Znikająca soda oczyszczona

Kluczowe pojęcia
Chemia
Gazy
Reakcja chemiczna
Rozkład termiczny

Wprowadzenie
Soda oczyszczona jest nie tylko świetna do gotowania, ale jest również użyteczną substancją chemiczną w projektach naukowych. Prawdopodobnie słyszałeś o reakcji sody oczyszczonej z octem, a może nawet używałeś jej do wzniecania wulkanów domowej roboty, wystrzeliwania rakiet butelkowych w powietrze lub wykrywania kwasów i zasad. Istnieje jednak o wiele więcej reakcji chemicznych, które można zbadać z pomocą sody oczyszczonej. Jedną z nich jest reakcja rozkładu, która sprawia, że soda oczyszczona traci na wadze! Chcesz dowiedzieć się, jak to działa?

Wstęp
Chemikalia mogą przechodzić wiele różnych reakcji, takich jak reakcje syntezy, które tworzą nowe substancje, lub reakcje spalania, w których substancja zwykle reaguje z tlenem i wytwarza energię w postaci ciepła. Innym typem reakcji jest reakcja rozkładu, która jest przeciwieństwem reakcji syntezy. Kiedy substancja chemiczna ulega rozkładowi, rozpada się tworząc dwa lub więcej oddzielnych związków. Większość związków chemicznych jest dość stabilna i nie rozpada się samorzutnie. Trzeba włożyć dużo energii, aby rozerwać ich wiązania chemiczne. Kiedy związki chemiczne są wystawione na działanie wystarczającej ilości energii, która może być w postaci ciepła, promieniowania, elektryczności lub światła, ulegają one rozkładowi, jednakże.

Reakcje rozkładu są powodem, dla którego niektóre substancje chemiczne lub leki na receptę są przechowywane w butelkach z ciemnego szkła. Często nie chcesz, aby substancja chemiczna uległa rozkładowi, ponieważ jej charakter chemiczny ulegnie zmianie. Ciemne szkło zmniejsza ilość światła, które dociera do substancji chemicznej lub leku, a zatem zapobiega rozkładowi substancji chemicznej pod wpływem światła.

Soda oczyszczona, czyli wodorowęglan sodu (NaHCO3), jest substancją chemiczną, która może ulec reakcji rozkładu po podgrzaniu. W temperaturze powyżej 176 stopni Fahrenheita (80 stopni Celsjusza), wodorowęglan sodu zaczyna rozpadać się na trzy związki, tworząc węglan sodu (Na2CO3), wodę (H2O) i dwutlenek węgla (CO2). Reakcja ta zachodzi za każdym razem, gdy gotujesz lub pieczesz. Wytworzony gazowy dwutlenek węgla sprawia, że wypieki rosną! Im wyższa temperatura wodorowęglanu sodu, tym szybciej ulegnie on rozkładowi. Tylko węglan sodu pozostanie jako produkt stały. Zarówno dwutlenek węgla, jak i woda w ciepłej temperaturze mają postać gazową, co oznacza, że znikną w otaczającym je powietrzu. Możesz zmierzyć tę stratę – kup trochę sody oczyszczonej i dowiedz się, jak to zrobić w tym ćwiczeniu!

Materiały

• Dwie blachy nadające się do piekarnika
• Łyżeczka
• Soda oczyszczona
• Waga cyfrowa (najlepiej z podziałką co 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. Zapisz jej dokładną masę.
• 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. Zanotuj, która to była płyta.
• Ustaw zegar na 15 minut i pozostaw płytę w piekarniku, aż zegar się wyłączy. Jak myślisz, co stanie się z sodą oczyszczoną w piekarniku?
• Poproś dorosłego pomocnika, aby ostrożnie wyjął talerz z sodą oczyszczoną z piekarnika. Pamiętaj, aby założyć rękawice do piekarnika! Jak wygląda soda oczyszczona? Czy zmieniła swój wygląd podczas podgrzewania?
• Postaw talerz na bezpiecznej powierzchni i pozwól mu ostygnąć przez 5 do 10 minut.
• Ustaw piekarnik na 400 stopni F (około 204 stopni C).
• Włącz wagę ponownie, wyzeruj ją i ustaw ostudzony talerz z sodą oczyszczoną na wadze. Zapisz jego dokładną masę. Jak ta masa ma się do masy przed włożeniem płyty z sodą oczyszczoną do piekarnika? Czy stała się cięższa, lżejsza czy pozostała taka sama?
• Kiedy piekarnik osiągnie nową temperaturę docelową, poproś dorosłego pomocnika, aby włożył do środka drugi talerz z sodą oczyszczoną.
• Ponownie, ustaw zegar na 15 minut i pozostaw sodę oczyszczoną w piekarniku przez cały czas. Czy myślisz, że uzyskasz inny wynik w temperaturze 400 stopni F? Co tym razem stanie się z sodą oczyszczoną?
• Po 15 minutach niech twój dorosły pomocnik użyje rękawic kuchennych, aby ostrożnie wyjąć talerz z sodą oczyszczoną z piekarnika. Jak tym razem wygląda soda oczyszczona? Czy zmieniła kolor, czy nadal wygląda tak samo?
• Odstaw na bok i pozwól płytce ostygnąć przez pięć do 10 minut.
• Potem włącz wagę ponownie, wyzeruj ją i umieść drugą ostudzoną płytkę na wadze. Write down its exact mass. Jak zmienia się masa sody oczyszczonej (plus talerz) podczas ogrzewania w temperaturze 400 stopni F przez 15 minut?
• Oblicz różnicę masy sody oczyszczonej przed i po ogrzewaniu w temperaturze 200 stopni i 400 stopni F. Odejmij masę płytki i sody oczyszczonej po ogrzewaniu od masy płytki i sody przed ogrzewaniem. Ile masy ubyło lub przybyło podczas procesu ogrzewania? Czy była różnica między obiema temperaturami?
• Możesz również wyrazić zmianę masy sody oczyszczonej, obliczając jej ubytek masy w procentach (różnica masy sody oczyszczonej przed i po podgrzaniu pomnożona przez 100, a następnie podzielona przez początkową masę sody oczyszczonej). Jaki procent masy straciła lub zyskała soda oczyszczona podczas procesu ogrzewania w obu temperaturach? Czy była ona taka sama? Jeśli nie, czy możesz wyjaśnić różnicę?
• Dodatkowe: Możesz sprawdzić, jak zmienia się masa sody oczyszczonej w innych temperaturach. Powtórz ten sam test, ale ustaw piekarnik na inną temperaturę (np. 250, 300 lub 350 stopni F). Czy uważasz, że Twoje wyniki będą inne dla każdej temperatury czy takie same? Dlaczego?
• Dodatkowe: Czy możesz znaleźć w swojej kuchni inne substancje, które mogą się rozkładać? Dowiedz się, w jakiej temperaturze te związki się rozkładają i jeśli to możliwe (i nieszkodliwe), przetestuj to sam!

Obserwacje i wyniki
Czy zauważyłeś, że Twoja soda oczyszczona straciła na wadze? Powinieneś – przynajmniej dla wyższej temperatury 400 stopni F. Dla niższej temperatury, masa sody oczyszczonej po podgrzaniu była prawdopodobnie taka sama (lub prawie taka sama) jak przed włożeniem jej do piekarnika. Soda oczyszczona zaczyna się rozkładać w temperaturze około 176 stopni F. W tych temperaturach rozkład będzie jednak stosunkowo powolny. Piętnaście minut w piekarniku w temperaturze 200 stopni F to za mało czasu, aby znacząco rozłożyć sodę oczyszczoną.

Gdy zwiększysz temperaturę do 400 stopni F, reakcja rozkładu nastąpi znacznie szybciej. Piętnaście minut to wystarczający czas, aby rozłożyć sodę oczyszczoną na węglan sodu, wodę i dwutlenek węgla. Produkty gazowe (woda i dwutlenek węgla) ulatniają się do powietrza, dlatego otrzymany produkt powinien być znacznie lżejszy niż ten, który włożyłeś do piekarnika.

Wygląd sody oczyszczonej nie zmieni się w żadnej z tych temperatur. Chociaż podczas reakcji rozkładu z sody oczyszczonej powstaje nowy produkt – węglan sodu – to nadal będzie on wyglądał tak samo. Obie substancje są białym proszkiem.

Czyszczenie
Pamiętaj, aby wyłączyć piekarnik. Pozwól obu płytom ostygnąć do temperatury pokojowej. Następnie możesz wyrzucić zużytą sodę oczyszczoną do kosza. Umyj ręce ciepłą wodą z mydłem i posprzątaj miejsce pracy.

Więcej informacji
Thermal Decomposition, z BBC Bitesize
Chemistry for Kids, Chemical Reactions, z Ducksters Education Site
Equation for the Decomposition of Sodium Bicarbonate, or Baking Soda, z ThoughtCo.

Ta aktywność przyniesiona we współpracy z Science Buddies