Hogyan készítsünk forró jeget ecettel és szódabikarbónával?

Artículo revisado y aprobado por nuestro equipo editorial, siguiendo los criterios de redacción y edición de YuBrain.

Számos otthoni kísérlet létezik, amelyek a tudomány, különösen a kémia számos legfontosabb szempontjának illusztrálására szolgálnak. Az egyik ilyen kísérlet a forró jég, amely nátrium-acetát vizes oldatának gyors és exoterm kristályosításából áll. Ezután bemutatunk mindent, ami a nátrium-acetát ecetből és nátrium-hidrogén-karbonátból történő szintéziséhez szükséges, és ebből a szerves sóból egy túltelített oldatot is készítünk, amely kristályosodva szemlélteti az exoterm reakciók erejét.

Mi az a forró jég?

Annak ellenére, amit a név sugall, a forró jég valójában nem jég. Emlékezzünk arra, hogy a jég nem más, mint az a köznév, amellyel a vizet szilárd állapotban ismerik. Környezeti hőmérséklet és nyomás mellett a víz folyékony halmazállapotú, olvadáspontja 0 °C. Normál 1 atmoszféra környezeti nyomáson nem lehet a jeget az olvadáspontja fölé melegíteni, mivel az általunk szolgáltatott további hőt inkább a jég olvasztására, mint melegítésére fordítjuk. Emiatt az az elképzelés, hogy valódi jeget (szilárd vizet) készítsenek környezeti nyomáson és szobahőmérsékleten, vagy ami még rosszabb, magasabb hőmérsékleten, sérti a termodinamika törvényeit. Más szóval, lehetetlen.

A forró jég valójában egy nátrium-acetát nevű kémiai vegyület . Ez a vegyület egy szerves só, amelyet a konyhában használt ecetben található ecetsav és nátriumionok konjugált bázisának megfelelő acetát ionok képeznek. Az ecetsav a karbonsavak családjába tartozó szerves sav, és ennek a családnak a második legegyszerűbb tagja. Ezért sóit szerves sóknak nevezik.

A nátrium-acetát képlete többféleképpen írható fel. Kémiai képlete NaC 2 H 3 O 2 . Félig kitágított formában CH 3 COONa-nak írják , az acetát iont pedig néha Ac – nak rövidítik , így a nátrium-acetátot NaAc-nak jelölik. Ennek a vegyületnek a kémiai szerkezete a következő:

Hogyan készítsünk forró jeget ecettel és szódabikarbónával

Ennek ellenére a nátrium-acetát vizes oldatból NaC 2 H 3 O 2  · 3 H 2 O képletű trihidratált só formájában kristályosodik ki.

Nátrium-acetát szintézis reakciója

A sókat különböző módon és különböző kémiai reagensekből lehet szintetizálni. Ennek egyik legegyszerűbb módja a megfelelő anionnal rendelkező sav (jelen esetben ecetsav) és a megfelelő kationt tartalmazó bázis közötti semlegesítési reakció. Az ecetsav egy gyenge sav, amely könnyen hozzáférhető és biztonságosan kezelhető. Ami az alapot illeti, több lehetőség is működik a nátrium-acetát esetében, de a két legalkalmasabb a nátrium-hidroxid (marónátron) és a nátrium-hidrogén- karbonát .

Az első bázis, a nátrium-hidroxid jó választás a gyors szintézishez, mert ez egy erős bázis, amely gyorsan reagál az ecetsavval, és nátrium-acetátot képez, és a reakció mellékterméke a víz, ami amúgy is jelen van.

Ebben az esetben a kémiai reakció a következő lenne:

Hogyan készítsünk forró jeget ecettel és szódabikarbónával

Ennek a reakciónak azonban két fő problémája van. Először is, bár a nátrium-hidroxid könnyen hozzáférhető, mivel a legtöbb maró hatású sütőtisztító és zsíroldó fő összetevője, meglehetősen veszélyes anyag, amelyet nagyon óvatosan kell kezelni.

Másodszor, gondosan meg kell mérni az oldathoz hozzáadott nátrium-hidroxid mennyiségét, és ellenőrizni kell a pH-t lakmuszpapírral vagy valami hasonlóval, amely jelzi, hogy az összes ecetsavat semlegesítették, mivel ha felesleget adnak hozzá. a sóoldat erősen lúgos lehet és veszélyes a kezelése.

A szódabikarbóna egy alkalmasabb és sokkal biztonságosabb alternatíva, amely a legtöbb előnyt nyújtja a nátrium-hidroxidnak, de egyik hátránya sem. Ez a só a szénsav konjugált bázisának nátriumsójának felel meg. Amfoter vegyület, amely savakkal és bázisokkal is reagálhat, és képes semlegesíteni az ecetsavat, nátrium-acetátot és szénsavat képezve. Ez utóbbi zavarhatja a képződött nátrium-acetát szennyeződését, de gyorsan lebomlik, vizet és gáznemű szén-dioxidot termelve, amely szabad szemmel látható pezsgés formájában gyorsan távozik.

A nátrium-acetát szintézisreakciója nátrium-hidrogén-karbonát felhasználásával a következő:

Hogyan készítsünk forró jeget ecettel és szódabikarbónával

Ezt a reakciót fogjuk alkalmazni a nátrium-acetát jelenlegi szintézisében.

A fehér ecet ecetsav tisztított vizes oldata, amely általában 3-5 tömeg% savat tartalmaz. A tiszta víz sűrűségéhez nagyon közeli sűrűséggel ez azt jelenti, hogy 1 liter ecet körülbelül 30-50 g ecetsavat tartalmaz. Ez azt jelenti, hogy ahhoz, hogy sztöchiometrikus arányban reagáljanak, egy liter ecethez körülbelül 42-70 g nátrium-hidrogén-karbonátra van szükség. Ha a maximális arányban megtalálható, körülbelül 113 g trihidratált nátrium-acetát képződne.

A forró jég otthoni elkészítésének eljárása

reagensek

  • 1 l fehér ecet (ecetsav kb. 5%)
  • 100 g szódabikarbóna

anyagok és felszerelések

  • Tűzhely melegíteni.
  • Legalább 1,5 literes főzőpohár. Ha nem rendelkezik ilyennel, lecserélheti üvegből és végső soron fémből készült edényre vagy serpenyőre.
  • 200-250 ml-es üvegtartály. A tartálynak nagyon tisztának kell lennie, és nem szabad megkarcolódnia.
  • Konyhai mérleg, lehetőleg digitális.

Túltelített nátrium-acetát oldat készítése

A nátrium-acetát szintéziséhez kövesse az alábbi lépéseket:

  1. Mérjük ki a szódabikarbónát egy mérlegen, és tegyük félre.
  2. Adja hozzá az ecetet a főzőpohárba, és lassan, kis részletekben adjuk hozzá a szódabikarbónát az oldathoz, egy kanállal keverjük addig, amíg a pezsgés abbamarad, mielőtt hozzáadnánk a következő adagot. Ezzel elkerülhető, hogy túl sok szén-dioxid képződjön és túlcsorduljon a főzőpohár oldalain. Ezen a ponton a nátrium-acetát már kialakult.
  3. Forraljuk fel az oldatot közepes lángon, és folytassuk a melegítést, hogy a víz elpárologjon, és csökkentsük a térfogatot, amíg nátrium-acetát kristályok nem jelennek meg az edény szélein. Ezen a ponton a térfogatnak körülbelül 100-150 ml-nek kell lennie.
  4. Ekkor adjon hozzá egy kis mennyiségű vizet (kb. 5 ml elegendőnek kell lennie), és folytassa a melegítést, amíg az összes képződött szilárd anyag teljesen fel nem oldódik.
  5. Óvatosan vigye át a forró oldatot a második üvegedénybe. Ha az átvitel során kristályok képződnek, melegítse fel a tartályt forrásban lévő vízfürdőben, amíg fel nem oldódik. Ha a kristályok továbbra is megmaradnak, adjunk hozzá ismét egy kis vizet, és melegítsük tovább. Nagyon fontos, hogy a következő lépés előtt egyetlen kristály se legyen ebben az oldatban.
  6. Fedje le az oldatot tartalmazó tartályt műanyag fóliával, és helyezze a hűtőszekrénybe, elkerülve a tartály ütését vagy durva kezelését.

forró jégkísérletek

Az így kapott hideg oldat nátrium-acetát túltelített oldata, amely bármilyen zavarás után gyorsan kristályosodik, és jéghez hasonló forró kristálytömböt képez.

  • Ezzel a megoldással többféleképpen kísérletezhet. Próbáljon kis kristályokat hozzáadni a felülethez, és látni fogja, hogyan nőnek minden irányban, gyönyörű tűket képezve.
  • Egy kis mennyiségű oldatot átvihet egy Petri-csészébe és egy másik sekély üvegedénybe és két végén magkristályokba, hogy megnézze, melyik nő gyorsabban.
  • Végül sokan élvezik, ha lassan ráöntik az oldatot egy kis marék kristályra valamilyen felületen. Ahogy az oldat leesik, kikristályosodik, és nátrium-acetát függőleges sztalagmitját képezi.

A forró jég kísérlet magyarázata

A nátrium-acetát gyors kristályosodása annak köszönhető, hogy az előállított hideg oldat a só túltelített oldata. Ez azt jelenti, hogy több oldott nátrium-acetátot tartalmaz, mint amennyit a víz képes ezen a hőmérsékleten feloldani. Ez azt jelenti, hogy az oldat metastabil állapotban van, amely könnyen kicsapódhat bármilyen zavarással, amely az első kristályok képződését generálja, vagy néhány olyan kristály hozzáadásával, amelyek magként szolgálnak az új kristályok kialakulásához.

Ez a zavar abból állhat, hogy egy kis kristályt oltunk a felületre, megérintjük az oldatot egy ujjal, vagy megkarcoljuk a tartály felületét egy fém eszközzel. Néha elég a tartály megütése a kristályosodás elindításához

A kristályosodási folyamat gyorsan terjed a teljes oldatban. A hő abból adódik, hogy a kristályosodás kémiai reakciója exoterm, azaz hőt bocsát ki.

Biztonsági intézkedések

Szerencsére a kísérletben használt kémiai reagensek egyike sem mérgező vagy veszélyes. A nátrium-acetát szintén nem veszélyes vegyület. Valójában adalékanyagként használják az élelmiszeriparban.

A kísérlethez azonban az oldatot forrásig kell melegíteni, és a forró oldatot kell kezelni, ami jelentős égési veszélyt jelent. Ezt a kísérletet nem szabad felnőtt felügyelete nélkül elvégezni, és hővédő kesztyű használata nélkül, amely megvédi a kezet a hőtől.

Hivatkozások

Amokémiai anyagok. (nd). Marónátron: mi az, jellemzők és óvintézkedések . amochemicals.com. https://www.amoquimicos.com/caracteristicas-de-la-soda-caustica

Chang, R., Manzo, Á. R., Lopez, PS és Herranz, ZR (2020). Kémia (10. kiadás ). McGraw-Hill oktatás.

Experciencias. (2017, február 7.). Azonnali forró jég . Youtube. https://www.youtube.com/watch?v=ujuwKEZevfY

Laboratóriumi diszkont. (2021). Nátrium-acetát . laboratoriumdiscounter.nl. https://www.laboratoriumdiscounter.nl/en/chemicals/az/n/sodic-acetate/

Szerkesztői CuídatePlus. (2020, augusztus 27.). bikarbonát . Vigyázz Plusz. https://cuidateplus.marca.com/alimentacion/diccionario/bicarbonato.html

Seara, B. (2017, február 7.). Instant Hot Ice – csodálatos kísérletek . tapasztalat Tudomány. https://www.experciencia.com/hielo-caliente/

Israel Parada (Licentiate,Professor ULA)
Israel Parada (Licentiate,Professor ULA)
(Licenciado en Química) - AUTOR. Profesor universitario de Química. Divulgador científico.

Artículos relacionados