Carbonat de sodiu care dispare

Concepte cheie
Chimie
Gaze
Reacție chimică
Descompunere termică

Introducere
Carbonatul de sodiu nu este numai bun pentru gătit, dar este, de asemenea, un produs chimic util pentru proiectele științifice. Probabil că ați auzit și poate chiar ați folosit reacția bicarbonat de sodiu-oțet pentru a face vulcani de casă să erupă, pentru a lansa în aer rachete de sticlă sau pentru a detecta acizii și bazele. Cu toate acestea, există mult mai multe reacții chimice pe care le puteți explora cu ajutorul bicarbonatului de sodiu. Una dintre ele se numește reacție de descompunere, care face ca bicarbonatul de sodiu să slăbească! Vrei să afli cum funcționează?

Context
Produsele chimice pot suferi multe reacții diferite, cum ar fi reacțiile de sinteză, care creează substanțe noi, sau reacțiile de combustie, în care o substanță reacționează de obicei cu oxigenul și generează energie sub formă de căldură. Un alt tip de reacție este reacția de descompunere, care este opusul unei reacții de sinteză. Atunci când o substanță chimică se descompune, aceasta se descompune pentru a forma doi sau mai mulți compuși separați. Majoritatea compușilor chimici sunt destul de stabili și nu se descompun în mod spontan. Trebuie să depuneți multă energie pentru a le rupe legăturile chimice. Totuși, atunci când substanțele chimice sunt expuse la suficientă energie, care poate fi sub formă de căldură, radiații, electricitate sau lumină, acestea se vor descompune.

Reacțiile de descompunere sunt motivul pentru care unele substanțe chimice sau medicamente eliberate pe bază de rețetă sunt depozitate în sticle de sticlă întunecată. De multe ori, nu doriți ca un produs chimic să se descompună, deoarece natura sa chimică se va schimba. Sticla întunecată reduce cantitatea de lumină care ajunge la produsul chimic sau la medicament și, prin urmare, previne descompunerea indusă de lumină a produsului chimic.

Sodul de copt, sau bicarbonatul de sodiu (NaHCO3), este un produs chimic care poate suferi o reacție de descompunere atunci când este încălzit. La temperaturi de peste 80 de grade Celsius (176 de grade Fahrenheit), bicarbonatul de sodiu începe să se descompună în trei compuși, formând carbonat de sodiu (Na2CO3), apă (H2O) și dioxid de carbon (CO2). Folosiți această reacție de fiecare dată când gătiți și coaceți. Gazul de dioxid de carbon produs face ca produsele de patiserie să crească! Cu cât temperatura bicarbonatului de sodiu este mai mare, cu atât se va descompune mai repede. Doar carbonatul de sodiu va rămâne ca produs solid. Atât dioxidul de carbon, cât și apa sunt gazoase la temperatura caldă, ceea ce înseamnă că vor dispărea în aerul înconjurător. De fapt, puteți măsura această pierdere – procurați niște bicarbonat de sodiu și aflați cum în această activitate!

Materiale

• Două farfurii pentru cuptor
• Cupa
• Carbonat de sodiu
• Balanță digitală (de preferință cu 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. Scrieți masa sa exactă.
• 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. Notați care a fost aceasta.
• Setați cronometrul la 15 minute și lăsați placa în cuptor până când se oprește cronometrul. Ce credeți că se va întâmpla cu bicarbonatul de sodiu în cuptor?
• Puneți-l pe ajutorul dumneavoastră adult să scoată cu grijă farfuria cu bicarbonat de sodiu din cuptor. Asigurați-vă că poartă mănuși de cuptor! Cum arată bicarbonatul de sodiu? Și-a schimbat aspectul în timp ce era încălzit?
• Puneți farfuria pe o suprafață sigură pentru căldură a spațiului dvs. de lucru și lăsați-o să se răcească timp de cinci până la 10 minute.
• Pregătiți cuptorul la 400 grade F (aproximativ 204 grade C).
• Porniți din nou cântarul, puneți-l la zero și așezați farfuria răcită cu bicarbonat de sodiu pe cântar. Scrieți masa sa exactă. Cum se compară masa cu cea de dinainte de a pune farfuria cu bicarbonat de sodiu în cuptor? A devenit mai grea, mai ușoară sau a rămas la fel?
• Când cuptorul atinge noua temperatură-țintă, puneți-l pe ajutorul dvs. adult să pună înăuntru a doua farfurie cu bicarbonat de sodiu.
• Încă o dată, setați cronometrul la 15 minute și lăsați bicarbonatul de sodiu în cuptor tot timpul. Credeți că veți obține un rezultat diferit la 400 de grade F? Ce se va întâmpla cu bicarbonatul de sodiu de data aceasta?
• După 15 minute, puneți-l pe ajutorul dvs. adult să folosească mănuși de cuptor pentru a scoate cu grijă farfuria cu bicarbonat de sodiu din cuptor. Cum arată bicarbonatul de sodiu de data aceasta? Și-a schimbat culoarea sau arată la fel?
• Puneți-o deoparte și lăsați farfuria să se răcească timp de cinci până la 10 minute.
• Apoi porniți din nou cântarul, aduceți-l la zero și puneți a doua farfurie răcită pe cântar. Write down its exact mass. Cum se modifică masa bicarbonatului de sodiu (plus farfuria) în timp ce este încălzită la 400 grade F timp de 15 minute?
• Calculați diferența de masă a bicarbonatului de sodiu înainte și după încălzirea la 200 de grade și 400 de grade F. Scădeți masa plăcii și a bicarbonatului de sodiu după încălzire din masa plăcii și a bicarbonatului de sodiu înainte de încălzire. Câtă masă a fost pierdută sau câștigată în timpul procesului de încălzire? A existat o diferență între cele două temperaturi?
• Puteți exprima, de asemenea, modificarea masei de bicarbonat de sodiu prin calcularea pierderii sale de greutate ca procent (diferența dintre masa de bicarbonat de sodiu înainte și după încălzire, înmulțită cu 100 și apoi împărțită la masa inițială de bicarbonat de sodiu). Ce procent din masă a pierdut sau a câștigat bicarbonatul de sodiu în timpul procesului de încălzire la ambele temperaturi? A fost același? Dacă nu, puteți explica diferența?
• Extra: Puteți testa cum se modifică masa bicarbonatului de sodiu la alte temperaturi. Repetați același test, dar setați cuptorul la temperaturi diferite (cum ar fi 250, 300 sau 350 de grade F). Credeți că rezultatele dvs. vor fi diferite pentru fiecare temperatură sau la fel? De ce?
• Extra: Poți găsi în bucătăria ta și alte substanțe care se pot descompune? Aflați la ce temperaturi se descompun acești compuși și, dacă este posibil (și inofensiv), testați voi înșivă!

Observații și rezultate
Ați văzut că bicarbonatul de sodiu a slăbit? Ar fi trebuit să o faci – cel puțin pentru temperatura mai mare, la 400 grade F. Pentru temperatura mai mică, masa bicarbonatului tău de sodiu după încălzire a fost probabil aceeași (sau aproape aceeași) ca înainte de a-l pune în cuptor. Bicarbonatul de sodiu începe să se descompună la temperaturi de aproximativ 176 grade F. La aceste temperaturi, totuși, descompunerea va fi relativ lentă. Cincisprezece minute în cuptor la 200 de grade F nu este suficient timp pentru a descompune semnificativ bicarbonatul de sodiu.

Când creșteți temperatura la 400 de grade F, reacția de descompunere va avea loc mult mai rapid. Cincisprezece minute este suficient timp pentru a descompune bicarbonatul de sodiu în carbonat de sodiu, apă și dioxid de carbon. Produsele gazoase (apa și dioxidul de carbon) vor scăpa în aer, motiv pentru care produsul rezultat ar trebui să fie semnificativ mai ușor decât cel pe care l-ați pus în cuptor.

Aspectul bicarbonatului de sodiu nu se va schimba la niciuna dintre cele două temperaturi. Deși în timpul reacției de descompunere obțineți un nou produs – carbonat de sodiu – din bicarbonat de sodiu în timpul reacției de descompunere, acesta va avea în continuare același aspect. Ambele substanțe sunt o pulbere albă.

Curățarea
Asigurați-vă că opriți cuptorul. Lăsați ambele plăci să se răcească la temperatura camerei. Apoi puteți arunca bicarbonatul de sodiu folosit la gunoi. Spălați-vă pe mâini cu apă caldă și săpun și curățați-vă zona de lucru.

Mai multe de explorat
Thermal Decomposition, de pe BBC Bitesize
Chemistry for Kids, Chemical Reactions, de pe Ducksters Education Site
Equation for the Decomposition of Sodium Bicarbonate, or Baking Soda, de pe ThoughtCo.

Acestă activitate v-a fost prezentată în parteneriat cu Science Buddies

Science Buddies