การทดลองน้ำส้มสายชูสำหรับปฏิกิริยาดูดความร้อนและคายความร้อน

น้ำส้มสายชูเป็นหนึ่งในสารเคมีที่มีประโยชน์ที่สุดที่คุณพบได้ในบ้าน โดยพื้นฐานแล้วมันเป็นสารละลายที่มีความเข้มข้นต่ำประมาณ 5 เปอร์เซ็นต์ของกรดอะซิติกซึ่งมีสูตรทางเคมี C₂โฮ₄อู๋₂, บางครั้งเขียนว่า CH₃COOH เพื่อแยกไฮโดรเจนไอออนที่ถูกผูกมัดอย่างหลวม ๆ ที่ทำให้เป็นกรด ด้วย pH ประมาณ 2.4 กรดอะซิติกค่อนข้างกัดกร่อน แต่มีความเข้มข้นต่ำในน้ำส้มสายชูสำหรับทำอาหาร ซึ่งไม่มีปัญหาในการเทน้ำส้มสายชูลงบนมันฝรั่งทอดหรือสลัดของคุณ การทดลองในห้องปฏิบัติการสองครั้งเกี่ยวกับน้ำส้มสายชูสามารถแสดงปฏิกิริยาคายความร้อนและปฏิกิริยาดูดความร้อน ซึ่งเป็นปฏิกิริยาที่ปล่อยและดูดซับความร้อนตามลำดับ ตัวหนึ่งสร้างภูเขาไฟที่ก่อตัวเป็นฟองซึ่งมีความเย็นมากกว่าวิธีอื่นๆ ในขณะที่อีกตัวสร้างโลหะขึ้นสนิมและเกิดความร้อนขึ้น

ทีแอล; DR (ยาวเกินไป; ไม่ได้อ่าน)

ปฏิกิริยาคายความร้อนทำให้เกิดความร้อนในขณะที่ปฏิกิริยาดูดความร้อนใช้ความร้อน ผสมเบกกิ้งโซดากับน้ำส้มสายชูเพื่อดูปฏิกิริยาดูดความร้อน และแช่ขนเหล็กในน้ำส้มสายชูเพื่อดูปฏิกิริยาคายความร้อน

รวมน้ำส้มสายชูกับเบกกิ้งโซดา (โซเดียมไบคาร์บอเนต) แล้ววัดอุณหภูมิ แล้วคุณจะพบว่ามันลดลงประมาณ 4 องศาเซลเซียส (7.2 องศาฟาเรนไฮต์) ในเวลาประมาณหนึ่งนาที แม้ว่าอุณหภูมิที่ลดลงไม่ได้เป็นผลมาจากปฏิกิริยาเฉพาะระหว่างน้ำส้มสายชูกับการอบ น้ำอัดลม มันจะไม่เกิดขึ้นถ้าคุณไม่ผสมมันเข้าด้วยกัน ดังนั้น กระบวนการโดยรวมจึงมีคุณสมบัติเป็นเครื่องดูดความร้อน ปฏิกิริยา. การรวมกันยังปล่อยก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์ออกมา ซึ่งฟองสบู่ขึ้นภายในส่วนผสมเพื่อสร้างโฟมที่ลอยออกมาจากภาชนะเหมือนลาวาจากภูเขาไฟ

ปฏิกิริยานี้เกิดขึ้นในสองขั้นตอน ในตอนแรกกรดอะซิติกในน้ำส้มสายชูทำปฏิกิริยากับโซเดียมไบคาร์บอเนตเพื่อผลิตโซเดียมอะซิเตทและกรดคาร์บอนิก:

NaHCO₃ + HC₂โฮ₃อู๋₂ → NaC₂โฮ₃อู๋₂ + โฮ₂CO₃

กรดคาร์บอนิกไม่เสถียร และสลายตัวอย่างรวดเร็วเพื่อสร้างคาร์บอนไดออกไซด์และน้ำ:

โฮ₂CO₃ → ฮ₂O + CO₂

คุณสามารถสรุปกระบวนการทั้งหมดด้วยสมการนี้:

NaHCO₃ + HC₂โฮ₃อู๋₂ → NaC₂โฮ₃อู๋₂ + โฮ₂O + CO₂

โซเดียมไบคาร์บอเนตบวกกรดอะซิติกผลิตโซเดียมอะซิเตทบวกน้ำบวกคาร์บอนไดออกไซด์ ปฏิกิริยานี้ใช้ความร้อนเนื่องจากต้องใช้พลังงานในการแตกโมเลกุลของกรดคาร์บอนิกให้เป็นน้ำและคาร์บอนไดออกไซด์

ปฏิกิริยาออกซิเดชันเป็นแบบคายความร้อนเพราะมันทำให้เกิดความร้อน บันทึกการเผาไหม้เป็นตัวอย่างที่ชัดเจนของสิ่งนี้ เนื่องจากการเกิดสนิมเป็นปฏิกิริยาออกซิเดชัน มันจึงสร้างความร้อน แม้ว่าความร้อนมักจะกระจายไปเร็วเกินไปที่จะสังเกตเห็นได้ หากคุณสามารถทำให้แผ่นใยเหล็กเกิดสนิมได้อย่างรวดเร็ว คุณก็บันทึกอุณหภูมิที่เพิ่มขึ้นได้ วิธีหนึ่งในการทำเช่นนี้คือการแช่แผ่นใยเหล็กในน้ำส้มสายชูเพื่อขจัดสารเคลือบป้องกันออกจากเส้นใยเหล็ก

วางแผ่นใยเหล็กละเอียดลงในภาชนะแก้วแล้วเทน้ำส้มสายชูลงไปให้พอท่วม ปล่อยให้แผ่นแช่ประมาณหนึ่งนาที จากนั้นนำออกแล้ววางลงในภาชนะอื่น สอดปลายเทอร์โมมิเตอร์เข้าไปตรงกลางแผ่นแล้วดูประมาณ 5 นาที คุณจะเห็นค่าอุณหภูมิที่เพิ่มขึ้น และคุณอาจสังเกตเห็นความขุ่นที่ด้านข้างของภาชนะหากคุณใช้กระจกใส ในที่สุดอุณหภูมิจะหยุดสูงขึ้นเมื่อเส้นใยเหล็กเคลือบด้วยชั้นของสนิม ซึ่งจะบล็อกการเกิดออกซิเดชันต่อไป

เกิดอะไรขึ้น? กรดอะซิติกในน้ำส้มสายชูละลายการเคลือบบนเส้นใยของแผ่นใยเหล็ก เผยให้เห็นเหล็กที่อยู่ใต้ชั้นบรรยากาศ เหล็กในเหล็กที่ไม่มีการป้องกันรวมกับออกซิเจนเพื่อผลิตเหล็กออกไซด์มากขึ้น และในกระบวนการนี้ ได้ปล่อยความร้อน หากคุณแช่แผ่นในน้ำส้มสายชูอีกครั้งแล้วใส่กลับเข้าไปในภาชนะที่แห้ง คุณจะเห็นว่าอุณหภูมิเพิ่มขึ้นเท่าเดิม คุณสามารถทำการทดลองนี้ซ้ำแล้วซ้ำอีกจนกว่าเตารีดในแผ่นรองจะเป็นสนิม แม้ว่าอาจต้องใช้เวลาหลายวันก็ตาม