Försvinnande bakpulver

Nyckelbegrepp
Kemi
Gaser
Kemisk reaktion
Thermisk nedbrytning

Introduktion
Bakpulver är inte bara bra att använda i matlagningen, det är också en användbar kemikalie för naturvetenskapliga projekt. Du har förmodligen hört talas om och kanske till och med använt bakpulver-vinägerreaktionen för att få hemmagjorda vulkaner att bryta ut, skjuta upp flaskraketer i luften eller för att upptäcka syror och baser. Det finns dock många fler kemiska reaktioner som du kan utforska med hjälp av bakpulver. En av dem kallas för en nedbrytningsreaktion, som gör att bakpulver tappar vikt! Vill du ta reda på hur den fungerar?

Bakgrund
Kemikalier kan genomgå många olika reaktioner, t.ex. syntesreaktioner som skapar nya ämnen eller förbränningsreaktioner, där ett ämne vanligtvis reagerar med syre och genererar energi i form av värme. En annan reaktionstyp är nedbrytningsreaktionen, som är motsatsen till en syntesreaktion. När ett kemiskt ämne bryts ner bryts det ner för att bilda två eller flera separata föreningar. De flesta kemiska föreningar är ganska stabila och sönderfaller inte spontant. Man måste lägga ner mycket energi för att bryta deras kemiska bindningar. När kemikalier utsätts för tillräckligt mycket energi, som kan vara i form av värme, strålning, elektricitet eller ljus, kommer de dock att sönderdelas.

Sönderdelningsreaktioner är anledningen till att vissa kemikalier eller receptbelagda läkemedel förvaras i mörka glasflaskor. Ofta vill man inte att en kemikalie ska sönderdelas, eftersom dess kemiska natur då förändras. Det mörka glaset minskar mängden ljus som når kemikalien eller läkemedlet och förhindrar därför ljusinducerad nedbrytning av kemikalien.

Bakpulver, eller natriumbikarbonat (NaHCO3), är en kemikalie som kan genomgå en nedbrytningsreaktion vid upphettning. Vid temperaturer över 176 grader Fahrenheit (80 grader Celsius) börjar natriumbikarbonat brytas ner i tre föreningar och bildar natriumkarbonat (Na2CO3), vatten (H2O) och koldioxid (CO2). Du använder den här reaktionen varje gång du lagar mat och bakar. Den producerade koldioxidgasen får bakverk att stiga! Ju högre temperatur natriumbikarbonatet har, desto snabbare bryts det ner. Endast natriumkarbonat kommer att finnas kvar som en fast produkt. Både koldioxid och vatten är gasformiga vid den varma temperaturen, vilket innebär att de kommer att försvinna i den omgivande luften. Du kan faktiskt mäta denna förlust – skaffa lite bakpulver och ta reda på hur i den här aktiviteten!

Material

• Två ugnssäkra tallrikar
• Skedja
• Bakpulver
• Digitalskala (helst med 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. Skriv ner dess exakta 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. Anteckna vilken det var.
• Ställ in timern på 15 minuter och låt plattan stå i ugnen tills timern stängs av. Vad tror du kommer att hända med bakpulveret i ugnen?
• Be din vuxna medhjälpare att försiktigt ta ut plattan med bakpulver ur ugnen. Se till att ha på dig ugnshandskar! Hur ser bakpulveret ut? Ändrade det sitt utseende under uppvärmningen?
• Sätt plattan på en värmesäker yta på din arbetsyta och låt den svalna i fem till tio minuter.
• Ställ in ugnen på 400 grader F (cirka 204 grader C).
• Koppla på vågen igen, nollställ den och ställ den avkylda plattan med bakpulver på vågen. Skriv ner dess exakta massa. Hur förhåller sig massan till massan innan du satte in plattan med bakpulver i ugnen? Blev den tyngre, lättare eller förblev den oförändrad?
• När ugnen når sin nya måltemperatur ber du din vuxna medhjälpare placera in den andra plattan med bakpulver i ugnen.
• Också här ställer du in timern på 15 minuter och låter bakpulvret stå i ugnen hela tiden. Tror du att du kommer att få ett annat resultat vid 400 grader F? Vad kommer att hända med bakpulveret den här gången?
• Efter 15 minuter får din vuxna medhjälpare använda grytvantar för att försiktigt ta ut plattan med bakpulver ur ugnen. Hur ser bakpulveret ut den här gången? Har det ändrat färg eller ser det fortfarande likadant ut?
• Ställ den åt sidan och låt plattan svalna i fem till tio minuter.
• Ta sedan på vågen igen, nollställ den och ställ den andra svalnade plattan på vågen. Write down its exact mass. Hur förändras massan av bakpulveret (plus plattan) när det värms upp till 400 grader F i 15 minuter?
• Beräkna massadifferensen för bakpulveret före och efter uppvärmningen vid 200 grader och 400 grader F. Subtrahera massan av plattan och bakpulveret efter uppvärmningen från massan av plattan och bakpulveret före uppvärmningen. Hur mycket massa förlorades eller tillkom under uppvärmningen? Var det någon skillnad mellan de båda temperaturerna?
• Du kan också uttrycka förändringen av massan av bakpulver genom att beräkna viktförlusten i procent (skillnaden mellan massan av bakpulver före och efter uppvärmning, multiplicerad med 100 och sedan dividerad med den ursprungliga massan av bakpulver). Hur många procent av massan förlorade eller ökade bakpulveret under uppvärmningen vid båda temperaturerna? Var den lika stor? Om inte, kan du förklara skillnaden?
• Extra: Du kan testa hur bakpulvermassan förändras vid andra temperaturer. Upprepa samma test men ställ in ugnen på olika temperaturer (t.ex. 250, 300 eller 350 grader F). Tror du att dina resultat kommer att vara olika för varje temperatur eller likadana? Varför?
• Extra: Kan du hitta andra ämnen i ditt kök som kan sönderdelas? Ta reda på vid vilka temperaturer dessa föreningar sönderdelas och, om det är möjligt (och ofarligt), testa det själv!

Observationer och resultat
Såg du att din bakpulver gick ner i vikt? Det borde du ha gjort – åtminstone för den högre temperaturen på 400 grader F. För den lägre temperaturen var din bakpulvermassa efter uppvärmningen förmodligen densamma (eller nästan densamma) som innan du satte in den i ugnen. Bakpulver börjar brytas ned vid temperaturer runt 176 grader F. Vid dessa temperaturer kommer dock nedbrytningen att ske relativt långsamt. Femton minuter i ugnen vid 200 grader F är inte tillräckligt lång tid för att nätt och jämnt sönderdela bakpulveret.

När du höjer temperaturen till 400 grader F kommer sönderdelningsreaktionen att ske mycket snabbare. Femton minuter är tillräckligt lång tid för att sönderdela bakpulveret till natriumkarbonat, vatten och koldioxid. De gasformiga produkterna (vatten och koldioxid) kommer att flyga ut i luften, vilket är anledningen till att din resulterande produkt bör vara betydligt lättare än det du stoppar in i ugnen.

Bakpulverets utseende kommer inte att förändras vid någon av temperaturerna. Även om du gör en ny produkt – natriumkarbonat – av bakpulver under nedbrytningsreaktionen kommer det fortfarande att se likadant ut. Båda ämnena är ett vitt pulver.

Rengöring
Se till att stänga av ugnen. Låt båda plattorna svalna till rumstemperatur. Därefter kan du slänga den använda bakpulvret i soporna. Tvätta händerna med varmt vatten och tvål och rengör arbetsområdet.

Mer att utforska
Termisk nedbrytning, från BBC Bitesize
Chemistry for Kids, Chemical Reactions, från Ducksters Education Site
Equation for the Decomposition of Sodium Bicarbonate, or Baking Soda, från ThoughtCo.

Denna aktivitet har tagits fram i samarbete med Science Buddies