Tabla de Contenidos
Có một số lượng lớn các thí nghiệm tại nhà dùng để minh họa nhiều khía cạnh quan trọng nhất của khoa học, đặc biệt là hóa học. Một trong những thí nghiệm này là thí nghiệm băng nóng, bao gồm sự kết tinh nhanh và tỏa nhiệt của dung dịch natri axetat. Tiếp theo, chúng tôi trình bày mọi thứ cần thiết để thực hiện quá trình tổng hợp natri axetat từ giấm và natri bicacbonat, đồng thời chúng tôi cũng sẽ chuẩn bị một dung dịch siêu bão hòa của muối hữu cơ này, khi nó kết tinh, sẽ minh họa sức mạnh của các phản ứng tỏa nhiệt.
Đá nóng là gì?
Bất chấp những gì tên gợi ý, đá nóng không thực sự là đá. Hãy nhớ rằng nước đá không gì khác hơn là tên gọi chung mà nước được biết đến ở trạng thái rắn. Trong điều kiện nhiệt độ và áp suất xung quanh, nước ở trạng thái lỏng và điểm nóng chảy của nó là 0 °C. Ở áp suất môi trường tiêu chuẩn là 1 atm, không thể làm nóng băng vượt quá điểm nóng chảy của nó, vì bất kỳ nhiệt bổ sung nào chúng tôi cung cấp sẽ được dùng để làm tan băng thay vì làm nóng nó. Vì lý do này, ý tưởng tạo ra băng thực sự (nước rắn) ở áp suất xung quanh và ở nhiệt độ phòng, hoặc tệ hơn, ở nhiệt độ cao hơn, vi phạm các định luật nhiệt động lực học. Nói cách khác, nó là không thể.
Băng nóng thực sự là một hợp chất hóa học gọi là natri axetat . Hợp chất này là một loại muối hữu cơ được hình thành bởi các ion axetat, tương ứng với bazơ liên hợp của axit axetic, có trong giấm chúng ta sử dụng trong nhà bếp và các ion natri. Axit axetic là một axit hữu cơ thuộc họ axit cacboxylic và là thành viên đơn giản thứ hai trong họ đó. Do đó, muối của nó được gọi là muối hữu cơ.
Công thức của natri axetat có thể được viết theo nhiều cách khác nhau. Công thức hóa học của nó là NaC 2 H 3 O 2 . Ở dạng bán giãn nở, nó được viết là CH 3 COONa và ion axetat đôi khi được viết tắt là Ac – , vì vậy natri axetat được biểu thị là NaAc. Cấu trúc hóa học của hợp chất này là:
Mặc dù đây là cấu trúc của nó, nhưng natri axetat kết tinh từ dung dịch nước ở dạng muối trihydrat có công thức NaC 2 H 3 O 2 · 3 H 2 O.
Phản ứng tổng hợp natri axetat
Muối có thể được tổng hợp theo nhiều cách khác nhau và từ các thuốc thử hóa học khác nhau. Một trong những cách dễ nhất để làm điều này là thông qua phản ứng trung hòa giữa một axit với anion thích hợp (axit axetic trong trường hợp này) và một bazơ chứa cation thích hợp. Axit axetic là một axit yếu có sẵn và an toàn để xử lý. Đối với bazơ, có một số tùy chọn phù hợp với natri axetat, nhưng hai tùy chọn phù hợp nhất là natri hydroxit (xút ăn da) và natri bicacbonat .
Bazơ đầu tiên, natri hydroxit, là một lựa chọn tốt để tổng hợp nhanh vì nó là một bazơ mạnh phản ứng nhanh với axit axetic để tạo thành natri axetat và sản phẩm phụ của phản ứng là nước.
Trong trường hợp này, phản ứng hóa học sẽ là:
Tuy nhiên, phản ứng này có hai vấn đề lớn. Đầu tiên, mặc dù natri hydroxit luôn sẵn có, vì nó là thành phần chính của hầu hết các chất tẩy rửa lò nướng ăn da và chất tẩy dầu mỡ, nhưng nó là một chất khá nguy hiểm phải được xử lý hết sức cẩn thận.
Thứ hai, cần phải đo cẩn thận lượng natri hydroxit được thêm vào dung dịch và độ pH phải được kiểm tra bằng giấy quỳ hoặc thứ gì đó tương tự để cho biết khi nào tất cả axit axetic đã được trung hòa, vì nếu thêm quá nhiều Trên cơ sở này, dung dịch muối có thể có tính kiềm mạnh và nguy hiểm khi xử lý.
Một giải pháp thay thế phù hợp hơn và an toàn hơn nhiều mang lại nhiều lợi ích nhất cho natri hydroxit, nhưng không có nhược điểm nào, đó là baking soda. Muối này tương ứng với muối natri của bazơ liên hợp của axit cacbonic. Nó là một hợp chất lưỡng tính có thể phản ứng với cả axit và bazơ và có khả năng trung hòa axit axetic, tạo thành natri axetat và axit cacbonic. Loại thứ hai có thể gây cản trở bằng cách làm nhiễm bẩn natri axetat được tạo thành, nhưng nó nhanh chóng phân hủy tạo ra nước và khí carbon dioxide nhanh chóng thoát ra dưới dạng sủi bọt có thể nhìn thấy bằng mắt thường.
Phản ứng tổng hợp natri axetat bằng natri bicacbonat là:
Đây là phản ứng mà chúng ta sẽ sử dụng trong quá trình tổng hợp natri axetat.
Giấm trắng là dung dịch nước tinh khiết của axit axetic thường chứa từ 3% đến 5% theo khối lượng của axit. Với tỷ trọng rất gần với tỷ trọng của nước tinh khiết, điều này có nghĩa là 1 L giấm chứa khoảng 30 đến 50 g axit axetic. Điều này có nghĩa là để chúng phản ứng theo tỷ lệ cân bằng hóa học, một lít giấm cần khoảng từ 42 g đến 70 g natri bicacbonat. Nếu được tìm thấy ở tỷ lệ tối đa, khoảng 113 g natri axetat trihydrat sẽ được tạo thành.
Quy trình chuẩn bị đá nóng tại nhà
thuốc thử
- 1 L Giấm trắng (axit axetic khoảng 5%)
- 100 g muối nở
vật liệu và thiết bị
- Bếp để sưởi ấm.
- Cốc có dung tích ít nhất 1,5 L. Nếu không có, bạn có thể thay thế bằng nồi hoặc chảo làm bằng thủy tinh và cuối cùng là kim loại.
- Bình thủy tinh dung tích 200 đến 250 mL. Hộp đựng phải rất sạch sẽ và không bị trầy xước.
- Cân nhà bếp, tốt nhất là cân kỹ thuật số.
Chuẩn bị dung dịch natri axetat quá bão hòa
Để tổng hợp natri axetat theo các bước sau:
- Cân baking soda trên cân và đặt sang một bên.
- Thêm giấm vào cốc và từ từ thêm baking soda vào dung dịch theo từng phần nhỏ, khuấy bằng thìa cho đến khi ngừng sủi bọt trước khi thêm phần tiếp theo. Điều này là để ngăn quá nhiều carbon dioxide được tạo ra và tràn qua các thành cốc. Tại thời điểm này, natri axetat đã được hình thành.
- Đun sôi dung dịch trên lửa vừa và tiếp tục đun để làm bay hơi nước và giảm thể tích cho đến khi các tinh thể natri axetat xuất hiện ở mép bình. Tại thời điểm này, thể tích nên vào khoảng 100-150 mL.
- Tại thời điểm này, thêm một lượng nước nhỏ (khoảng 5 mL là đủ) và tiếp tục đun nóng cho đến khi tất cả chất rắn tạo thành được hòa tan hoàn toàn.
- Cẩn thận chuyển dung dịch nóng vào hộp thủy tinh thứ hai. Nếu bất kỳ tinh thể nào hình thành trong quá trình truyền, hãy đun nóng bình chứa trong nồi cách thủy đang sôi cho đến khi hòa tan. Nếu tinh thể vẫn tồn tại, hãy thêm một lượng nước nhỏ và đun lâu hơn một chút. Điều rất quan trọng là không có một tinh thể nào trong dung dịch này trước bước tiếp theo.
- Đậy hộp chứa dung dịch bằng màng bọc thực phẩm và đặt vào tủ lạnh, tránh va đập hoặc cầm mạnh hộp.
thí nghiệm băng nóng
Do đó, dung dịch lạnh thu được là dung dịch natri axetat quá bão hòa sẽ kết tinh nhanh chóng sau bất kỳ sự xáo trộn nào, tạo thành một khối tinh thể nóng giống như nước đá.
- Bạn có thể thử nghiệm giải pháp này theo nhiều cách khác nhau. Hãy thử thêm các tinh thể nhỏ trên bề mặt và bạn sẽ thấy cách chúng phát triển theo mọi hướng tạo thành những chiếc kim xinh đẹp.
- Bạn cũng có thể chuyển một lượng nhỏ dung dịch vào đĩa Petri và một hộp thủy tinh nông khác và đặt hạt tinh thể ở hai đầu để xem cái nào phát triển nhanh hơn.
- Cuối cùng, nhiều người thích đổ từ từ dung dịch lên một nắm nhỏ tinh thể trên bề mặt nào đó. Khi dung dịch rơi xuống, nó kết tinh tạo thành một măng đá natri axetat thẳng đứng.
Giải thích về thí nghiệm nước đá nóng
Sự kết tinh nhanh của natri axetat là do dung dịch nguội được chuẩn bị là dung dịch quá bão hòa của muối. Điều này có nghĩa là nó chứa nhiều natri axetat hòa tan hơn nước có khả năng hòa tan ở nhiệt độ đó. Điều này có nghĩa là dung dịch ở trạng thái siêu bền có thể dễ dàng bị kết tủa bởi bất kỳ sự xáo trộn nào tạo ra sự hình thành các tinh thể đầu tiên hoặc bằng cách bổ sung một số tinh thể đóng vai trò là hạt nhân để hình thành các tinh thể mới.
Sự xáo trộn này có thể bao gồm việc gieo một tinh thể nhỏ lên bề mặt, chạm vào dung dịch bằng ngón tay hoặc làm xước bề mặt vật chứa bằng dụng cụ kim loại. Đôi khi chỉ cần chạm vào thùng chứa là đủ để kích hoạt quá trình kết tinh
Quá trình kết tinh sẽ lan nhanh qua toàn bộ dung dịch. Nhiệt đến từ thực tế là phản ứng hóa học của quá trình kết tinh tỏa nhiệt, nghĩa là nó giải phóng nhiệt.
biện pháp an ninh
May mắn thay, không có thuốc thử hóa học nào được sử dụng trong thí nghiệm này là độc hại hoặc nguy hiểm dưới bất kỳ hình thức nào. Natri axetat cũng không phải là một hợp chất nguy hiểm. Trên thực tế, nó được sử dụng như một chất phụ gia trong ngành công nghiệp thực phẩm.
Tuy nhiên, thí nghiệm yêu cầu đun nóng dung dịch đến sôi và xử lý dung dịch nóng, điều này gây ra nguy cơ bỏng đáng kể. Không nên tiến hành thí nghiệm này nếu không có sự giám sát của người lớn và không sử dụng găng tay nhiệt để bảo vệ tay khỏi nhiệt.
Người giới thiệu
hóa chất. (nd). Caustic soda: nó là gì, đặc điểm và biện pháp phòng ngừa . hóa chất.com. https://www.amoquimicos.com/caracteristicas-de-la-soda-caustica
Chang, R., Manzo, Á. R., Lopez, PS, & Herranz, ZR (2020). Hóa học ( tái bản lần thứ 10 .). Giáo dục McGraw-Hill.
Kinh nghiệm. (2017, ngày 7 tháng 2). Đá nóng tức thì . YouTube. https://www.youtube.com/watch?v=ujuwKEZevfY
Giảm giá phòng thí nghiệm. (2021). Natri axetat . phòng thí nghiệmdiscount.nl. https://www.laboratoriumdiscount.nl/en/chemicals/az/n/sodic-acetate/
Biên tập CuídatePlus. (2020, ngày 27 tháng 8). bicacbonat . Hãy cẩn thậnPlus. https://cuidateplus.marca.com/alimentacion/diccionario/bicarbonato.html
Seara, B. (2017, ngày 7 tháng 2). Đá nóng tức thì – thí nghiệm tuyệt vời . experScience. https://www.experciencia.com/hielo-caliente/