk gebleven?
• Wanneer de oven zijn nieuwe doeltemperatuur heeft bereikt, laat je volwassen helper dan de tweede plaat met het zuiveringszout erin plaatsen.
• Opnieuw, zet de timer op 15 minuten en laat het zuiveringszout de hele tijd in de oven. Denk je dat je een ander resultaat krijgt bij 400 graden F? Wat zal er deze keer met het zuiveringszout gebeuren?
• Na 15 minuten laat je je volwassen helper ovenwanten gebruiken om de plaat met het zuiveringszout voorzichtig uit de oven te halen. Hoe ziet het zuiveringszout er deze keer uit? Is de kleur veranderd of ziet het er nog steeds hetzelfde uit?
• Leg het opzij en laat de plaat vijf tot tien minuten afkoelen.
• Zet dan de weegschaal weer aan, zet hem op nul en leg de tweede afgekoelde plaat op de weegschaal. Write down its exact mass. Hoe verandert de massa van het zuiveringszout (plus plaat) tijdens het verhitten bij 400 graden F gedurende 15 minuten?
• Bereken het massaverschil van het zuiveringszout voor en na de verhitting bij 200 graden en 400 graden F. Trek de massa van de plaat en het zuiveringszout na de verhitting af van de massa van de plaat en het zuiveringszout voor de verhitting. Hoeveel massa is er verloren gegaan of gewonnen tijdens het verhittingsproces? Was er een verschil tussen beide temperaturen?
• Je kunt de verandering in de massa van het zuiveringszout ook uitdrukken door het gewichtsverlies als percentage te berekenen (het verschil van de massa van het zuiveringszout voor en na verhitting, vermenigvuldigd met 100 en vervolgens gedeeld door de oorspronkelijke massa van het zuiveringszout). Hoeveel procent van de massa van het zuiveringszout is verloren gegaan of toegenomen tijdens het verhittingsproces bij beide temperaturen? Was het hetzelfde? Zo niet, kun je het verschil verklaren?
• Extra: Je kunt testen hoe de massa van het zuiveringszout verandert bij andere temperaturen. Herhaal dezelfde proef, maar stel je oven in op verschillende temperaturen (zoals 250, 300 of 350 graden F). Denk je dat je resultaten bij elke temperatuur anders of hetzelfde zullen zijn? Waarom?
• Extra: Kun je in je keuken andere stoffen vinden die kunnen ontleden? Zoek uit bij welke temperaturen deze verbindingen ontleden en, indien mogelijk (en ongevaarlijk), test het zelf!

Observaties en resultaten
Heb je gezien dat je baking soda bent afgevallen? Dat zou wel moeten – in ieder geval bij de hogere temperatuur van 400 graden F. Bij de lagere temperatuur was de massa van je zuiveringszout na verhitting waarschijnlijk hetzelfde (of bijna hetzelfde) als voordat je het in de oven stopte. Baking soda begint te ontleden bij temperaturen rond 176 graden F. Bij deze temperaturen zal de ontleding echter relatief langzaam gaan. Vijftien minuten in de oven bij 200 graden F is niet genoeg tijd om het zuiveringszout significant te ontleden.

Wanneer je de temperatuur verhoogt tot 400 graden F zal de ontledingsreactie veel sneller gaan. Vijftien minuten is genoeg om het zuiveringszout te ontleden in natriumcarbonaat, water en kooldioxide. De gasvormige producten (water en kooldioxide) zullen in de lucht ontsnappen, en daarom zal het product aanzienlijk lichter zijn dan wat je in de oven hebt gedaan.

Het uiterlijk van het zuiveringszout zal bij beide temperaturen niet veranderen. Hoewel je tijdens de ontledingsreactie een nieuw product – natriumcarbonaat – van zuiveringszout maakt, ziet het er nog steeds hetzelfde uit. Beide stoffen zijn een wit poeder.

Opruimen
Zorg ervoor dat je de oven uitzet. Laat beide platen afkoelen tot kamertemperatuur. Daarna kunt u het gebruikte zuiveringszout in de vuilnisbak gooien. Was je handen met warm water en zeep, en maak je werkruimte schoon.

Meer om te ontdekken
Thermische ontleding, van BBC Bitesize
Chemistry for Kids, Chemical Reactions, van Ducksters Education Site
Equation for the Decomposition of Sodium Bicarbonate, or Baking Soda, van ThoughtCo.

Deze activiteit wordt u aangeboden in samenwerking met Science Buddies