آیا تا به حال از خود پرسیده اید که چرا زمانی که یک قرص جوشان آلکا سلتزر (Alka-Seltzer) را در آب می اندازید، حباب های زیادی در آب تشکیل می شود؟
مشاهده علمي ۱۰۸
مفاهیم کلیدی: واکنش شیمیایی، مولکول، دما
مقدمه: اگر دقت کرده باشید، با انداختن قرص داخل آب، قرص با شدت زیادی در آب حل می شود. در لحظه ای که قرص شروع به حل شدن در آب می کند، یک واکنش شیمیایی شروع می شود که منجر به تولید گاز کربن دی اکسید می شود و همین تولید گاز سبب به وجود آمدن حباب ها در آب می شود. عواملی هستند که بر سرعت تولید کربن دی اکسید تأثیر گذارند و در نتیجه روی سرعت تولید حباب ها موثر هستند. در این آزمایش شما تأثیر دما را بر سرعت تولید حباب و در واقع حل شدن قرص جوشان در آب بررسی می کنید. به نظر شما دما چه تأثیری بر روی واکنش شیمیایی که منجر به تولید گاز کربن دی اکسید می شود دارد؟
پیش نیاز:
قرص آلکا سلتزر (Alka-Seltzer) دارویی است که به عنوان مسکن درد و همچنین داروی ضد اسید معده (ضد ترشی معده) استفاده می شود. داروی ضد اسید معده در واقع اسید معده را که در مواردی باعث سوزش در معده می شود خنثی می کند. مسکن استفاده شده در این قرص آسپیرین است. خاصیت ضد اسیدی آن نیز به خاطر وجود جوش شیرین یا سدیم بی کربنات در آن است. این قرص دارای افزودنی های دیگری از جمله اسید سیتریک است. اسید سیتریک یک اسید ضعیف است که علاوه بر خاصیت طعم دهندگی، دارای یون های هیدروژن در ساختار خود است که این یون ها برای واکنش شیمیایی جهت حل شدن قرص در آب لازم هستند. برای استفاده از این قرص، باید آن را به طور کامل در آب حل نمود. در این فرآیند انحلال، یک واکنش شیمیایی اتفاق می افتد که منجر به تولید مقدار زیادی گاز کربن دی اکسید-یا همان حباب هایی که به هنگام انداختن قرص در آب مشاهده می کنید-می شود.
 |
اما دلیل این اتفاق چیست؟ زمانی که قرص جوشان در آب حل می شود، سدیم بی کربنات از هم باز می شود و به سدیم و یون بی کربنات تبدیل می شود. یون های بی کربنات با یون های هیدروژنی که از اضافه کردن اسید سیتریک در قرص وجود دارند وارد واکنش می شوند و محصول این واکنش گاز کربن دی اکسید و آب خواهد بود. به این ترتیب است که با انداختن قرص جوشان آلکا سلتزر در آب، حباب ها تولید می شوند.
اما دما چه تأثیری روی این واکنش شیمیایی دارد؟ برای شروع واکنش یون های بی کربنات باید با یون های هیدروژن در جهت مناسبی که واکنش در اثر آن رخ دهد برخورد کنند. احتمال این برخورد مناسب وابسته به دماست. هرچه دمای محیط بالاتر باشد، مولکول ها سریع تر حرکت می کنند و در مقابل هرچه دما کمتر باشد آهسته تر تحرک می کنند. (درواقع دمای یک محلول، مقدار متوسط انرژی جنبشی و پتانسیلی مولکول های آن است.) به نظر شما برای افزایش سرعت یک واکنش، مولکول های واکنش دهنده باید سریع تر حرکت کنند یا آهسته تر؟ |
مواد و وسایل لازم:
دو ظرف شیشه ای شبیه به هم (همچنین می توانید از لیوان شیشه ای، لیوان پلاستیکی، بطری و یا گلدان استفاده کنید.) قاشق
یخ به مقداری که بتوانید یکی از ظرف ها را تا نیمه پر از یخ کنید.
آب شهری سرد
آب شهری داغ
دو قرص جوشان آلکا سلتزر
تایمر یا ساعت با دقت ثانیه
یک دستیار برای کمک (اختیاری)
آماده سازی:
یکی از ظرف های شیشه ای را تا نیمه پر از یخ کنید. سپس در آن آب شهری سرد بریزید به طوری که سر ظرف به ارتفاع یک اینچ خالی بماند. یخ ها را داخل آب به مدت یک دقیقه به هم بزنید تا دما در کل ظرف یکسان شود. درست قبل از شروع آزمایش باید تمام یخ ها را با قاشق از ظرف دربیاورید. حالا در ظرف دوم آب شهری داغ بریزید به طوری که سر ظرف به ارتفاع یک اینچ خالی بماند. در هنگام استفاده از آب داغ احتیاط کنید.
بعد از آماده کردن ظرف ها، آزمایش را سریع شروع کنید تا دمای آب در ظرف ها عوض نشود.
روش کار:
یک قرص جوشان آلکا سلتزر داخل آب گرم بیندازید و اندازه بگیرید که چه مدت طول می کشد تا قرص به طور کامل در آب حل شود. می توانید از دستیار خود کمک بخواهید تا این زمان را برای شما اندازه بگیرد. چقدر طول کشید تا قرص کاملاً در آب حل شود؟ شدت آزاد شدن حباب ها چقدر بود؟
حالا یک قرص جوشان را در داخل آب سرد بیندازید. (قبل از این کار تمام یخ ها را با قاشق از داخل ظرف دربیاورید.) مجدداً زمان حل شدن کامل قرص در آب را اندازه بگیرید. با کاهش دمای آب این زمان در مقایسه با حالت قبل چه تغییری کرده است؟
آیا شکل حل شدن قرص در آب سرد با آب گرم تفاوت دارد؟
به نظر شما نتایجی که به دست آورده اید چه چیزی در مورد تأثیر دما بر واکنش را نشان می دهند؟
آزمایش‌هاي تکمیلی:
چند قرص جوشان آلکا سلتزر را در آب با دماهای مختلف بیندازید و زمان حل شدن کامل هر کدام را اندازه بگیرید. یک منحنی برای زمان حل شدن آن ها در دماهای مختلف آب رسم کنید. (برای اندازه گیری دمای دقیق آب از دماسنج استفاده کنید.) برای دو برابر کردن سرعت واکنش چه تغییر دمایی لازم است؟ برای کاهش سرعت واکنش چطور، چه تغییر دمایی برای نصف کردن این زمان لازم است؟ قرص جوشان را خرد کنید و حالا سرعت حل شدن قرص کامل را با سرعت حل شدن تکه های آن مقایسه کنید. با افزایش سطح تماس قرص با آب (هرچه قرص ها به تکه های بیشتری خرد شوند سطح تماس با آب بیشتر می شود) سرعت واکنش و حل شدن آن در آب افزایش می یابد یا کاهش؟
با استفاده از این قرص می توانید برای خود یک lava lamp بسازید. برای این کار، از یک ظرف خالی مثل یک ظرف شیشه ای یا پلاستیکی شفاف و یا یک بطری دو لیتری استفاده کنید. تا ارتفاع دو اینچ در آن آب بریزید، سپس 5 قطره رنگ خوراکی به آن اضافه کنید. حال مقداری روغن گیاهی به ظرف اضافه کنید به طوری که سه چهارم حجم ظرف پر شود. در آخر، یک چهارم یک قرص آلکا سلتزر را داخل ظرف بیندازید. می توانید همین کار را در دماهای بالاتر یا پایین تر انجام دهید. (چون در این آزمایش از روغن استفاده می کنید، برای گرم یا سرد کردن محتویات ظرف خود حتماً باید از یک بزرگتر کمک بگیرید.) واکنش بی کربنات در این لامپ ها چطور به نظر می رسد؟
مشاهدات و نتیجه گیری:
آیا قرص جوشان آلکا سلتزر در آب داغ در مقایسه با آب سرد سریع تر حل شد؟ آیا حباب های تولید شده در آب داغ خیلی بیشتر از حباب های تولید شده در آب سرد بودند؟.
بعد از انداختن قرص جوشان آلکا سلتزر در آب داغ، قرص باید به سرعت در آن حل شده باشد. تقریباً 20 تا 30 ثانیه زمان لازم است تا قرص به طور کامل در آب داغ حل شود و زمان دقیق آن بستگی به دمای آب دارد
|
اگر قرص جوشان را در آب سرد بیندازید، زمان بیشتری برای حل شدن لازم دارد. بیشتر قرص ها پس از دو تا سه دقیقه در آب سرد حل می شوند و البته بعد از حدود 6 دقیقه هنوز هم حباب هایی در آب دیده می شود.
حباب هایی که قرص جوشان در آب داغ تولید می کند بسیار بیشتر از حباب هایی است که در آب سرد تولید می کند. با افزایش دما، مولکول ها سریع تر حرکت می کنند و درنتیجه احتمال برخورد مناسب بی کربنات ها و هیدروژن ها برای وقوع واکنش بیشتر می شود. در نتیجه محصول واکنش یعنی گاز کربن دی اکسید سریع تر و به مقدار بیشتری تولید می شود.
|
 |
منابع مفيد: