Jak zrobić gorący lód z octu i sody oczyszczonej?

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


Istnieje wiele domowych eksperymentów, które służą zilustrowaniu wielu najważniejszych aspektów nauki, a zwłaszcza chemii. Jednym z takich eksperymentów jest eksperyment z gorącym lodem, który polega na szybkiej i egzotermicznej krystalizacji wodnego roztworu octanu sodu. Następnie pokażemy wszystko, co niezbędne do przeprowadzenia syntezy octanu sodu z octu i wodorowęglanu sodu, a także przygotujemy przesycony roztwór tej soli organicznej, który po krystalizacji zilustruje siłę reakcji egzotermicznych.

Co to jest gorący lód?

Pomimo tego, co sugeruje nazwa, gorący lód nie jest tak naprawdę lodem. Pamiętajmy, że lód to nic innego jak potoczna nazwa, pod jaką znana jest woda w stanie stałym. W warunkach otoczenia, takich jak temperatura i ciśnienie, woda jest w stanie ciekłym, a jej temperatura topnienia wynosi 0°C. Przy standardowym ciśnieniu otoczenia wynoszącym 1 atmosferę nie jest możliwe ogrzanie lodu powyżej jego temperatury topnienia, ponieważ dodatkowe ciepło, które dostarczamy, zostanie zużyte na stopienie lodu, a nie na jego ogrzewanie. Z tego powodu pomysł wytwarzania prawdziwego lodu (stałej wody) pod ciśnieniem otoczenia i w temperaturze pokojowej lub, co gorsza, w wyższej temperaturze, narusza prawa termodynamiki. Innymi słowy, jest to niemożliwe.

Gorący lód jest w rzeczywistości związkiem chemicznym zwanym octanem sodu . Związek ten jest solą organiczną utworzoną przez jony octanowe, które odpowiadają sprzężonej zasadzie kwasu octowego, zawartej w occie, którego używamy w kuchni, oraz jony sodu. Kwas octowy jest kwasem organicznym należącym do rodziny kwasów karboksylowych i jest drugim najprostszym członkiem tej rodziny. Dlatego jego sole nazywane są solami organicznymi.

Wzór na octan sodu można zapisać na różne sposoby. Jego wzór chemiczny to NaC 2 H 3 O 2 . W formie półrozszerzonej jest zapisany jako CH 3 COONa, a jon octanowy jest czasami określany skrótem Ac , więc octan sodu jest reprezentowany jako NaAc. Struktura chemiczna tego związku to:

Jak zrobić gorący lód z octu i sody oczyszczonej

Mimo takiej budowy octan sodu krystalizuje z roztworu wodnego w postaci soli trójwodnej o wzorze NaC 2 H 3 O 2  · 3 H 2 O.

Reakcja syntezy octanu sodu

Sole można syntetyzować na różne sposoby i z różnych odczynników chemicznych. Jednym z najłatwiejszych sposobów na to jest reakcja zobojętniania między kwasem z odpowiednim anionem (w tym przypadku kwasem octowym) a zasadą zawierającą odpowiedni kation. Kwas octowy jest słabym kwasem, który jest łatwo dostępny i bezpieczny w użyciu. Jeśli chodzi o bazę, istnieje kilka opcji, które zadziałałyby w przypadku octanu sodu, ale dwie najbardziej odpowiednie to wodorotlenek sodu (soda kaustyczna) i wodorowęglan sodu .

Pierwsza zasada, wodorotlenek sodu, jest dobrym wyborem do szybkiej syntezy, ponieważ jest mocną zasadą, która szybko reaguje z kwasem octowym, tworząc octan sodu, a produktem ubocznym reakcji jest woda. , która i tak już jest obecna.

W tym przypadku reakcja chemiczna wyglądałaby następująco:

Jak zrobić gorący lód z octu i sody oczyszczonej

Jednak ta reakcja ma dwa główne problemy. Po pierwsze, chociaż wodorotlenek sodu jest łatwo dostępny, ponieważ jest głównym składnikiem większości żrących środków do czyszczenia piekarników i odtłuszczaczy, jest dość niebezpieczną substancją, z którą należy obchodzić się bardzo ostrożnie.

Po drugie, konieczne jest dokładne odmierzenie ilości wodorotlenku sodu dodanego do roztworu oraz sprawdzenie pH za pomocą papierka lakmusowego lub czegoś podobnego, aby stwierdzić, kiedy cały kwas octowy został zobojętniony, ponieważ jeśli zostanie dodany nadmiar Na tej podstawie, roztwór soli może być silnie zasadowy i niebezpieczny w obsłudze.

Bardziej odpowiednią i znacznie bezpieczniejszą alternatywą, która zapewnia najwięcej korzyści z wodorotlenku sodu, ale nie ma żadnych wad, jest soda oczyszczona. Ta sól odpowiada soli sodowej sprzężonej zasady kwasu węglowego. Jest to związek amfoteryczny, który może reagować zarówno z kwasami, jak i zasadami i jest zdolny do neutralizacji kwasu octowego, tworząc octan sodu i kwas węglowy. Ten ostatni może przeszkadzać, zanieczyszczając utworzony octan sodu, ale szybko się rozkłada, wytwarzając wodę i gazowy dwutlenek węgla, który szybko ucieka w postaci musowania widocznego gołym okiem.

Reakcja syntezy octanu sodu przy użyciu wodorowęglanu sodu to:

Jak zrobić gorący lód z octu i sody oczyszczonej

Jest to reakcja, której użyjemy w niniejszej syntezie octanu sodu.

Biały ocet jest oczyszczonym wodnym roztworem kwasu octowego, który zazwyczaj zawiera od 3% do 5% masowych kwasu. Przy gęstości bardzo zbliżonej do gęstości czystej wody oznacza to, że 1 litr octu zawiera około 30 do 50 g kwasu octowego. Oznacza to, że aby przereagowały one w proporcjach stechiometrycznych, litr octu wymaga około 42 g do 70 g wodorowęglanu sodu. Jeśli zostanie znaleziony w maksymalnej proporcji, powstanie około 113 g trójwodnego octanu sodu.

Procedura przygotowania gorącego lodu w domu

odczynniki

  • 1 L Biały ocet (kwas octowy ok. 5%)
  • 100 g sody oczyszczonej

materiały i ekwipunek

  • Piec do ogrzania.
  • Zlewka o pojemności co najmniej 1,5 l. Jeśli go nie masz, możesz zastąpić go garnkiem lub patelnią ze szkła, a docelowo z metalu.
  • Szklany pojemnik o pojemności od 200 do 250 ml. Pojemnik musi być bardzo czysty i nie może być porysowany.
  • Waga kuchenna, najlepiej cyfrowa.

Przygotowanie przesyconego roztworu octanu sodu

Aby zsyntetyzować octan sodu, wykonaj następujące kroki:

  1. Odważ sodę oczyszczoną na wadze i odłóż na bok.
  2. Dodaj ocet do zlewki i powoli małymi porcjami dodawaj do roztworu sodę oczyszczoną, mieszając łyżką, aż przestanie musować przed dodaniem kolejnej porcji. Ma to na celu zapobieżenie wytwarzaniu zbyt dużej ilości dwutlenku węgla i przelewaniu się przez ścianki zlewki. W tym momencie octan sodu już się utworzył.
  3. Doprowadź roztwór do wrzenia na średnim ogniu i kontynuuj ogrzewanie, aby odparować wodę i zmniejszyć objętość, aż na krawędziach pojemnika pojawią się kryształy octanu sodu. W tym momencie objętość powinna wynosić około 100-150 ml.
  4. W tym momencie dodaj niewielką ilość wody (około 5 ml powinno wystarczyć) i kontynuuj ogrzewanie, aż całe ciało stałe całkowicie się rozpuści.
  5. Ostrożnie przenieś gorący roztwór do drugiego szklanego pojemnika. Jeśli podczas przenoszenia utworzą się kryształy, podgrzej pojemnik we wrzącej łaźni wodnej, aż się rozpuszczą. Jeśli kryształy nie ustąpią, ponownie dodaj niewielką ilość wody i podgrzewaj jeszcze trochę. Bardzo ważne jest, aby przed następnym krokiem w tym roztworze nie było ani jednego kryształu.
  6. Przykryj pojemnik zawierający roztwór folią i umieść go w lodówce, unikając uderzania lub nieostrożnego obchodzenia się z pojemnikiem.

Eksperymenty z gorącym lodem

Otrzymany w ten sposób zimny roztwór jest przesyconym roztworem octanu sodu, który po jakimkolwiek zakłóceniu szybko krystalizuje, tworząc gorący blok kryształów przypominający lód.

  • Możesz eksperymentować z tym rozwiązaniem na różne sposoby. Spróbuj dodać małe kryształki na powierzchni, a zobaczysz, jak rosną we wszystkich kierunkach, tworząc piękne igły.
  • Możesz również przenieść niewielką ilość roztworu do szalki Petriego i innego płytkiego szklanego pojemnika i zaszczepić kryształy na dwóch końcach, aby zobaczyć, które rosną szybciej.
  • Wreszcie, wiele osób lubi powoli wylewać roztwór na niewielką garść kryształów na jakiejś powierzchni. Gdy roztwór opada, krystalizuje, tworząc pionowy stalagmit z octanu sodu.

Wyjaśnienie eksperymentu z gorącym lodem

Szybka krystalizacja octanu sodu wynika z faktu, że przygotowany zimny roztwór jest przesyconym roztworem soli. Oznacza to, że zawiera więcej rozpuszczonego octanu sodu niż woda jest w stanie rozpuścić się w tej temperaturze. Oznacza to, że roztwór znajduje się w stanie metastabilnym, który może być łatwo wytrącony przez jakiekolwiek zaburzenie, które generuje powstawanie pierwszych kryształów, lub przez dodanie niektórych kryształów, które służą jako zarodki do tworzenia nowych kryształów.

To zaburzenie może polegać na zasianiu małego kryształu na powierzchni, dotknięciu roztworu palcem lub zarysowaniu powierzchni pojemnika metalowym narzędziem. Czasami wystarczy uderzenie w pojemnik, aby wywołać krystalizację

Proces krystalizacji rozprzestrzeni się szybko w całym roztworze. Ciepło pochodzi z faktu, że reakcja chemiczna krystalizacji jest egzotermiczna, to znaczy uwalnia ciepło.

Środki bezpieczeństwa

Na szczęście żaden z odczynników chemicznych użytych w tym eksperymencie nie jest w żaden sposób toksyczny ani niebezpieczny. Octan sodu również nie jest niebezpiecznym związkiem. W rzeczywistości jest stosowany jako dodatek w przemyśle spożywczym.

Eksperyment wymaga jednak podgrzania roztworu do wrzenia i obchodzenia się z gorącym roztworem, co stwarza znaczne zagrożenie poparzeniami. Eksperymentu nie należy przeprowadzać bez nadzoru osoby dorosłej oraz bez użycia rękawic termicznych chroniących ręce przed gorącem.

Bibliografia

Amochemikalia. (nd). Soda kaustyczna: co to jest, właściwości i środki ostrożności . amochemicals.com. https://www.amoquimicos.com/caracteristicas-de-la-soda-caustica

Chang, R., Manzo, Á. R., Lopez, PS i Herranz, ZR (2020). Chemia ( wyd . 10). Edukacja McGraw-Hill.

doświadczenia. (2017, 7 lutego). Natychmiastowy gorący lód . Youtube. https://www.youtube.com/watch?v=ujuwKEZevfY

Dyskont laboratoryjny. (2021). Octan sodu . laboratoriumdiscounter.nl. https://www.laboratoriumdiscounter.nl/en/chemicals/az/n/octan sodowy/

Redakcja CuídatePlus. (2020, 27 sierpnia). wodorowęglan . UważajPlus. https://cuidateplus.marca.com/alimentacion/diccionario/bicarbonato.html

Seara, B. (2017, 7 lutego). Instant Hot Ice – niesamowite eksperymenty . Eksperymentalna nauka. https://www.experciencia.com/hielo-caliente/

-Reklama-

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

Artículos relacionados

Co oznacza LD50?

co to jest boraks