Essig ist eine der nützlichsten Chemikalien, die Sie im Haushalt finden. Es ist im Grunde eine niedrig konzentrierte Lösung von etwa 5 Prozent Essigsäure, die die chemische Formel C. hat2H4Ö2, manchmal geschrieben als CH3COOH, um das lose gebundene Wasserstoffion zu isolieren, das es sauer macht. Mit einem pH-Wert von etwa 2,4 ist Essigsäure ziemlich korrosiv, aber in Speiseessig ist sie in einer so geringen Konzentration enthalten, dass es kein Problem ist, den Essig auf Ihre Pommes oder Ihren Salat zu gießen. Zwei Laborversuche mit Essig können exotherme und endotherme Reaktionen zeigen, die Wärme abgeben bzw. aufnehmen. Einer erzeugt einen schäumenden Vulkan, der in mehr als einer Hinsicht kühl ist, während der andere verrostetes Metall und etwas Hitze erzeugt.
TL; DR (zu lang; nicht gelesen)
Eine exotherme Reaktion erzeugt Wärme, während eine endotherme Reaktion Wärme verbraucht. Mische Backpulver und Essig, um eine endotherme Reaktion zu beobachten, und weiche Stahlwolle in Essig ein, um eine exotherme Reaktion zu beobachten.
Das schäumende Vulkanexperiment
Kombinieren Sie Essig mit Backpulver (Natriumbicarbonat) und messen Sie die Temperatur, und Sie werden feststellen, dass sie in etwa einer Minute um etwa 4 Grad Celsius (7,2 Grad Fahrenheit) sinkt. Obwohl der Temperaturabfall nicht gerade auf die spezifische Reaktion zwischen Essig und Backen zurückzuführen ist Soda würde es nicht passieren, wenn Sie sie nicht kombinieren würden, daher qualifiziert sich der Gesamtprozess als endotherm Reaktion. Die Kombination setzt auch Kohlendioxid frei, das in der Mischung aufsteigt und einen Schaum erzeugt, der wie Lava aus einem Vulkan aus dem Behälter aufsteigt.
Diese Reaktion erfolgt in zwei Schritten. Im ersten reagiert die Essigsäure im Essig mit Natriumbicarbonat zu Natriumacetat und Kohlensäure:
NaHCO3 + HC2H3Ö2 → NaC2H3Ö2 + H2CO3
Kohlensäure ist instabil und zersetzt sich schnell zu Kohlendioxid und Wasser:
H2CO3 → H2O + CO2
Sie können den gesamten Prozess mit dieser Gleichung zusammenfassen:
NaHCO3 + HC2H3Ö2 → NaC2H3Ö2 + H2O + CO2
In Worten ausgedrückt ergibt Natriumbicarbonat plus Essigsäure Natriumacetat plus Wasser plus Kohlendioxid. Die Reaktion verbraucht Wärme, da Energie benötigt wird, um die Kohlensäuremoleküle in Wasser und Kohlendioxid aufzuspalten.
Das Experiment mit rostender Stahlwolle
Eine Oxidationsreaktion ist exotherm, weil sie Wärme erzeugt. Das Verbrennen von Holzstämmen ist ein extremes Beispiel dafür. Da Rosten eine Oxidationsreaktion ist, erzeugt es Wärme, obwohl die Wärme normalerweise zu schnell abgeführt wird, um wahrnehmbar zu sein. Wenn Sie jedoch ein Stahlwollepad schnell zum Rosten bringen können, können Sie den Temperaturanstieg aufzeichnen. Eine Möglichkeit, dies zu tun, besteht darin, ein Stahlwollekissen in Essig zu tränken, um die Schutzschicht von den Stahlfasern zu entfernen.
Legen Sie ein feines Stahlwollepad in einen Glasbehälter und gießen Sie so viel Essig hinein, dass es bedeckt ist. Lassen Sie das Pad etwa eine Minute einweichen, nehmen Sie es dann heraus und legen Sie es in einen anderen Behälter. Stecken Sie das Ende eines Thermometers in die Mitte des Pads und beobachten Sie es etwa 5 Minuten lang. Sie werden sehen, dass die Temperaturanzeige ansteigt, und Sie können sogar eine Nebelbildung an der Seite des Behälters feststellen, wenn Sie klares Glas verwenden. Schließlich wird die Temperatur nicht mehr steigen, da die Stahlfasern mit einer Rostschicht überzogen werden, die die weitere Oxidation blockiert.
Was ist passiert? Die Essigsäure im Essig löste die Beschichtung auf den Fasern des Stahlwollekissens auf und setzte den darunter liegenden Stahl der Atmosphäre aus. Das Eisen im ungeschützten Stahl kombiniert mit Sauerstoff zu mehr Eisenoxid und gibt dabei Wärme ab. Wenn Sie das Pad erneut in Essig tränken und wieder in den Trockenbehälter legen, sehen Sie denselben Temperaturanstieg. Sie können diesen Versuch immer wieder wiederholen, bis das gesamte Bügeleisen im Pad verrostet ist, obwohl dies wahrscheinlich mehrere Tage dauern würde.