исследование

Государственное Бюджетное Образовательное Учреждение Лицей № 281

Адмиралтейского района Санкт-Петербурга

Секция «Исследовательские работы»

«От чего надувается воздушный шарик при взаимодействии пищевой соды и столового уксуса»

Коновалова София

учащаяся 2 «А» класса

Тьютор: Чахутина

Светлана Владимировна

г. Санкт-Петербург

2014 год

Содержание:

ПАСПОРТ ПРОЕКТА:        

ВВЕДЕНИЕ        

ПИЩЕВАЯ СОДА.        

1.        История и применение        

2.        Химические свойства        

СТОЛОВЫЙ УКСУС. ИСТОРИЯ И ПРИМЕНЕНИЕ.        

ОПЫТ        

ЗАКЛЮЧЕНИЕ        

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ:        

ПРИЛОЖЕНИЕ        

Паспорт проекта:

Введение

Меня всегда восхищали маги, фокусники, волшебники, которые выступают в цирке и показывают разное волшебство. Но мама мне говорила, что за каждым волшебством стоит простое объяснение. И мне стало интересно искать такие объяснения.

Недавно я ходила на еще одно волшебное представление, связанное с наукой химией. Оно меня так поразило и захватило мой интерес, что я стала читать разные книги, связанные с химией. Но боле всего меня поразил один опыт, показанный нам в виде фокуса. Состоял он в том, что шарик надувается только от шипящей воды в бутылке. Мне стало интересно как так может быть. Задав вопрос об  этом опыте маме, я узнала, что это мог быть столовый уксус, а не простая вода. И шипение появилось не просто так, а потому что незаметно добавили  пищевую соду. Мне удалось повторить этот опыт самой. Но я все равно  не поняла, как шарик надулся, и поэтому  стала более подробно изучать этот вопрос.

Цель  исследования: выяснить происхождение газа при взаимодействии пищевой соды и столового уксуса.

Задачи исследования:

• Выяснить какие вещества выделяются при взаимодействии пищевой соды и столового уксуса и способствуют надуванию воздушного шарика;
• Где ещё это можно использовать.

Гипотеза: воздушный шарик надувается при взаимодействии пищевой соды и столового уксуса от выделяемого воздуха.

Пищевая сода.

1. История и применение

Гидрокарбонат натрия NaHCO3 (другие названия: питьевая сода, пищевая сода, бикарбонат натрия, натрий двууглекислый) — кислая соль угольной кислоты и натрия. Обыкновенно представляет собой мелкокристаллический порошок белого цвета.

Обыкновенная сода, в зависимости от способа приготовления, бывает леблановская и аммиачная.

 Аммиачная сода представляет собой более чистый продукт. Кроме того сода бывает либо в виде кальцинированной (безводной, прокаленной), либо кристаллической. Эта сода содержит 10 частей воды.
Современная пищевая сода - типичный промышленный продукт. Однако она была известна человечеству задолго до нашей эры в естественном состоянии и уже применялась в кулинарии Древнего Египта, на территории которого существовали содовые озера, выделявшие на жгучем солнце пустыни осадочную соду. Первые сведения о получении соды путем упаривания воды содовых озер относятся к 64 году нашей эры. Алхимикам всех стран вплоть до 18 века представлялась неким веществом, которое шипело с выделением какого-то газа при действии известных к тому времени кислот - уксусной и серной. Во времена римского врача Диоскорида Педания о составе соды никто не имел понятия. В 1736 году французский химик, врач и ботаник Анри Луи Дюамель де Монсо впервые смог получить из воды содовых озер очень чистую соду. Ему удалось установить, что сода содержит химический элемент «Натр». В России еще во времена Петра Первого соду называли «зодой» или «зудой» и вплоть до 1860 года ее ввозили из-за границы.
В природе сода встречается в твердом виде в небольших залежах в составе минерала трона Na2CO3 NaHCO3•2H2O, в виде раствора - в воде некоторых содовых озер и щелочных минеральных источников и в золе некоторых растений. До начала XIX в. использовалась почти исключительно природная сода, но с ростом потребления соды возникла необходимость производства соды в больших масштабах искусственным путем. В настоящее время добыча природной соды крайне мала. Имеются содовые озера, однако природная сода составляет небольшой процент в общем ее производстве. Современные содовые озёра известны в Забайкалье и в Западной Сибири; большой известностью пользуется озеро Натрон в Танзании и озеро Серлс в Калифорнии. В США природная сода удовлетворяет более 40% потребности страны в этом полезном ископаемом. В России из-за отсутствия крупных месторождений сода из минералов не добывается.

Искусственно сода была получена лишь в конце XVIII века во Франции химиком Лебланом (1791 год). Секрет получения, как тогда водилось, долго держался в тайне, вследствие чего сода стала впервые активно применяться именно во французской кулинарии, особенно во французском кондитерском производстве. И в первую очередь при изготовлении бисквитов и других французских печений, в то время как кондитерское производство в других странах - например, в Австрии - развивалось в ином направлении, с использованием других, преимущественно дрожжевых средств. Вот почему во Франции, кроме бисквитов, доминировали сухие и слоеные печенья, а в Германии и Польше, где работали французские учителя-повара, получило развитие песочное содовое тесто. В то время как Вена вплоть до XX века оставалась центром пышных кондитерских изделий и знаменита превосходным дрожжевым «венским тестом» - верхом искусного применения дрожжей в кондитерском деле.

Лишь в 1861 году бельгийский химик Э. Сольве разработал современный способ получения соды, на который во второй половине XIX - начале XX века перешли все европейские страны и США.
После Первой мировой войны и революции 1917 г. содовые кондитерские изделия получили развитие в России, в 20-30-х годах, в основном через сеть общественного питания, ибо содовое тесто дает возможность достигать одинаковости в  весе, виде, форме выпечки. А после Второй мировой войны содовые кондитерские изделия заняли в России основное место в домашнем приготовлении.

 Используется пищевая сода  в пищевой промышленности, в кулинарии, в медицине как нейтрализатор ожогов кожи и слизистых оболочек человека кислотами и снижения кислотности желудочного сока.

2. Химические свойства

Гидрокарбонат натрия - кислая натриевая соль угольной кислоты.

Реакция с кислотами.

Гидрокарбонат натрия реагирует с кислотами, с образованием соли и угольной кислоты, которая тут же распадается на углекислый газ и воду:
NaHCO3 + HCl → NaCl + H2CO3
H2CO3 → H2O + CO2↑
В кулинарии чаще встречается такая реакция с уксусной кислотой, с образованием ацетата натрия:
NaHCO3 + CH3COOH → CH3COONa + H2O + CO2↑
Сода хорошо растворяется в воде. Водный раствор питьевой соды имеет слабощелочную реакцию. Шипение соды - результат выделения углекислого газа CO2 в результате химических реакций.

Термическое разложение.

При температуре 60° C гидрокарбонат натрия распадается на карбонат натрия, углекислый газ и воду (процесс разложения наиболее эффективен при 200° C):
2NaHCO3 → Na2CO3 + H2O + CO2↑
При дальнейшем нагревании до 1000° C (например при тушении пожара порошковыми системами) полученный карбонат натрия распадается на углекислый газ и оксид натрия:
Na2CO3 → Na2O + CO2.

Физико-химические показатели.

Бикарбонат натрия представляет собой кристаллический порошок белого цвета со средним размером кристаллов 0,05 - 0,20 мм. Молекулярная масса соединения равна 84,01, плотность составляет 2200 кг/м³, насыпная плотность - 0,9 г/см³. Теплота растворения бикарбоната натрия исчисляется 205 кДж (48,8 ккал) на 1 кг NaHCO3, теплоемкость достигает 1,05 кДж/кг•К(0,249 ккал/кг•°С).

Гидрокарбонат натрия термически малоустойчив и при нагревании разлагается с образованием твердого карбоната натрия и выделением диоксида углерода, а также воды в газовую фазу:
2NaHCO3(тв.) ↔ Na2CO3(тв.) + CO2(г.) + H2O(пар) - 126 кДж (- 30 ккал) Аналогично разлагаются и водные растворы бикарбоната натрия:
2NaHCO3(р.) ↔ Na2CO3(р.) + CO2(г.) + H2O(пар) - 20,6 кДж (- 4,9 ккал) Водный раствор бикарбоната натрия имеет слабо выраженный щелочной характер, в связи с чем на животные и растительные ткани он не действует.

Растворимость гидрокарбоната натрия в воде невелика и с повышением температуры она несколько повышается: с 6,87 г на 100 г воды при 0° С до 19,17 г на 100 г воды при 80° С. 

Вследствие небольшой растворимости плотность насыщенных водных растворов бикарбоната натрия сравнительно мало отличается от плотности чистой воды.

Температура кипения (разлагается): 851° C;

Температура плавления: 270° C;

Растворимость в воде, г/100 мл при 20° C: 9.

Столовый уксус. История и применение.

Столовый уксус – это разбавленная уксусная кислота водой в различных пропорциях.

Уксусная кислота – это жидкость, без цвета, но с резким запахом и кислым вкусом. Сама уксусная кислота была известна в виде винного уксуса, то есть продукт брожения вина, ещё древним грекам.

Первое упоминание о практическом применении уксусной кислоты относится к третьему веку до н. э. Греческий ученый Теофраст впервые описал действие уксуса на металлы, приводящее к образованию различных ненатуральных цветов из меди и свинца.

В Древнем Риме готовили специально прокисшее вино в свинцовых горшках. В результате получался очень сладкий напиток, который называли «сапа». «Сапа» содержала большое количество ацетата свинца — очень сладкого вещества, которое также называют «свинцовым сахаром» или «сахаром Сатурна». Высокая популярность «сапы» была причиной хронического отравления свинцом, распространенного среди римской аристократии.

В VIII веке арабский алхимик Джабир ибн Хайян впервые получил концентрированную уксусную кислоту путем перегонки. 

Свойства уксусной кислоты меняются в зависимости от содержания в ней воды. Поэтому многие древние ученые считали, что кислота из вина и кислота, полученная искусственно, являются разными веществами. Их одинаковость была доказана немецким ученым Андреа Либавиусом и французским ученым Пьером Августом Адэ.

В разное время уксусную кислоту получали из хлорирования сероуглерода, при помощи электричества, пропущенного через некоторые вещества, и даже при помощи перегонки древесины.

Применяется в пищевой промышленности, бытовой кулинарии,  при консервации, для получения лекарств, в книгопечатании и крашении.

Опыт

Оборудование:

• Воздушный шар;
• Столовый уксус;
• Пищевая сода;
• Вода;
• Бутылка;
• Чашка, столовая ложка.

Проведение опыта (иллюстрации в приложении):

1. Беру воздушный шарик, насыпаю внутрь соду.
2. В чашку наливаю столовый уксус.
3. Из чашки выливаю уксус в бутылку с водой.
4. Надеваю шарик на бутылку.
5. Шар надувается.

Описание опыта:

Из изученного мною материала об этих веществах, я узнала, что при взаимодействии пищевой соды  с  любой кислотой выделяется летучий газ. Он называется углекислый газ. Так как он легче воды, то при смешивании соды и уксуса он поднимается вверх. Именно из-за этого происходит шипение. Когда углекислому газу в бутылке становится мало места он выходит за ее границы и давит на стенки воздушного шара. Таким образом шар и надувается.

Заключение

В ходе работы над этим исследованием я узнала об истории пищевой соды и уксусной кислоты, где могут быть использованы эти вещества в обычной жизни каждого человека. Чем они полезны обществу.

Но самое главное я поняла, что ошибалась в своих предположениях. Воздушный шарик надувался не от воздуха, как я это предполагала в своей гипотезе, а от углекислого газа, выделяемого в ходе химической реакции.

Список литературы:

1. Л.Ю.Аликберова, Б.Д.Степин, Н.С.Рукк Домашняя химия. Химия в быту и на каждый день. - М. Русское энциклопедическое товарищество, 2001г. 208стр.
2. В.А.Володин Энциклопедия для детей. Том 17. Химия. – М. Аванта+, 2001г. 643стр.
3. К. Люцис Малая детская энциклопедия. Химия. – М. Русское энциклопедическое товарищество, 2001г. 208стр.
4. В. В. Рюмин Твой кругозор. Занимательная химия. – М. Просвещение, 2011г. 144стр.
5. Л. Стрельникова Из чего все сделано? Рассказы о веществе. –М. Яуза-Пресс, 2011г. 208стр.

Интернет-ресурсы:

1. http://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%A3%D0%BA%D1%81%D1%83%D1%81%D0%BD%D0%B0%D1%8F_%D0%BA%D0%B8%D1%81%D0%BB%D0%BE%D1%82%D0%B0
2. http://ru.wikipedia.org/wiki/%C3%E8%E4%F0%EE%EA%E0%F0%E1%EE%ED%E0%F2_%ED%E0%F2%F0%E8%FF
3. http://www.xumuk.ru/encyklopedia/2/4648.html
4. http://dic.academic.ru/dic.nsf/brokgauz_efron/104376/%D0%A3%D0%BA%D1%81%D1%83%D1%81%D0%BD%D0%B0%D1%8F
5. http://www.kazedu.kz/referat/74550

Приложение