Hvordan laver man varm is med eddike og bagepulver?

Der er et stort antal hjemmeeksperimenter, der tjener til at illustrere mange af de vigtigste aspekter af videnskab, og specifikt kemi. Et af disse eksperimenter er det med varm is, som består af hurtig og eksoterm krystallisation af en vandig opløsning af natriumacetat. Dernæst viser vi alt, hvad der er nødvendigt for at udføre syntesen af ​​natriumacetat fra eddike og natriumbicarbonat, og vi vil også forberede en overmættet opløsning af dette organiske salt, der, når det krystalliserer, vil illustrere styrken af ​​eksoterme reaktioner.

Hvad er varm is?

På trods af hvad navnet antyder, er varm is faktisk ikke is. Lad os huske, at is ikke er andet end det almindelige navn, som vand kendes med i fast tilstand. Under omgivende temperatur- og trykforhold er vand i flydende tilstand, og dets smeltepunkt er 0 °C. Ved standard omgivelsestryk på 1 atmosfære er det ikke muligt at opvarme is til over dets smeltepunkt, da enhver yderligere varme, vi leverer, vil blive brugt på at smelte isen frem for at opvarme den. Af denne grund overtræder ideen om at fremstille ægte is (fast vand) ved omgivende tryk og ved stuetemperatur, eller værre, ved en højere temperatur, termodynamikkens love. Det er med andre ord umuligt.

Den varme is er faktisk en kemisk forbindelse kaldet natriumacetat . Denne forbindelse er et organisk salt dannet af acetationer, som svarer til den konjugerede base af eddikesyre, indeholdt i den eddike, vi bruger i køkkenet, og natriumioner. Eddikesyre er en organisk syre, der tilhører familien af ​​carboxylsyrer og er det næstsimpelste medlem af denne familie. Derfor kaldes dets salte organiske salte.

Formlen for natriumacetat kan skrives på forskellige måder. Dens kemiske formel er NaC ₂ H ₃ O ₂ . I semi-udvidet form skrives der CH ₃ COONa, og acetationen forkortes nogle gange Ac ^– , så natriumacetat er repræsenteret som NaAc. Den kemiske struktur af denne forbindelse er:

På trods af at dette er dets struktur, krystalliserer natriumacetat fra vandig opløsning i form af det trihydratiserede salt med formlen NaC ₂ H ₃ O ₂  · 3 H ₂ O.

Natriumacetat syntese reaktion

Salte kan syntetiseres på forskellige måder og fra forskellige kemiske reagenser. En af de nemmeste måder at gøre dette på er gennem neutraliseringsreaktionen mellem en syre med den passende anion (eddikesyre i dette tilfælde) og en base, der indeholder den passende kation. Eddikesyre er en svag syre, der er let tilgængelig og sikker at håndtere. Med hensyn til basen er der flere muligheder, der ville fungere for natriumacetat, men de to mest egnede er natriumhydroxid (kaustisk soda) og natriumbicarbonat .

Den første base, natriumhydroxid, er et godt valg til hurtig syntese, fordi det er en stærk base, der reagerer hurtigt med eddikesyre for at danne natriumacetat, og biproduktet af reaktionen er vand. , som allerede er til stede alligevel.

I dette tilfælde vil den kemiske reaktion være:

Denne reaktion har imidlertid to store problemer. For det første, selvom natriumhydroxid er let tilgængeligt, da det er hovedkomponenten i de fleste ætsende ovnrensere og fedtfjernere, er det et ret farligt stof, der skal håndteres med stor forsigtighed. .

For det andet er det nødvendigt omhyggeligt at måle mængden af ​​natriumhydroxid tilsat til opløsningen, og pH-værdien skal kontrolleres med lakmuspapir eller noget lignende for at angive, hvornår al eddikesyren er blevet neutraliseret, da hvis et overskud tilsættes. saltopløsningen kan være stærkt basisk og farlig at håndtere.

Et mere egnet og meget mere sikkert alternativ, der giver de fleste fordele ved natriumhydroxid, men ingen af ​​ulemperne, er bagepulver. Dette salt svarer til natriumsaltet af den konjugerede base af kulsyre. Det er en amfoter forbindelse, der kan reagere med både syrer og baser og er i stand til at neutralisere eddikesyre og danne natriumacetat og kulsyre. Sidstnævnte kunne interferere ved at forurene det dannede natriumacetat, men det nedbrydes hurtigt og producerer vand og gasformig kuldioxid, som hurtigt undslipper i form af en opbrusning, der er synlig for det blotte øje.

Syntesereaktionen for natriumacetat ved anvendelse af natriumbicarbonat er:

Dette er den reaktion, vi vil bruge i den nuværende syntese af natriumacetat.

Hvid eddike er en renset vandig opløsning af eddikesyre, der generelt indeholder mellem 3 og 5 vægtprocent af syren. Med en massefylde meget tæt på rent vand betyder det, at 1 L eddike indeholder cirka 30 til 50 g eddikesyre. Det betyder, at for at de kan reagere i støkiometriske forhold, kræver en liter eddike cirka mellem 42 g og 70 g natriumbicarbonat. Hvis det findes i den maksimale andel, vil der blive dannet omkring 113 g trihydratiseret natriumacetat.

Fremgangsmåde for at forberede varm is derhjemme

reagenser

• 1 L Hvid eddike (eddikesyre ca. 5%)
• 100 g bagepulver

materialer og udstyr

• Komfur til opvarmning.
• Bæger med mindst 1,5 L kapacitet. Hvis du ikke har en, kan du erstatte den med en gryde eller pande lavet af glas og i sidste ende metal.
• Glasbeholder med en kapacitet på 200 til 250 ml. Beholderen skal være meget ren og må ikke blive ridset.
• Køkkenvægt, gerne digital.

Fremstilling af overmættet natriumacetatopløsning

Følg disse trin for at syntetisere natriumacetat:

1. Vej natron på en vægt og stil til side.
2. Tilsæt eddike til bægerglasset, og tilsæt langsomt bagepulver til opløsningen i små portioner, omrør med en ske, indtil brusebadet stopper, før du tilføjer den næste portion. Dette er for at forhindre, at der dannes for meget kuldioxid og flyder over bægerglassets sider. På dette tidspunkt er natriumacetatet allerede blevet dannet.
3. Bring opløsningen i kog over middel varme og fortsæt opvarmningen for at fordampe vandet og reducere volumenet, indtil natriumacetatkrystaller vises ved kanterne af beholderen. På dette tidspunkt skal volumen være ca. 100-150 ml.
4. På dette tidspunkt tilsættes en lille mængde vand (ca. 5 ml burde være tilstrækkeligt), og fortsæt opvarmningen, indtil alt dannet fast stof er fuldstændigt opløst.
5. Overfør forsigtigt den varme opløsning til den anden glasbeholder. Hvis der dannes krystaller under overførslen, varmes beholderen op i et kogende vandbad, indtil den er opløst. Hvis krystaller bliver ved, tilsæt en lille smule vand igen og opvarm lidt længere. Det er meget vigtigt, at der ikke er en eneste krystal i denne opløsning før næste trin.
6. Dæk beholderen med opløsningen med plastfolie og stil den i køleskabet, undgå at slå eller hårdhænde beholderen.

eksperimenter med varm is

Den således opnåede kolde opløsning er en overmættet opløsning af natriumacetat, som krystalliserer hurtigt efter enhver forstyrrelse og danner en varm blok af krystaller, der ligner is.

• Du kan eksperimentere med denne løsning på forskellige måder. Prøv at tilføje små krystaller på overfladen, og du vil se, hvordan de vokser i alle retninger og danner smukke nåle.
• Du kan også overføre en lille mængde opløsning til en petriskål og en anden lavvandet glasbeholder og frøkrystaller i to ender for at se, hvilke der vokser hurtigere.
• Endelig nyder mange mennesker langsomt at hælde opløsningen over en lille håndfuld krystaller på en eller anden overflade. Når opløsningen falder, krystalliserer den og danner en lodret stalagmit af natriumacetat.

Forklaring af hot ice-eksperimentet

Den hurtige krystallisation af natriumacetat skyldes, at den fremstillede kolde opløsning er en overmættet opløsning af saltet. Det betyder, at det indeholder mere opløst natriumacetat, end vand er i stand til at opløse ved den temperatur. Dette betyder, at opløsningen er i en metastabil tilstand, der let kan udfældes ved enhver forstyrrelse, der genererer dannelsen af ​​de første krystaller, eller ved tilføjelse af nogle krystaller, der tjener som kerner til dannelsen af ​​nye krystaller.

Denne forstyrrelse kan bestå i at så en lille krystal på overfladen, røre ved opløsningen med en finger eller ridse overfladen af ​​beholderen med et metalredskab. Nogle gange er blot at ramme beholderen nok til at udløse krystallisering

Krystallisationsprocessen vil sprede sig hurtigt gennem hele opløsningen. Varmen kommer fra det faktum, at den kemiske reaktion ved krystallisation er eksoterm, det vil sige, at den frigiver varme.

Sikkerhedsforanstaltninger

Heldigvis er ingen af ​​de kemiske reagenser, der bruges i dette eksperiment, giftige eller farlige på nogen måde. Natriumacetat er heller ikke en farlig forbindelse. Faktisk bruges det som et tilsætningsstof i fødevareindustrien.

Forsøget kræver dog opvarmning af en opløsning til kogning og håndtering af den varme opløsning, hvilket udgør en betydelig forbrændingsfare. Dette eksperiment bør ikke udføres uden opsyn af voksne og uden brug af termiske handsker til at beskytte hænderne mod varmen.

Referencer

Amokemikalier. (nd). Kaustisk soda: hvad det er, egenskaber og forholdsregler . amochemicals.com. https://www.amoquimicos.com/caracteristicas-de-la-soda-caustica

Chang, R., Manzo, Á. R., Lopez, PS, & Herranz, ZR (2020). Kemi (10. ^udgave ). McGraw-Hill uddannelse.

Oplevelser. (2017, 7. februar). Øjeblikkelig varm is . Youtube. https://www.youtube.com/watch?v=uwuwKEZevfY

Laboratorium rabat. (2021). Natriumacetat . laboratoriumdiscounter.nl. https://www.laboratoriumdiscounter.nl/en/chemicals/az/n/sodic-acetate/

Redaktionelt CuídatePlus. (2020, 27. august). bikarbonat . Pas på Plus. https://cuidateplus.marca.com/alimentacion/diccionario/bicarbonato.html

Seara, B. (2017, 7. februar). Instant Hot Ice – fantastiske eksperimenter . erfaringVidenskab. https://www.experciencia.com/hielo-caliente/