Hur gör man varm is med vinäger och bakpulver?

Det finns ett stort antal hemexperiment som tjänar till att illustrera många av de viktigaste aspekterna av vetenskap, och speciellt kemi. Ett av dessa experiment är det med het is, som består av snabb och exoterm kristallisation av en vattenlösning av natriumacetat. Därefter visar vi allt som behövs för att utföra syntesen av natriumacetat från vinäger och natriumbikarbonat, och vi kommer också att förbereda en övermättad lösning av detta organiska salt som, när det kristalliserar, kommer att illustrera kraften i exoterma reaktioner.

Vad är het is?

Trots vad namnet antyder är het is faktiskt inte is. Låt oss komma ihåg att is inte är något annat än det vanliga namnet med vilket vatten är känt i fast tillstånd. Under omgivande temperatur- och tryckförhållanden är vattnet i flytande tillstånd och dess smältpunkt är 0 °C. Vid standardomgivningstrycket på 1 atmosfär är det inte möjligt att värma is över dess smältpunkt, eftersom all ytterligare värme vi tillför kommer att gå åt till att smälta isen istället för att värma den. Av denna anledning bryter idén om att göra sann is (fast vatten) vid omgivningstryck och vid rumstemperatur, eller ännu värre, vid en högre temperatur, termodynamikens lagar. Det är med andra ord omöjligt.

Den heta isen är faktiskt en kemisk förening som kallas natriumacetat . Denna förening är ett organiskt salt som bildas av acetatjoner, som motsvarar den konjugerade basen av ättiksyra, som finns i vinägern vi använder i köket, och natriumjoner. Ättiksyra är en organisk syra som tillhör familjen karboxylsyror och är den näst enklaste medlemmen i den familjen. Därför kallas dess salter organiska salter.

Formeln för natriumacetat kan skrivas på olika sätt. Dess kemiska formel är NaC ₂ H ₃ O ₂ . I halvexpanderad form skrivs det CH ₃ COONa, och acetatjonen förkortas ibland Ac ^– , så natriumacetat representeras som NaAc. Den kemiska strukturen av denna förening är:

Trots att detta är dess struktur kristalliserar natriumacetat från vattenlösning i form av det trihydratiserade saltet med formeln NaC ₂ H ₃ O ₂  · 3 H ₂ O.

Natriumacetatsyntesreaktion

Salter kan syntetiseras på olika sätt och från olika kemiska reagenser. Ett av de enklaste sätten att göra detta är genom neutraliseringsreaktionen mellan en syra med lämplig anjon (ättiksyra i detta fall) och en bas som innehåller lämplig katjon. Ättiksyra är en svag syra som är lättillgänglig och säker att hantera. När det gäller basen finns det flera alternativ som skulle fungera för natriumacetat, men de två mest lämpliga är natriumhydroxid (kaustiksoda) och natriumbikarbonat .

Den första basen, natriumhydroxid, är ett bra val för snabb syntes eftersom det är en stark bas som reagerar snabbt med ättiksyra för att bilda natriumacetat, och biprodukten av reaktionen är vatten. , som redan är närvarande ändå.

I detta fall skulle den kemiska reaktionen vara:

Denna reaktion har dock två stora problem. För det första, även om natriumhydroxid är lättillgänglig, eftersom det är huvudkomponenten i de flesta frätande ugnsrengöringsmedel och fettborttagare, är det ett ganska farligt ämne som måste hanteras med stor försiktighet. .

För det andra är det nödvändigt att noggrant mäta mängden natriumhydroxid som tillsätts till lösningen och pH bör kontrolleras med lackmuspapper eller något liknande för att indikera när all ättiksyra har neutraliserats, eftersom om ett överskott tillsätts. saltlösningen kan vara starkt alkalisk och farlig att hantera.

Ett lämpligare och mycket säkrare alternativ som ger de flesta fördelarna med natriumhydroxid, men ingen av nackdelarna, är bakpulver. Detta salt motsvarar natriumsaltet av den konjugerade basen av kolsyra. Det är en amfotär förening som kan reagera med både syror och baser och kan neutralisera ättiksyra och bilda natriumacetat och kolsyra. Den senare kan störa genom att förorena det bildade natriumacetatet, men det sönderdelas snabbt och producerar vatten och gasformig koldioxid som snabbt försvinner i form av en brusande som är synlig för blotta ögat.

Syntesreaktionen för natriumacetat med användning av natriumbikarbonat är:

Detta är reaktionen som vi kommer att använda i den nuvarande syntesen av natriumacetat.

Vit vinäger är en renad vattenlösning av ättiksyra som vanligtvis innehåller mellan 3 och 5 viktprocent av syran. Med en densitet mycket nära den för rent vatten betyder det att 1 L vinäger innehåller cirka 30 till 50 g ättiksyra. Det betyder att för att de ska reagera i stökiometriska proportioner krävs ungefär mellan 42 g och 70 g natriumbikarbonat för en liter vinäger. Om det finns i den maximala andelen, skulle cirka 113 g trihydratiserat natriumacetat bildas.

Procedur för att förbereda varm is hemma

reagenser

• 1 L vit vinäger (ättiksyra ca 5 %)
• 100 g bakpulver

material och utrustning

• Spis för att värma.
• Bägare med minst 1,5 L kapacitet. Om du inte har en kan du byta ut den mot en kastrull eller panna av glas och i slutändan metall.
• Glasbehållare med en kapacitet på 200 till 250 ml. Behållaren måste vara mycket ren och får inte repas.
• Köksvåg, gärna digital.

Beredning av övermättad natriumacetatlösning

Följ dessa steg för att syntetisera natriumacetat:

1. Väg upp bakpulver på en våg och ställ åt sidan.
2. Tillsätt vinägern i bägaren och tillsätt långsamt bakpulver till lösningen i små portioner, rör om med en sked tills brusandet upphör innan nästa portion tillsätts. Detta för att förhindra att för mycket koldioxid genereras och svämmar över över bägarens sidor. Vid denna tidpunkt har natriumacetatet redan bildats.
3. Koka upp lösningen på medelhög värme och fortsätt värma för att avdunsta vattnet och minska volymen tills natriumacetatkristaller visas vid kanterna av behållaren. Vid denna tidpunkt bör volymen vara cirka 100-150 ml.
4. Tillsätt nu en liten mängd vatten (cirka 5 ml borde vara tillräckligt) och fortsätt värma tills allt bildat fast ämne är helt upplöst.
5. Överför försiktigt den varma lösningen till den andra glasbehållaren. Om några kristaller bildas under överföringen, värm behållaren i ett kokande vattenbad tills de lösts upp. Om kristallerna kvarstår, tillsätt en liten mängd vatten igen och värm upp lite längre. Det är mycket viktigt att det inte finns en enda kristall i denna lösning innan nästa steg.
6. Täck behållaren som innehåller lösningen med plastfolie och ställ den i kylskåpet, undvik att slå eller hantera behållaren grovt.

experiment med het is

Den kalla lösningen som sålunda erhålls är en övermättad lösning av natriumacetat som kristalliserar snabbt efter varje störning och bildar ett hett block av kristaller som liknar is.

• Du kan experimentera med denna lösning på olika sätt. Prova att lägga till små kristaller på ytan så ser du hur de växer åt alla håll och bildar vackra nålar.
• Du kan också överföra en liten mängd lösning till en petriskål och en annan ytlig glasbehållare och frökristaller i två ändar för att se vilka som växer snabbare.
• Slutligen tycker många människor om att långsamt hälla lösningen över en liten handfull kristaller på någon yta. När lösningen faller kristalliserar den och bildar en vertikal stalagmit av natriumacetat.

Förklaring av experimentet med het is

Den snabba kristallisationen av natriumacetat beror på det faktum att den framställda kalla lösningen är en övermättad lösning av saltet. Det betyder att det innehåller mer löst natriumacetat än vad vatten klarar av att lösa upp vid den temperaturen. Detta betyder att lösningen är i ett metastabilt tillstånd som lätt kan fällas ut av alla störningar som genererar bildandet av de första kristallerna, eller genom tillsats av några kristaller som fungerar som kärnor för bildandet av nya kristaller.

Denna störning kan bestå av sådd av en liten kristall på ytan, beröring av lösningen med ett finger eller att skrapa ytan på behållaren med ett metallredskap. Ibland räcker det att bara slå i behållaren för att utlösa kristallisering

Kristallisationsprocessen kommer att spridas snabbt genom hela lösningen. Värmen kommer från det faktum att den kemiska reaktionen av kristallisation är exoterm, det vill säga den frigör värme.

Säkerhetsåtgärder

Lyckligtvis är inga av de kemiska reagensen som används i detta experiment giftig eller farlig på något sätt. Natriumacetat är inte heller en farlig förening. Faktum är att det används som tillsats i livsmedelsindustrin.

Experimentet kräver dock uppvärmning av en lösning för att koka och hantering av den heta lösningen, vilket utgör en betydande risk för brännskador. Detta experiment bör inte utföras utan övervakning av vuxen och utan att använda termiska handskar för att skydda händerna från värmen.

Referenser

Amokemikalier. (nd). Kaustiksoda: vad det är, egenskaper och försiktighetsåtgärder . amochemicals.com. https://www.amoquimicos.com/caracteristicas-de-la-soda-caustica

Chang, R., Manzo, Á. R., Lopez, PS, & Herranz, ZR (2020). Chemistry (10: ^{e upplagan} ). McGraw-Hill Education.

Experiencias. (2017, 7 februari). Omedelbar het 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/

Redaktionell CuídatePlus. (2020, 27 augusti). bikarbonat . Ta hand om digPlus. https://cuidateplus.marca.com/alimentacion/diccionario/bicarbonato.html

Seara, B. (2017, 7 februari). Instant Hot Ice – fantastiska experiment . erfarenhet. https://www.experciencia.com/hielo-caliente/