Hvordan lage varm is med eddik og natron?

Det er et stort antall hjemmeeksperimenter som tjener til å illustrere mange av de viktigste aspektene ved vitenskap, og spesielt kjemi. Et av disse eksperimentene er det med varm is, som består av rask og eksoterm krystallisering av en vandig løsning av natriumacetat. Deretter viser vi alt som er nødvendig for å utføre syntesen av natriumacetat fra eddik og natriumbikarbonat, og vi vil også tilberede en overmettet løsning av dette organiske saltet som, når det krystalliserer, vil illustrere kraften til eksoterme reaksjoner.

Hva er varm is?

Til tross for hva navnet antyder, er varm is faktisk ikke is. La oss huske at is ikke er noe mer enn det vanlige navnet som vann er kjent med i fast tilstand. Under omgivelsesforhold med temperatur og trykk er vann i flytende tilstand og smeltepunktet er 0 °C. Ved standard omgivelsestrykk på 1 atmosfære er det ikke mulig å varme opp isen til over smeltepunktet, siden all tilleggsvarme vi tilfører vil gå med til å smelte isen i stedet for å varme den opp. Av denne grunn bryter ideen om å lage ekte is (fast vann) ved omgivelsestrykk og ved romtemperatur, eller enda verre, ved høyere temperatur, termodynamikkens lover. Det er med andre ord umulig.

Den varme isen er faktisk en kjemisk forbindelse kalt natriumacetat . Denne forbindelsen er et organisk salt dannet av acetationer, som tilsvarer den konjugerte basen av eddiksyre, som finnes i eddiken vi bruker på kjøkkenet, og natriumioner. Eddiksyre er en organisk syre som tilhører familien av karboksylsyrer og er det nest enkleste medlemmet av denne familien. Derfor kalles dens salter organiske salter.

Formelen for natriumacetat kan skrives på forskjellige måter. Dens kjemiske formel er NaC ₂ H ₃ O ₂ . I semi-ekspandert form er det skrevet CH ₃ COONa, og acetationet er noen ganger forkortet Ac ^– , så natriumacetat er representert som NaAc. Den kjemiske strukturen til denne forbindelsen er:

Til tross for at dette er strukturen, krystalliserer natriumacetat fra vandig løsning i form av det trihydratiserte saltet med formelen NaC ₂ H ₃ O ₂  · 3 H ₂ O.

Natriumacetatsyntesereaksjon

Salter kan syntetiseres på forskjellige måter og fra forskjellige kjemiske reagenser. En av de enkleste måtene å gjøre dette på er gjennom nøytraliseringsreaksjonen mellom en syre med riktig anion (eddiksyre i dette tilfellet) og en base som inneholder riktig kation. Eddiksyre er en svak syre som er lett tilgjengelig og trygg å håndtere. Når det gjelder basen, er det flere alternativer som vil fungere for natriumacetat, men de to mest egnede er natriumhydroksid (kaustisk soda) og natriumbikarbonat .

Den første basen, natriumhydroksid, er et godt valg for rask syntese fordi det er en sterk base som reagerer raskt med eddiksyre for å danne natriumacetat, og biproduktet av reaksjonen er vann. , som allerede er tilstede uansett.

I dette tilfellet vil den kjemiske reaksjonen være:

Denne reaksjonen har imidlertid to store problemer. For det første, selv om natriumhydroksid er lett tilgjengelig, siden det er hovedkomponenten i de fleste kaustiske ovnsrensere og fettfjernere, er det et ganske farlig stoff som må håndteres med stor forsiktighet. .

For det andre er det nødvendig å nøye måle mengden natriumhydroksid som tilsettes til løsningen, og pH bør kontrolleres med lakmuspapir eller noe lignende for å indikere når all eddiksyre er nøytralisert, siden hvis et overskudd tilsettes. saltløsningen kan være sterkt alkalisk og farlig å håndtere.

Et mer passende og mye tryggere alternativ som gir de fleste fordelene med natriumhydroksid, men ingen av ulempene, er natron. Dette saltet tilsvarer natriumsaltet av den konjugerte basen av karbonsyre. Det er en amfoter forbindelse som kan reagere med både syrer og baser og er i stand til å nøytralisere eddiksyre, danne natriumacetat og karbonsyre. Sistnevnte kan forstyrre ved å forurense natriumacetatet som dannes, men det brytes raskt ned og produserer vann og gassformig karbondioksid som raskt slipper ut i form av en brusing som er synlig for det blotte øye.

Syntesereaksjonen for natriumacetat ved bruk av natriumbikarbonat er:

Dette er reaksjonen vi vil bruke i den nåværende syntesen av natriumacetat.

Hvit eddik er en renset vandig løsning av eddiksyre som vanligvis inneholder mellom 3 og 5 vektprosent av syren. Med en tetthet veldig nær den for rent vann, betyr dette at 1 L eddik inneholder omtrent 30 til 50 g eddiksyre. Dette betyr at for at de skal reagere i støkiometriske proporsjoner, krever en liter eddik omtrent mellom 42 g og 70 g natriumbikarbonat. Hvis funnet i maksimal andel, vil det dannes rundt 113 g trihydratisert natriumacetat.

Prosedyre for å tilberede varm is hjemme

reagenser

• 1 L Hvit eddik (eddiksyre ca. 5 %)
• 100 g natron

materialer og utstyr

• Komfyr til oppvarming.
• Beger med minst 1,5 L kapasitet. Hvis du ikke har en, kan du erstatte den med en gryte eller panne laget av glass og til slutt metall.
• Glassbeholder med en kapasitet på 200 til 250 ml. Beholderen må være veldig ren og må ikke ripes.
• Kjøkkenvekt, gjerne digital.

Fremstilling av overmettet natriumacetatløsning

Følg disse trinnene for å syntetisere natriumacetat:

1. Vei natronen på en vekt og sett til side.
2. Tilsett eddik i begerglasset og tilsett sakte natron til løsningen i små porsjoner, rør med en skje til brusingen stopper før du tilsetter neste porsjon. Dette er for å forhindre at for mye karbondioksid blir generert og renner over sidene på begerglasset. På dette tidspunktet er natriumacetatet allerede dannet.
3. Kok opp løsningen over middels varme og fortsett oppvarmingen for å fordampe vannet og redusere volumet til natriumacetatkrystaller vises ved kantene av beholderen. På dette tidspunktet skal volumet være ca. 100-150 ml.
4. På dette tidspunktet, tilsett en liten mengde vann (ca. 5 ml bør være tilstrekkelig) og fortsett oppvarmingen til alt dannet fast stoff er fullstendig oppløst.
5. Overfør forsiktig den varme løsningen til den andre glassbeholderen. Hvis det dannes krystaller under overføring, varm beholderen i et kokende vannbad til den er oppløst. Hvis krystallene vedvarer, tilsett en liten mengde vann igjen og varm opp litt lenger. Det er veldig viktig at det ikke er en eneste krystall i denne løsningen før neste trinn.
6. Dekk beholderen som inneholder løsningen med plastfolie og plasser den i kjøleskapet, unngå slag eller grov håndtering av beholderen.

eksperimenter med varm is

Den kalde løsningen som oppnås på denne måten er en overmettet løsning av natriumacetat som vil krystallisere raskt etter enhver forstyrrelse, og danner en varm blokk av krystaller som ligner is.

• Du kan eksperimentere med denne løsningen på forskjellige måter. Prøv å legge til små krystaller på overflaten, og du vil se hvordan de vokser i alle retninger og danner vakre nåler.
• Du kan også overføre en liten mengde løsning til en petriskål og en annen grunn glassbeholder og frøkrystaller i to ender for å se hvilke som vokser raskere.
• Til slutt, mange liker å sakte helle løsningen over en liten håndfull krystaller på en eller annen overflate. Når løsningen faller, krystalliserer den og danner en vertikal stalagmitt av natriumacetat.

Forklaring av eksperimentet med varm is

Den raske krystalliseringen av natriumacetat skyldes det faktum at den tilberedte kalde løsningen er en overmettet løsning av saltet. Dette betyr at det inneholder mer oppløst natriumacetat enn vann er i stand til å løse opp ved den temperaturen. Dette betyr at løsningen er i en metastabil tilstand som lett kan utfelles av enhver forstyrrelse som genererer dannelsen av de første krystallene, eller ved tilsetning av noen krystaller som tjener som kjerner for dannelse av nye krystaller.

Denne forstyrrelsen kan bestå av å så en liten krystall på overflaten, berøre løsningen med en finger, eller skrape overflaten av beholderen med et metallredskap. Noen ganger er det nok å treffe beholderen til å utløse krystallisering

Krystalliseringsprosessen vil spre seg raskt gjennom hele løsningen. Varmen kommer fra det faktum at den kjemiske reaksjonen ved krystallisering er eksoterm, det vil si at den frigjør varme.

Sikkerhetstiltak

Heldigvis er ingen av de kjemiske reagensene brukt i dette eksperimentet giftige eller farlige på noen måte. Natriumacetat er heller ikke en farlig forbindelse. Faktisk brukes det som et tilsetningsstoff i næringsmiddelindustrien.

Eksperimentet krever imidlertid oppvarming av en løsning til koking og håndtering av den varme løsningen, noe som utgjør en betydelig brannfare. Dette eksperimentet bør ikke utføres uten tilsyn av voksne, og uten bruk av termiske hansker for å beskytte hendene mot varmen.

Referanser

Amokjemikalier. (nd). Kaustisk soda: hva det er, egenskaper og forholdsregler . amochemicals.com. https://www.amoquimicos.com/caracteristicas-de-la-soda-caustica

Chang, R., Manzo, Á. R., Lopez, PS, & Herranz, ZR (2020). Kjemi (10. ^utgave ). McGraw-Hill utdanning.

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

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

Redaksjonell CuídatePlus. (2020, 27. august). bikarbonat . Ta varePlus. https://cuidateplus.marca.com/alimentacion/diccionario/bicarbonato.html

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