Удивительная химия

Пекарский порошок продают в готовом виде в пакетиках, но если есть необходимые компоненты, его можно приготовить самостоятельно. Обычно на один килограмм муки берут две-четыре чайные ложки пекарского порошка. Более подробно об этом написано в книгах по кулинарии и домоводству.

Теперь, узнав кое-что об уксусе и соде, можно приступить к анализу. Чтобы вы лучше поняли его основную идею, проведите такой интересный опыт. Возьмите несколько одинаковых резиновых шариков и столько же небольших баночек (баночки должны иметь горлышко, на которое можно было бы легко натянуть шарик). На каждой баночке напишите ее номер. Будет хорошо, если таких шариков и баночек у вас наберется 7–8 пар. Чтобы резина шариков стала более податливой, шарики лучше предварительно надуть, а потом выпустить из них воздух. В каждую баночку залейте уксус; в первую (с номером I) — две чайные ложки, во вторую — четыре чайные ложки, в третью — шесть и т. д. Постарайтесь, чтобы все ложки были наполнены одинаково, а чтобы не пролить уксус, воспользуйтесь небольшой воронкой.

Промойте воронку водой, высушите ее и насыпьте через воронку' в каждый шарик ровно по одной чайной ложке питьевой соды (без верха); постарайтесь, чтобы соды в каждом шарике оказалось одинаковое количество.

Осторожно натяните шарики на баночки, чтобы сода не попала в уксус раньше времени. Для лучшего уплотнения туго обвяжите несколько раз крепкой ниткой горлышко банки с натянутым на нее шариком. Встряхивая резинки, добейтесь, чтобы сода из каждого шарика попала в банку (не обязательно это делать сразу со всеми шариками). Начнется вспенивание и выделение углекислого газа, который будет раздувать шарики (рис. 4.2).

_{Рис. 4.2. Химическая реакция между питьевой содой и уксусом сопровождается выделением углекислого газа, который раздувает шарик}

Пока идет реакция, подумайте, какой шарик раздуется меньше, а какой — больше всех? Если кто-то думает, что сильнее всех раздуется шарик над последней баночкой, где было больше всего уксуса, то он ошибается. Ведь если бы это было так, то, добавив к чайной ложке соды не несколько ложек, а целую банку уксуса, мы бы получили еще больше газа. А если бы добавили ведро уксуса? А бочку?

Очевидно, что если к чайной ложке соды постепенно добавлять уксус, то с какого-то момента углекислый газ перестанет выделяться: это произойдет, когда израсходуется вся сода. А дальше лей уксус, не лей — ничего уже не изменится. Первый шарик раздулся слабее всех, так как много соды в баночке осталось неиспользованной: уксуса не хватило, чтобы вся сода с ним прореагировала. Почему так? Ведь уксуса как будто было больше — две чайные ложки, а соды — только одна. Но, во-первых, сода тяжелее уксуса, и в чайную ложку ее помещается (по массе) больше. Во- вторых. вещества вступают в химические реакции в соответствии с количеством молей в них. В третьих (и здесь это главное), уксус — это не чистая уксусная кислота, а сильно разбавленная.

Один моль питьевой соды (84 г) реагирует ровно с одним модем уксусной кислоты (60 г). В чайной ложке помещается примерно 7 г питьевой соды, т. е. 7 г:84 г/моль = 1/12 моль. Воды же или уксуса в чайной ложке всего 5 г. Если бы это была чистая уксусная кислота, то в ложке было бы столько же молей уксусной кислоты, сколько и соды (5 г:60 г/моль = 1/12 моль). Тогда первая же ложка с кислотой полностью прореагировала бы с содой, и все шарики раздулись бы одинаково, потому что во всех баночках оказался бы большой избыток кислоты по сравнению с содой. В химических расчетах это очень важное понятие — вещество, находящееся в избытке.

Но у нас была не чистая уксусная кислота, а ее слабый раствор — столовый уксус. Например, если бы это был 10 %-ный уксус, то его понадобилось бы для полной реакции с содой уже в 10 раз больше, чем чистой уксусной кислоты, т. с. 10 чайных ложек. В таком случае полностью реакция прошла бы только в 5-й баночке, в которой как раз было 10 ложек уксуса. В первой баночке, где было только две чайные ложки уксуса, его не хватило для реакции; здесь был избыток соды. Во второй баночке (4 ложки уксуса) сода тоже была в избытке, но се в реакцию вступило больше, так как больше налили уксуса. Значит, газа выделилось вдвое больше, и шарик раздулся сильнее. (Только его диаметр увеличился, конечно, не вдвое, так как увеличению диаметра в 2 раза соответствует увеличение объема в 2³ = 8 раз.) В третьей баночке газа выделилось по объему уже в 3 раза больше, чем в первой, в четвертой — в 4 раза, в пятой — в 5 раз. А дальше объем шариков будет оставаться постоянным, потому что, начиная с шестой баночки, сода вся израсходовалась (как говорят химики, прореагировала).

Все эти рассуждения относились к 10 %-ному уксусу. Если бы он был слабее, то шарики перестали бы увеличиваться в объеме, начиная с 6-го или даже с 7-го. Более точно определить концентрацию уксуса вам поможет второй опыт.