Vinäger är en av de mest användbara kemikalierna du hittar runt huset. Det är i grunden en lösning med låg koncentration, cirka 5 procent, ättiksyra, som har den kemiska formeln C2H4O2, ibland skrivet som CH3COOH för att isolera den löst bundna vätejonen som gör den sur. Med ett pH på cirka 2,4 är ättiksyra ganska frätande, men det är i en så låg koncentration i kulinarisk vinäger att det inte är något problem att hälla vinäger på dina pommes frites eller sallad. Två laboratorieexperiment som involverar ättika kan visa exoterma och endotermiska reaktioner, vilka är de som avger respektive absorberar värme. Den ena producerar en skummande vulkan som är sval på fler sätt än den andra medan den andra skapar rostig metall och lite värme.
TL; DR (för lång; Läste inte)
En exoterm reaktion producerar värme medan en endoterm reaktion förbrukar värme. Blanda bakpulver och vinäger för att bevittna en endoterm reaktion och blötlägg stålull i vinäger för att bevittna en exoterm.
Det skummande vulkanexperimentet
Kombinera ättika med bakpulver (natriumbikarbonat) och mät temperaturen, och du kommer att upptäcka att den sjunker cirka 4 grader Celsius (7,2 grader Fahrenheit) på ungefär en minut. Även om temperaturfallet inte exakt är ett resultat av den specifika reaktionen mellan vinäger och bakning läsk, det skulle inte inträffa om du inte kombinerade dem, så den övergripande processen kvalificeras som en endotermisk reaktion. Kombinationen släpper också ut koldioxidgas, som bubblar upp i blandningen för att skapa ett skum som stiger ut ur behållaren som lava från en vulkan.
Denna reaktion sker i två steg. I den första reagerar ättiksyra i ättika med natriumbikarbonat för att producera natriumacetat och kolsyra:
NaHCO3 + HC2H3O2 → NaC2H3O2 + H2CO3
Kolsyra är instabil och sönderdelas snabbt för att bilda koldioxid och vatten:
H2CO3 → H2O + CO2
Du kan sammanfatta hela processen med denna ekvation:
NaHCO3 + HC2H3O2 → NaC2H3O2 + H2O + CO2
Sagt med ord producerar natriumbikarbonat plus ättiksyra natriumacetat plus vatten plus koldioxid. Reaktionen förbrukar värme eftersom energi krävs för att bryta kolsyramolekylerna i vatten och koldioxid.
Rostande stålullsexperiment
En oxidationsreaktion är exoterm eftersom den producerar värme. Brinnande stockar är ett extremt exempel på detta. Eftersom rostning är en oxidationsreaktion producerar den värme, även om värmen vanligtvis försvinner för snabbt för att märkas. Om du kan få en stålullskud att rosta snabbt kan du dock registrera temperaturökningen. Ett sätt att göra detta är att blötlägga en stålullskudde i ättika för att ta bort den skyddande beläggningen från stålfibrerna.
Lägg en fin stålullkudde i en glasbehållare och häll i tillräckligt med ättika för att täcka den. Låt dynan blötläggas i ungefär en minut, ta sedan bort den och lägg den i en annan behållare. För in änden av en termometer i mitten av dynan och titta på den i cirka 5 minuter. Du kommer att se temperaturavläsningen stiga, och du kanske till och med märker dimmighet på sidan av behållaren om du använder klart glas. Så småningom slutar temperaturen stiga när stålfibrerna beläggs med ett rostskikt som blockerar ytterligare oxidation.
Vad hände? Ättiksyra i ättika löste upp beläggningen på fibrerna i stålullsdynan och utsatte stålet under för atmosfären. Järnet i det oskyddade stålet kombinerat med syre för att producera mer järnoxid och gav under processen värme. Om du suger dynan igen i vinäger och lägger tillbaka den i den torra behållaren ser du samma temperaturhöjning. Du kan upprepa detta experiment om och om igen tills allt järn i dynan har rostat, även om det förmodligen skulle ta flera dagar.