Experimentárium - časť 1. - Ocot a sóda bikarbona

in Česky!5 months ago (edited)

Zdravím vospolok. Ako som avízoval v predchádzajúcom príspevku (vďaka za všetky vaše povzbudivé reakcie :), týmto spúšťam seriál Experimentárium zameraný na jednoduché fyzikálno-chemické experimenty, ktoré si môžte jednoducho vyskúšať aj doma a zapojiť do objavovania chémie a fyziky aj svoje deti.


experimentarium.png

Prvé tri časti budú zamerné na experimenty viac či menej súvisiace s octom a sódou bikarbonou, pričom dnešná prvá časť je venovaná samotnej reakcii octu (presnejšie kyseliny octovej) a sódy bikarbony (hydrogenuhličitanu sodného). Tu si možno poviete "To je nuda, veď to už všetci dávno poznajú, robí to bublinky.". No... poznajú ako poznajú. Ale viete naozaj, čo sa pri tejto reakcii presne deje, ako krok po kroku prebieha, aké sú všetky jej produkty a čo sa s nimi dá ďalej robiť? Na všetky tieto otázky sa postupne poskúsim odpovedať.

Zároveň by som chcel čitateľov uistiť, že ďalšie experimenty už budú menej známe a efektnejšie. Na začiatok ale potrebujeme popísať aj tento "triviálny", pretože znalosti, ktoré pri ňom získame, budeme potrebovať aj v tých nasledujúcich.

Poďme teda rovno k veci a pozrime sa najprv na reaktanty, t.j. látky, ktoré vstupujú do tejto reakcie.

Klasický kuchynský ocot pozostáva z 5 - 8 percent z kyseliny octovej (CH3COOH), zvyšok je voda. Do reakcie vstupuje práve kyselina octová, čo je tekutina s typickým octovým zápachom, ktorej molekula vyzerá nasledovne:

ch3cooh.jpg

Sóda bikarbona (hydrogenuhličitan sodný, NaHCO3), ktorá je druhým reaktantom, je zásada (podobne ako napr. hydroxid sodný). Je to tuhá látka, zvyčajne vo forme bieleho prášku, a jej molekula vyzerá približne takto:

nahco3.jpg

Čo sa teda udeje, keď zmiešame ocot so sódou bikarbonou?

Jednoduchá odpoveď by bola, že prebehne nasledovná neutralizačná chemická reakcia [1]:

NaHCO3 + CH3COOH → CH3COONa + H2O + CO2

Kyselina octová a hydrogenuhličitan sodný spolu zreagujú, pričom sa vyvorí ich soľ - octan sodný, voda a oxid uhličitý.

To je ale iba veľmi hrubý pohľad, ktorý nevystihuje všetko, čo sa pri tejto reakcii deje. Prvou vecou, ktorá tu bola zamlčaná je to, že veľmi dôležitým faktorom je tu prítomnosť vody. Tá síce medzi reaktantami nevystupuje, ale celú túto reakciu, nazvyme to, sprostredkuje. Aj kyselina octová aj hydrogenuhličitan sodný totiž vo vode disociujú, čo znamená, že sa v nej rozdelia (alebo ak chcete, veľmi hrubo povedané "rozpustia") na nasledovné ióny [1]:

NaHCO3(aq) + CH3COOH(aq) = Na+(aq) + HCO3(aq) + CH3COO(aq) + H+(aq)

, pričom (aq - aqueous solution) označuje, že tieto molekuly a ióny sú vo vodnom roztoku [2]. Je to v podstate rovnaký jav, ako keď vo vode rozpustíme kuchynskú soľ. Tá sa vo vode tiež "rozpustí" na ióny Na+(aq) a Cl(aq). V takomto disociovanom stave si jednotlivé ióny ľahko vymenia "partnerov". Pri reakcii o ktorej hovoríme si ión HCO3(aq) pochádzajúci z hydrogenuhličitanu sodného namiesto pôvodného iónu Na+(aq) "privlastní" ión H+(aq) a naopak, ión CH3COO(aq) pochádzajúci z kyseliny octovej si namiesto iónu H+(aq) "privlastní" ión Na+(aq) [1].

Ak sa pýtate, prečo by si týchto "partnerov" mali / chceli vymeniť, poctivá odpoveď na túto otázku je pomerne komplikovaná. Ostaňme preto pre jednoduchosť pri povrchnom vysvetlení, že je to pre nich energeticky výhodnejšie. Môžme ale poznamenať, že snaha zbaviť sa ióu H+ (v prípade organických kyselín konkrétne toho na konci skupiny COOH) a namiesto neho si z inej molekuly "ukoristiť" niečo iné, je typickou vlastnosťou kyselín, ktorá ich robí tak reaktívnymi.

Tu už vidíme, že reakcia, ktorú sme uviedli ako prvú, nie je až tak úplne pravdivá. Prvotná reakcia, ktorá takouto výmenou iónov prebehne, je totiž zjavne:

NaHCO3 + CH3COOH → CH3COONa + H2CO3

, kde H2CO3 je kyselina uhličitá.

Žeby teda boli vo väčšine literatúry nesprávne informácie? Nie. Často krát len vynechávajú tento medzikrok. Kyselina uhličitá je totiž pri bežných teplotách (nad -80 °C) vysoko nestabilná [3] a takmer okamžite sa rozpadá na vodu a oxid uhličitý:

H2CO3 → H2O + CO2

, čím sa dostávame späť k prvej rovnici:

NaHCO3 + CH3COOH → CH3COONa + H2O + CO2

Celkovo teda ide o neutralizačnú reakciu, kde kyselina (kyselina octová) a zásada (hydrogenuhličitan sodný) spolu zreagujú, pričom vytvoria soľ - octan sodný, vodu (ktorej tam už aj pred reakciou bola väčšina) a v tomto prípade aj oxid uhličitý, ktorého vzniká pomerne veľké množstvo a ktorý ako plyn vo forme bubliniek uniká preč.

Tým by som ukončil "teoretickú prípravu", ktorú využijeme aj v nasledujúcich dvoch dieloch Experimentária. A keď už teda vieme čo sa bude diať, poďme sa konečne pozrieť na nejaké reálne experimenty, ktoré si môžte aj sami vyskúšať.

Najtriviálnejšim experimentom je samozrejme obyčajné zmiešanie octu a sódy bikarbony. Nie je to nič dychvyrážajúce, ale aspoň to robí bublinky, ako už bolo spomenuté v úvode. Trochu zábavnejším sa dá tento experiment urobiť využitím toho, že vyššie uvedená reakcia produkuje pomerne veľké množstvo "nového" plynu - CO2. Ak táto reakcia prebieha v uzavretom objeme, nevyhnutne to vedie k nárastu tlaku, čo si môžme vyskúšať napr. uzavretím nádoby balónikom, ktorý sa potom nafukuje, prípadne použitím pevne uzatvárateľnej nádoby, ktorá kvôli tlaku vytvorenému vyprodukovaným CO2 môže eventuálne "vybuchnúť":

Poďme to ale ešte trochu vylepšiť. Stačí keď pridáme trochu saponátu, ktorý unikajúce bublinky CO2 zachytí (napr. prostriedok na umývanie riadu, tekuté mydlo, náplň do bublifuku a pod.) a z tých zopár bubliniek je zrazu obrovské množstvo peny hrnúcej sa z nádoby, v ktorej reakcia prebieha:

S bublinkami CO2 sa dá potom ďalej "čarovať" aj vďaka tomu, že oxid uhličitý je ťažší ako vzduch a zároveň nehorľavý. Ak necháme reakciu prebiehať v dostatočne veľkej nádobe, v ktorej je ešte dosť zvyšného miesta, oxid uhličitý z nej bude postupne vytláčať vzduch a bude sa v nej akumulovať. Následne ho potom môžme použiť na uhasenie horiaceho ohňa (napr. sviečky) tým, že ho na tento oheň "vylejeme". Oxid uhličitý tým totiž z priestoru kde oheň horí vytlačí kyslík, ktorého prítomnosť je nevyhnutnou podmienkou horenia. Je to zároveň čiastočným dôkazom toho, že pri reakcii vzniká CO2. Mimochodom, rovnaký princíp a dokonca aj samotné CO2 sa preto využíva v niektorých typoch hasiacich prístrojov. Domáci "hasiaci prístroj" si teda môžme urobiť napríklad takto:

Poznámka: Aby sme boli korektní, je potrebné povedať, že tento experiment nedokazuje, že pri uvedenej reakcii vzniká práve oxid uhličitý. Dokazuje ale, že jedným z jej produktov je nehorľavý plyn ťažší ako vzduch. Iný takýto plyn ako CO2 vyprodukovaný reakciou kyseliny octovej a sódy bikarbony si ale neviem veľmi predstaviť, takže pre tento účel by som tento "dôkaz" považoval za dostatočný.

So samotným octom a sódou bikarbonou už toho asi oveľa viac nevymyslíme, takže týmto by som tento diel uzavrel. Keď už ale máme túto reakciu zvládnutú, nabudúce sa bližšie pozrieme na ďalší z jej produktov - octan sodný.

Na záver ešte jedna poznámka. To, že pri tejto reakcii roztok bulinkuje, často privádza ľudí k myšlienke, že to "vrie". Opak je ale pravdou. Reakcia, ktorú sme tu dnes popísali, je endotermická, t.j. teplo sa pri nej spotrebúva a dôsledkom je, že teplota pri nej klesá. Overiť si to môžte jednoducho tak, že do octu, predtým ako do neho nasypete sódu bikarbonu, ponoríte teplomer. Teplota roztoku by počas rekacie mala klesnúť aj o niekoľko °C, ako môžme vidieť napr. v tomto videu:

Je to spôsobené druhou časťou vyššie popísanej reakcie, t.j. rozkladom kyseliny uhličitej. Na tento rozklad je totiž potrebné dodať energiu, ktorá sa musí odniekiaľ vziať. A vezme sa z tepelnej energie okolia, čím ho ochladí.

Dúfam, že vás dnešné experimety, napriek tomu že boli z kategórie tých nudnejších, zaujali a aspoň niektoré z nich si vyskúšate :)


Zdroj obrázkov molekúl:
www.primaryconnections.org.au

Literatúra:
[1] https://sciencenotes.org/chemical-equation-for-baking-soda-and-vinegar-reaction/
[2] https://en.wikipedia.org/wiki/Aqueous_solution
[3] https://en.wikipedia.org/wiki/Carbonic_acid

Sort:  

Jako děti jsme sodu a ocet dávali do kinder vajíček. A taky kypřící prášek do pečiva :) To byly výbuchy :)

Můžeš ještě přidat tag STEM, ten se hodí pro vědecký obsah ;)

Ďakujem za radu, pridám :)

!hivebits

Hivebits blends Hive's blockchain and Bitcoin's ethos. Your effort = your reward. Mine HBIT simply 1-per-day with (no space): ! hivebits or ! HBIT or ! hbit or $ hbit.
Success! You mined .9 HBIT and the user you replied to received .1 HBIT on your behalf. You can receive 100% of the HBIT by replying to one of your own posts or comments. Or, support Hivebits at the official HBIT mine | your wallet | market | tools | connect | <><

This confirmation reply will go off when Resource Credits (RCs) get low. Yet, your hivebits command will still go through and you'll get your HBIT. :)

Není zač ;)
!WINE

 5 months ago Reveal Comment

A já se ptám, proč jsem viděl jen málo takových zábavných experimentů ve škole?!

Ale odpověď asi tušim, takže je to rétorická otázka :D

Pokusov by malo byť v škole určite viac... lepšie raz vidieť, ako si 100x prečítať v učebnici. Ale zrejme na to nie je čas ak sa má prebrať všetko čo je v osnovách, a zo strany slabo platených a prepracovaných učiteľov asi tiež nemožno čakať veľkú motiváciu robiť niečo "navyše". Okrem toho školy nemajú peniaze, takže to často dopadne tak, že ak chce učiteľ urobiť nejaký experiment nad rámec toho čo by mal, potrebný materiál si musí kúpiť za vlastné.

A teď se už pokusy ve školách nedělají vůbec. Alespoň ne na té naší.

Tak to je smutné. Potom sa nedivím, že deti chémii a fyzike nerozumejú a nemajú ich radi.

Bezpečnostní předpisy. Dělat s dětmi pokus, to je zaděláno na udání na školskou inspekci. Také se už skoro nepořádají školy v přírodě. Je s tím spojena neuvěřitelná administrativa. A zejména starší učitelé už to nemají zapotřebí, a tak to nedělají.

Yay! 🤗
Your content has been boosted with Ecency Points, by @timehacker.
Use Ecency daily to boost your growth on platform!

Support Ecency
Vote for new Proposal
Delegate HP and earn more