Kis je ena najbolj uporabnih kemikalij, ki jih najdete v hiši. V bistvu gre za raztopino ocetne kisline z nizko koncentracijo, približno 5 odstotkov, ki ima kemično formulo C2H4O2, včasih zapisano kot CH3COOH za izolacijo ohlapno vezanega vodikovega iona, zaradi česar je kisel. S pH približno 2,4 je ocetna kislina dokaj jedka, vendar je v tako nizki koncentraciji kulinaričnega kisa, da ne bo težav z vlivanjem kisa na krompirček ali solato. Dva laboratorijska eksperimenta s kisom lahko dokažeta eksotermne in endotermne reakcije, ki oddajajo in absorbirajo toploto. Eden proizvaja penasti vulkan, ki je v več pogledih hladen, drugi pa ustvari zarjavelo kovino in nekaj toplote.
TL; DR (predolgo; Nisem prebral)
Eksotermna reakcija proizvaja toploto, medtem ko endotermna reakcija porablja toploto. Zmešajte sodo bikarbono in kis, da boste priča endotermni reakciji, in namočite jekleno volno v kis, da postanete eksotermni.
Poskus s penastim vulkanom
Kis združite s sodo bikarbono (natrijev bikarbonat) in izmerite temperaturo, v približno minuti pa boste ugotovili, da pade približno 4 stopinje Celzija (7,2 stopinje Fahrenheita). Čeprav padec temperature ni ravno posledica posebne reakcije med kisom in peko sode, ne bi prišlo, če jih ne bi kombinirali, zato je celoten postopek kvalificiran kot endotermičen reakcija. Kombinacija sprošča tudi plin ogljikov dioksid, ki v mešanici mehurja navzgor, da ustvari peno, ki izstopa iz posode kot lava iz vulkana.
Ta reakcija poteka v dveh korakih. V prvem ocetna kislina v kisu reagira z natrijevim bikarbonatom, da nastaneta natrijev acetat in ogljikova kislina:
NaHCO3 + HC2H3O2 → NaC2H3O2 + H2CO3
Ogljikova kislina je nestabilna in se hitro razgradi ter tvori ogljikov dioksid in vodo:
H2CO3 → H2O + CO2
Celoten postopek lahko povzamete s to enačbo:
NaHCO3 + HC2H3O2 → NaC2H3O2 + H2O + CO2
Z besedami natrijev bikarbonat in ocetna kislina tvori natrijev acetat plus vodo in ogljikov dioksid. Reakcija porabi toploto, ker je potrebna energija za razbijanje molekul ogljikove kisline v vodo in ogljikov dioksid.
Poskus rjaveče jeklene volne
Reakcija oksidacije je eksotermna, ker proizvaja toploto. Gorljivi dnevniki so izjemen primer tega. Ker je rja reakcija oksidacije, proizvede toploto, čeprav se toplota običajno prehitro razprši, da bi bila opazna. Če lahko jeklena volnena blazinica hitro rja, lahko zabeležite dvig temperature. Eden od načinov za to je, da navlažite blazinico iz jeklene volne v kisu, da odstranite zaščitni premaz z jeklenih vlaken.
V stekleno posodo položite fino blazinico iz jeklene volne in nalijte toliko kisa, da jo pokrije. Pustite, da se blazinica namaka približno minuto, nato jo odstranite in položite v drugo posodo. Konec termometra vstavite v sredino blazinice in ga opazujte približno 5 minut. Odčitki temperature se bodo povišali in morda boste opazili tudi meglo na strani posode, če uporabljate prozorno steklo. Sčasoma se temperatura ustavi, ko se jeklena vlakna prevlečejo s plastjo rje, ki blokira nadaljnjo oksidacijo.
Kaj se je zgodilo? Ocetna kislina v kisu je raztopila prevleko na vlaknih blazinice iz jeklene volne in jeklo izpostavila atmosferi. Železo v nezaščitenem jeklu je v kombinaciji s kisikom proizvedlo več železovega oksida in v tem procesu oddajalo toploto. Če blazinico spet namočite v kis in jo vrnete nazaj v suho posodo, boste videli enako dvig temperature. Ta poskus lahko ponavljate znova in znova, dokler vse železo v blazinici ne zarjavi, čeprav bi to verjetno trajalo nekaj dni.