I. Provedení pokusu

Když ocet dostane sodu – vypění (Exotermická chemická reakce)

Pomůcky

• Kuchyňský ocet (8% roztok kyseliny octové)
• Jedlá soda (hydrogenuhličitan sodný, $NaHCO_3$)
• Sklenice (nebo kádinka)
• Teploměr (např. PASCO)
• Chemická lžička

Popis

V tomto experimentu se zaměříte na sledování bouřlivé chemické reakce a doprovodných teplotních změn, které ji provázejí. Nejprve nalijete do sklenice ocet a zaznamenáte jeho počáteční teplotu. Následně budete za stálého míchání postupně v několika dávkách přisypávat jedlou sodu. Vaším úkolem bude průběžně sledovat vývoj teploty roztoku, zaznamenat maximální změnu během reakce a vyhodnotit, zda tento divoký, bublavý děj teplo do okolí uvolňuje, nebo ho spotřebovává. 

Princip

Smícháním kuchyňského octa (zředěná kyselina octová, CH3COOH) a jedlé sody (hydrogenuhličitan sodný, NaHCO3) vyvoláte acidobazickou (neutralizační) reakci. Kyselina reaguje s uhličitanovou solí, přičemž dochází k rozpadu vazeb a vzniku nových látek – octanu sodného (CH3COONa), vody (H2O) a oxidu uhličitého (CO2). Unikající plyn CO2 způsobuje intenzivní tvorbu bublinek a pěny. Z hlediska termodynamiky je celková energetická bilance této reakce mírně exotermická, což znamená, že energie uvolněná při vzniku nových chemických vazeb je větší než energie spotřebovaná na rozbití vazeb původních. V důsledku toho se malé množství tepla uvolňuje do okolí a teplota roztoku mírně stoupá. 

Pozor!

Během pokusu dochází k rychlému vývoji plynu a roztok může prudce vypěnit. Sklenici postavte na omyvatelnou podložku nebo plastový tác. Chraňte si oči před vystříknutím kyselé pěny (ideálně použijte ochranné brýle). Vzniklý roztok po pokusu nekonzumujte. 

Postup

1. Příprava reaktantu: Do sklenice nalijte dostatečné množství octa (cca 50–100 ml) tak, aby byl konec teploměru po vložení zcela ponořen.
2. Výchozí měření: Do octa vložte teploměr, počkejte na ustálení hodnoty a zapište si počáteční teplotu kyseliny.
3. První dávka sody: Pomocí lžičky nasypte do octa první menší dávku jedlé sody.
4. Míchání a sledování: Směs ihned začněte opatrně promíchávat teploměrem. Sledujte bouřlivou reakci, tvorbu pěny a vývoj teploty na displeji.
5. Postupné dosypávání: Jakmile první pěna mírně opadne, přisypte v několika dalších dávkách zbytek sody a pokračujte v míchání, dokud roztok nepřestane reagovat.
6. Záznam maxima: Zaznamenejte nejvyšší (maximální) dosaženou teplotu během reakce, porovnejte ji s počáteční hodnotou a vyhodnoťte výsledek.

Poznámky

K zamyšlení: Co se stane, když se setká „Krtek“ (hydroxid sodný) a ocet? Reakce bude ještě mnohem dramatičtější! Dokázali byste odhadnout, zda bude uvolněné teplo větší, nebo menší než u jedlé sody?

Zajímavost: Reakce octa a sody se v domácích pokusech často využívá k modelování „chemické sopky“. Když se do octa přidá kapka jaru a červené potravinářské barvivo, jedlá soda vytvoří hustou, pomalu přetékající pěnu, která věrně připomíná tekoucí lávu.

Rozšíření: Žáci mohou zkusit zachytit uvolňovaný oxid uhličitý tak, že na hrdlo láhve s octem po vhození sody rychle natáhnou balónek. Unikající plyn balónek sám nafoukne.

Provázanost

Pokus navazuje na sérii experimentů „Je ti to šumák!“. Zde však žáci nepoužívají hotovou kupovanou tabletu, nýbrž kombinují dvě samostatné a běžně dostupné suroviny z kuchyně, čímž si přímo potvrzují princip neutralizačních reakcí doprovázených vývojem plynu a tepla. 

II. Pracovní list – protokol

Když ocet dostane sodu – vypění (Exotermická chemická reakce)

Jméno: _____________________________ Datum: ___________

Pojmy

Vyjmenujte klíčové fyzikální pojmy, se kterými jsme se dnes seznámili.

Chemická reakce, reaktanty, produkty, exotermický děj, kyselina octová, hydrogenuhličitan sodný, oxid uhličitý, neutralizace. 

Poučka

Jakou zákonitostí chceme ověřit? Napište sem vzorec, definici, nebo fyzikální poučku, kterou ověřujeme.

Při exotermické chemické reakci se z reaktantů uvolňuje chemická energie a mění se na teplo, které ohřívá okolní roztok. 

Badatelská hypotéza: Pokud smícháme kuchyňský ocet s jedlou sodou, dojde k bouřlivé reakci s vývojem plynu, přičemž teplota roztoku mírně stoupne, protože se jedná o exotermický děj. 

Pozorování

Nezávislá proměnná (Co jsme v pokusu ovlivňovali)

Jakou veličinu v pokusu měníme?

Množství přisypané jedlé sody do fixního objemu octa a časový průběh reakce. 

Čím jsme změnu měřili a kontrolovali? 

Sodu jsme dávkovali postupně po lžičkách. 

Závislá proměnná (Co jsme z pokusu vypozorovali)

Jaká veličina se v pokusu mění? 

Teplota chemického roztoku ve sklenici a intenzita tvorby bublinek plynu. 

Čím jsme tyto změny měřili? 

Digitálním teploměrem. Tvorbu plynu (šumění) vizuálně a sluchově. 

Poznatek

Co jsme zjistili? Naměřená závislost obou proměnných. Vlastními slovy vyjádřete, co jste v pokusu (ne)ověřili.

Po vhození jedlé sody do octa začala kapalina divoce pěnit a šumět v důsledku uvolňování oxidu uhličitého. Teploměr zaznamenal mírný nárůst teploty (např. o 1 až 2 °C oproti výchozímu stavu). Tím jsme ověřili, že reakce mezi kyselinou octovou a hydrogenuhličitanem sodným je exotermickým dějem, byť s poměrně nízkým efektem oteplení.

(Pokud pokus „nevyšel“ podle teoretického očekávání a teplota naopak mírně klesla, mohlo to být způsobeno tím, že uvolňovaný plyn s sebou při prudkém úniku zanesl velké množství tepla vaporizací – odpařením mikrokapiček vody, případně byla soda skladována v chladu).

Praxe

Kde se s tímto principem setkáme v běžném životě?

Tuto reakci využívají naši rodiče v kuchyni při pečení. Jedlá soda se přidává do těst (která obsahují kyselé složky, např. podmáslí, jogurt či citrónovou šťávu) jako kypřicí prášek. Uvolněné bublinky oxidu uhličitého těsto krásně nadýchají a zvětší jeho objem.

Kombinace octa a sody je také extrémně populární a ekologický domácí čistič. Používá se k odstraňování vodního kamene, čištění připálených hrnců nebo k uvolnění mírně ucpaných kuchyňských odpadů, kde mechanická síla vznikající pěny pomáhá uvolnit nečistoty.