Come fare il ghiaccio caldo con aceto e bicarbonato di sodio?

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Esiste un gran numero di esperimenti casalinghi che servono a illustrare molti degli aspetti più importanti della scienza, e in particolare della chimica. Uno di questi esperimenti è quello del ghiaccio caldo, che consiste nella cristallizzazione rapida ed esotermica di una soluzione acquosa di acetato di sodio. Successivamente, mostreremo tutto il necessario per effettuare la sintesi dell’acetato di sodio da aceto e bicarbonato di sodio, e prepareremo anche una soluzione sovrasatura di questo sale organico che, quando cristallizza, illustrerà il potere delle reazioni esotermiche.

Cos’è il ghiaccio caldo?

Nonostante ciò che suggerisce il nome, il ghiaccio caldo non è in realtà ghiaccio. Ricordiamo che il ghiaccio non è altro che il nome comune con cui è conosciuta l’acqua allo stato solido. In condizioni ambientali di temperatura e pressione, l’acqua è allo stato liquido e il suo punto di fusione è 0 °C. Alla pressione ambiente standard di 1 atmosfera, non è possibile riscaldare il ghiaccio oltre il suo punto di fusione, poiché l’eventuale calore aggiuntivo che forniamo verrà speso per sciogliere il ghiaccio anziché riscaldarlo. Per questo motivo, l’idea di produrre vero ghiaccio (acqua solida) a pressione ambiente ea temperatura ambiente, o peggio, a temperatura più alta, viola le leggi della termodinamica. In altre parole, è impossibile.

Il ghiaccio caldo è in realtà un composto chimico chiamato acetato di sodio . Questo composto è un sale organico formato da ioni acetato, che corrispondono alla base coniugata dell’acido acetico, contenuto nell’aceto che usiamo in cucina, e ioni sodio. L’acido acetico è un acido organico appartenente alla famiglia degli acidi carbossilici ed è il secondo membro più semplice di quella famiglia. Quindi, i suoi sali sono chiamati sali organici.

La formula dell’acetato di sodio può essere scritta in diversi modi. La sua formula chimica è NaC 2 H 3 O 2 . Nella forma semiespansa è scritto CH 3 COONa, e lo ione acetato è talvolta abbreviato Ac , quindi l’acetato di sodio è rappresentato come NaAc. La struttura chimica di questo composto è:

Come fare il ghiaccio caldo con aceto e bicarbonato di sodio

Nonostante questa sia la sua struttura, l’acetato di sodio cristallizza da soluzione acquosa sotto forma di sale triidrato con la formula NaC 2 H 3 O 2  · 3 H 2 O.

Reazione di sintesi dell’acetato di sodio

I sali possono essere sintetizzati in modi diversi e da diversi reagenti chimici. Uno dei modi più semplici per farlo è attraverso la reazione di neutralizzazione tra un acido con l’anione appropriato (acido acetico in questo caso) e una base contenente il catione appropriato. L’acido acetico è un acido debole che è prontamente disponibile e sicuro da maneggiare. Per quanto riguarda la base, ci sono diverse opzioni che funzionerebbero per l’acetato di sodio, ma le due più adatte sono l’idrossido di sodio (soda caustica) e il bicarbonato di sodio .

La prima base, l’idrossido di sodio, è una buona scelta per la sintesi rapida perché è una base forte che reagisce rapidamente con l’acido acetico per formare acetato di sodio, e il sottoprodotto della reazione è l’acqua, che comunque è già presente.

In questo caso la reazione chimica sarebbe:

Come fare il ghiaccio caldo con aceto e bicarbonato di sodio

Tuttavia, questa reazione ha due problemi principali. In primo luogo, sebbene l’idrossido di sodio sia facilmente reperibile, poiché è il componente principale della maggior parte dei detergenti per forno e sgrassanti caustici, è una sostanza abbastanza pericolosa che deve essere maneggiata con molta cura.

In secondo luogo, è necessario misurare attentamente le quantità di idrossido di sodio aggiunte alla soluzione e controllare il pH utilizzando una cartina di tornasole o qualcosa di simile per indicare quando tutto l’acido acetico è stato neutralizzato, poiché se viene aggiunto un eccesso su questa base, la soluzione salina può essere fortemente alcalina e pericolosa da maneggiare.

Un’alternativa più adatta e molto più sicura che offre i maggiori benefici dell’idrossido di sodio, ma nessuno degli svantaggi, è il bicarbonato di sodio. Questo sale corrisponde al sale sodico della base coniugata dell’acido carbonico. È un composto anfotero che può reagire sia con acidi che con basi ed è in grado di neutralizzare l’acido acetico, formando acetato di sodio e acido carbonico. Quest’ultimo potrebbe interferire contaminando l’acetato di sodio formatosi, ma si decompone rapidamente producendo acqua e anidride carbonica gassosa che fuoriesce rapidamente sotto forma di effervescenza visibile ad occhio nudo.

La reazione di sintesi per l’acetato di sodio utilizzando il bicarbonato di sodio è:

Come fare il ghiaccio caldo con aceto e bicarbonato di sodio

Questa è la reazione che useremo nella presente sintesi dell’acetato di sodio.

L’aceto bianco è una soluzione acquosa purificata di acido acetico che generalmente contiene tra il 3% e il 5% in massa dell’acido. Con una densità molto vicina a quella dell’acqua pura, ciò significa che 1 L di aceto contiene da 30 a 50 g circa di acido acetico. Ciò significa che per farli reagire in proporzioni stechiometriche, un litro di aceto richiede approssimativamente tra 42 ge 70 g di bicarbonato di sodio. Se trovato nella proporzione massima si formerebbero circa 113 g di acetato di sodio triidrato.

Procedimento per preparare il ghiaccio caldo in casa

reagenti

  • 1 L Aceto bianco (acido acetico ca. 5%)
  • 100 g di bicarbonato di sodio

materiali e attrezzature

  • Stufa per riscaldare.
  • Bicchiere di almeno 1,5 L di capacità. Se non ne hai uno, puoi sostituirlo con una pentola o una padella di vetro e, infine, di metallo.
  • Contenitore in vetro da 200 a 250 ml di capacità. Il contenitore deve essere molto pulito e non deve essere graffiato.
  • Bilancia da cucina, preferibilmente digitale.

Preparazione di una soluzione sovrasatura di acetato di sodio

Per sintetizzare l’acetato di sodio attenersi alla seguente procedura:

  1. Pesare il bicarbonato di sodio su una bilancia e metterlo da parte.
  2. Aggiungi l’aceto nel becher e aggiungi lentamente il bicarbonato di sodio alla soluzione in piccole porzioni, mescolando con un cucchiaio fino a quando le bollicine si fermano prima di aggiungere la porzione successiva. Questo per evitare che venga generata troppa anidride carbonica e che trabocchi sui lati del bicchiere. A questo punto l’acetato di sodio si è già formato.
  3. Portare la soluzione a ebollizione a fuoco medio e continuare a riscaldare per far evaporare l’acqua e ridurre il volume fino a quando i cristalli di acetato di sodio non compaiono ai bordi del contenitore. A questo punto il volume dovrebbe essere di circa 100-150 ml.
  4. A questo punto, aggiungere una piccola quantità di acqua (circa 5 ml dovrebbero essere sufficienti) e continuare a riscaldare fino a quando tutto il solido formatosi non sarà completamente sciolto.
  5. Trasferire con cura la soluzione calda nel secondo contenitore di vetro. Se durante il trasferimento si formano dei cristalli, riscaldare il contenitore in un bagno d’acqua bollente fino alla dissoluzione. Se i cristalli persistono, aggiungere di nuovo una piccola quantità di acqua e scaldare ancora un po’. È molto importante che non ci sia un singolo cristallo in questa soluzione prima del passaggio successivo.
  6. Coprire il contenitore contenente la soluzione con pellicola trasparente e riporlo in frigorifero, evitando di urtare o manipolare bruscamente il contenitore.

esperimenti sul ghiaccio caldo

La soluzione fredda così ottenuta è una soluzione sovrasatura di acetato di sodio che cristallizzerà rapidamente dopo qualsiasi disturbo, formando un blocco caldo di cristalli simili al ghiaccio.

  • Puoi sperimentare questa soluzione in diversi modi. Prova ad aggiungere piccoli cristalli sulla superficie e vedrai come crescono in tutte le direzioni formando bellissimi aghi.
  • Puoi anche trasferire una piccola quantità di soluzione in una capsula di Petri e in un altro contenitore di vetro poco profondo e cristalli di semi alle due estremità per vedere quali crescono più velocemente.
  • Infine, molte persone si divertono a versare lentamente la soluzione su una piccola manciata di cristalli su una superficie. Quando la soluzione cade, cristallizza formando una stalagmite verticale di acetato di sodio.

Spiegazione dell’esperimento del ghiaccio caldo

La rapida cristallizzazione dell’acetato di sodio è dovuta al fatto che la soluzione fredda preparata è una soluzione sovrasatura del sale. Ciò significa che contiene più acetato di sodio disciolto di quanto l’acqua sia in grado di dissolversi a quella temperatura. Ciò significa che la soluzione si trova in uno stato metastabile che può essere facilmente precipitato da qualsiasi disturbo che genera la formazione dei primi cristalli, o dall’aggiunta di alcuni cristalli che fungono da nuclei per la formazione di nuovi cristalli.

Questo disturbo può consistere nel seminare un piccolo cristallo sulla superficie, toccare la soluzione con un dito o graffiare la superficie del contenitore con uno strumento metallico. A volte è sufficiente colpire semplicemente il contenitore per innescare la cristallizzazione

Il processo di cristallizzazione si diffonderà rapidamente attraverso l’intera soluzione. Il calore deriva dal fatto che la reazione chimica di cristallizzazione è esotermica, cioè rilascia calore.

Misure di sicurezza

Fortunatamente, nessuno dei reagenti chimici utilizzati in questo esperimento è tossico o pericoloso in alcun modo. Anche l’acetato di sodio non è un composto pericoloso. Viene infatti utilizzato come additivo nell’industria alimentare.

Tuttavia, l’esperimento richiede il riscaldamento di una soluzione fino all’ebollizione e la manipolazione della soluzione calda, il che comporta un notevole rischio di ustione. Questo esperimento non dovrebbe essere eseguito senza la supervisione di un adulto e senza l’uso di guanti termici per proteggere le mani dal calore.

Riferimenti

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Editoriale CuídatePlus. (2020, 27 agosto). bicarbonato . Abbi curaIn più. https://cuidateplus.marca.com/alimentacion/diccionario/bicarbonato.html

Seara, B. (7 febbraio 2017). Instant Hot Ice – incredibili esperimenti . esperScience. https://www.experciencia.com/hielo-caliente/

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

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