Verschwindendes Backpulver

Schlüsselbegriffe
Chemie
Gase
Chemische Reaktion
Thermische Zersetzung

Einführung
Backpulver ist nicht nur zum Kochen geeignet, sondern auch eine nützliche Chemikalie für wissenschaftliche Projekte. Wahrscheinlich hast du schon von der Backpulver-Essig-Reaktion gehört und sie vielleicht sogar benutzt, um selbstgebaute Vulkane ausbrechen zu lassen, Flaschenraketen in die Luft zu schießen oder Säuren und Basen nachzuweisen. Es gibt jedoch noch viele weitere chemische Reaktionen, die du mit Hilfe von Backpulver erforschen kannst. Eine davon ist die sogenannte Zersetzungsreaktion, bei der Backpulver an Gewicht verliert! Willst du herausfinden, wie sie funktioniert?

Hintergrund
Chemische Stoffe können viele verschiedene Reaktionen durchlaufen, z. B. Synthesereaktionen, bei denen neue Stoffe entstehen, oder Verbrennungsreaktionen, bei denen ein Stoff normalerweise mit Sauerstoff reagiert und Energie in Form von Wärme erzeugt. Eine weitere Reaktionsart ist die Zersetzungsreaktion, die das Gegenteil einer Synthesereaktion ist. Wenn sich ein chemischer Stoff zersetzt, zerfällt er in zwei oder mehr separate Verbindungen. Die meisten chemischen Verbindungen sind recht stabil und zerfallen nicht spontan. Es muss viel Energie aufgewendet werden, um ihre chemischen Bindungen aufzubrechen. Wenn Chemikalien jedoch genügend Energie in Form von Wärme, Strahlung, Elektrizität oder Licht ausgesetzt werden, zersetzen sie sich.

Die Zersetzungsreaktionen sind der Grund, warum einige Chemikalien oder verschreibungspflichtige Medikamente in dunklen Glasflaschen aufbewahrt werden. Oft will man nicht, dass sich eine Chemikalie zersetzt, weil sich ihre chemische Beschaffenheit verändert. Das dunkle Glas reduziert die Lichtmenge, die die Chemikalie oder das Medikament erreicht, und verhindert so die lichtbedingte Zersetzung der Chemikalie.

Backnatron oder Natriumbicarbonat (NaHCO3) ist eine Chemikalie, die bei Erhitzung eine Zersetzungsreaktion eingehen kann. Bei Temperaturen über 176 Grad Fahrenheit (80 Grad Celsius) beginnt Natriumbicarbonat, sich in drei Verbindungen aufzuspalten und bildet Natriumcarbonat (Na2CO3), Wasser (H2O) und Kohlendioxid (CO2). Diese Reaktion findet jedes Mal statt, wenn Sie kochen und backen. Das entstehende Kohlendioxidgas lässt Backwaren aufgehen! Je höher die Temperatur des Natriumbicarbonats ist, desto schneller wird es sich zersetzen. Als festes Produkt bleibt nur Natriumcarbonat übrig. Sowohl Kohlendioxid als auch Wasser sind bei der warmen Temperatur gasförmig, d. h. sie verschwinden in der Umgebungsluft. Du kannst diesen Verlust sogar messen – besorge dir etwas Backpulver und finde es in dieser Aktivität heraus!

Materialien

• Zwei ofenfeste Teller
• Löffel
• Backpulver
• Digitalwaage (vorzugsweise mit 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. Schreibe die genaue Masse auf.
• 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. Notiere dir, welches es war.
• Stelle deinen Timer auf 15 Minuten und lass die Platte im Ofen, bis der Timer abläuft. Was denkst du, was mit dem Backpulver im Ofen passiert?
• Lass deinen erwachsenen Helfer den Teller mit dem Backpulver vorsichtig aus dem Ofen nehmen. Achte darauf, dass du Ofenhandschuhe trägst! Wie sieht das Backpulver aus? Hat es sein Aussehen während des Erhitzens verändert?
• Stellt die Platte auf die hitzebeständige Oberfläche eures Arbeitsplatzes und lasst sie fünf bis zehn Minuten abkühlen.
• Stellt euren Ofen auf 400 Grad F (etwa 204 Grad C) ein.
• Schaltet eure Waage wieder ein, stellt sie auf Null und legt die abgekühlte Platte mit dem Backpulver auf die Waage. Schreibe ihre genaue Masse auf. Wie ist die Masse im Vergleich zu der Masse, bevor du die Platte mit dem Backpulver in den Ofen gestellt hast? Ist sie schwerer geworden, leichter oder gleich geblieben?
• Wenn der Ofen seine neue Zieltemperatur erreicht hat, lässt du deinen erwachsenen Helfer den zweiten Teller mit dem Backpulver hineinstellen.
• Auch hier stellst du den Timer auf 15 Minuten und lässt das Backpulver die ganze Zeit im Ofen. Glaubst du, dass du bei 400 Grad F ein anderes Ergebnis erhältst? Was wird dieses Mal mit dem Backpulver passieren?
• Nach 15 Minuten lässt du deinen erwachsenen Helfer mit Ofenhandschuhen die Platte mit dem Backpulver vorsichtig aus dem Ofen nehmen. Wie sieht das Backpulver diesmal aus? Hat es seine Farbe verändert oder sieht es immer noch so aus wie vorher?
• Stellt sie beiseite und lasst die Platte fünf bis 10 Minuten abkühlen.
• Schaltet dann die Waage wieder ein, stellt sie auf Null und legt die zweite abgekühlte Platte auf die Waage. Write down its exact mass. Wie verändert sich die Masse des Backnatrons (plus Platte), wenn es 15 Minuten lang auf 400 Grad erhitzt wird?
• Berechne die Massendifferenz des Backnatrons vor und nach dem Erhitzen auf 200 Grad und 400 Grad F. Subtrahiere die Masse der Platte und des Backnatrons nach dem Erhitzen von der Masse der Platte und des Backnatrons vor dem Erhitzen. Wie viel Masse wurde während des Erhitzens verloren oder gewonnen? Gab es einen Unterschied zwischen den beiden Temperaturen?
• Die Veränderung der Masse des Backnatrons kann auch durch Berechnung des Gewichtsverlusts in Prozent ausgedrückt werden (die Differenz der Masse des Backnatrons vor und nach dem Erhitzen, multipliziert mit 100 und dann geteilt durch die ursprüngliche Masse des Backnatrons). Wie viel Prozent der Masse hat das Backpulver während des Erhitzens bei beiden Temperaturen verloren oder gewonnen? War es derselbe? Wenn nicht, kannst du den Unterschied erklären?
• Extra: Du kannst testen, wie sich die Masse des Backnatrons bei anderen Temperaturen verändert. Wiederhole den gleichen Test, aber stelle deinen Ofen auf unterschiedliche Temperaturen ein (z. B. 250, 300 oder 350 Grad). Glaubst du, dass deine Ergebnisse bei jeder Temperatur anders oder gleich ausfallen werden? Warum?
• Extra: Kannst du in deiner Küche andere Stoffe finden, die sich zersetzen können? Finde heraus, bei welchen Temperaturen sich diese Stoffe zersetzen, und wenn möglich (und ungefährlich), teste es selbst!

Beobachtungen und Ergebnisse
Hast du gesehen, dass dein Backpulver an Gewicht verliert? Das sollte der Fall sein – zumindest bei der höheren Temperatur von 400 Grad F. Bei der niedrigeren Temperatur war die Masse des Backnatrons nach dem Erhitzen wahrscheinlich die gleiche (oder fast die gleiche) wie vor dem Einschieben in den Ofen. Backpulver beginnt sich bei Temperaturen um 176 Grad F zu zersetzen. Bei diesen Temperaturen erfolgt die Zersetzung jedoch relativ langsam. Eine Viertelstunde im Backofen bei 200 Grad F ist nicht genug Zeit, um das Natron nennenswert zu zersetzen.

Wenn man die Temperatur auf 400 Grad F erhöht, läuft die Zersetzungsreaktion viel schneller ab. Fünfzehn Minuten reichen aus, um das Backpulver in Natriumcarbonat, Wasser und Kohlendioxid zu zersetzen. Die gasförmigen Produkte (Wasser und Kohlendioxid) entweichen in die Luft, weshalb das entstehende Produkt deutlich leichter sein sollte als das, was Sie in den Ofen gegeben haben.

Das Aussehen des Backnatrons ändert sich bei keiner der beiden Temperaturen. Obwohl bei der Zersetzungsreaktion aus Natron ein neues Produkt – Natriumcarbonat – entsteht, sieht es immer noch gleich aus. Beide Substanzen sind ein weißes Pulver.

Aufräumen
Schalten Sie den Ofen aus. Lassen Sie beide Platten auf Raumtemperatur abkühlen. Dann kannst du das gebrauchte Backpulver im Müll entsorgen. Wasche deine Hände mit warmem Wasser und Seife und säubere deinen Arbeitsbereich.

Weiteres zum Thema
Thermische Zersetzung, von BBC Bitesize
Chemie für Kinder, Chemische Reaktionen, von Ducksters Education Site
Gleichung für die Zersetzung von Natriumbicarbonat oder Backpulver, von ThoughtCo.

Diese Aktivität wurde Ihnen in Zusammenarbeit mit Science Buddies zur Verfügung gestellt