В данной работе рассмотрен опыт по химическому взаимодействию лимонной кислоты и гидрокарбоната натрия (пищевой соды). Для проведения опыта использовался набор «Бурлящая лава» из серии «Основы естествознания» (производство ООО «Каррас», Россия). Однако всё необходимое оборудование и препараты можно купить в обычном магазине. Подобного рода «домашние опыты» могут стимулировать интерес детей к науке и овладению новыми знаниями.
Ключевые слова: химия, пищевая сода, гидрокарбонат натрия, лимонная кислота, угольная кислота, цитрат натрия, Е331
Пищевая сода (питьевая сода, сода двууглекислая, гидрокарбонат натрия, бикарбонат натрия, натрий двууглекислый) — это вещество, которое присутствует на кухне практически у любой хозяйки. Применяется в кулинарии, как моющее и чистящее средство. Может использоваться как средство от изжоги, так как снижает кислотность желудочного сока. Другими словами, это доступное, недорогое и относительно безопасное вещество. Однако с помощью «обыкновенной» соды можно проводить несложные, но наглядные и безопасные химические опыты. Такие опыты могут стать первыми шагами ребенка в науку.
В данной работе был произведен опыт по взаимодействию гидрокарбоната натрия и лимонной кислоты. Приведены условия взаимодействия, определены продукты реакции. Рассмотрены области применения реакции и ее продуктов в пищевой промышленности.
МЕТОДЫ
Оборудование и материалы: банка с растительным маслом; лимонная кислота (химическая формула — С6Н8О7); гидрокарбонат натрия (химическая формула — NaHCO3), стаканчик; вода; краситель (набор «Бурлящая лава» от ООО «Каррас» [1].
Алгоритм проведения опыта:
- В стаканчике смешиваются порошки лимонной кислоты и гидрокарбоната натрия (рис. 1). В порошкообразной форме они не взаимодействуют друг с другом
- Смесь высыпается в банку с растительным маслом (рис. 2). В масле гидрокарбонат натрия и лимонная кислота не реагируют друг с другом, так как они в нем не растворяются.
- Стаканчик заполняется водой на 2/3 (100–150 мл) и добавляется 10–15 капель красителя (рис. 3). В данной работе использовался краситель из набора «Каррас». Однако в домашних условиях в качестве красителя можно использовать, например, свекольный отвар.
- Стаканчик с водой выливается в банку с маслом и смесью порошков. Наблюдение происходящего процесса (рис. 4).
Рис. 1. Порошки лимонной кислоты и гидрокарбоната натрия
Рис. 2. Смесь лимонной кислоты и соды, банка с маслом
Рис. 3. Вода с красителем
Рис. 4. Процесс взаимодействия гидрокарбоната натрия и лимонной кислоты
РЕЗУЛЬТАТЫ
Проделав операции по вышеописанному алгоритму, наблюдаем реакцию взаимодействия гидрокарбоната натрия и лимонной кислоты (рис. 4). Визуально наблюдается образование пузырьков газа (углекислый газ СО2), которые увлекают окрашенную воду вверх. После выхода газа в воздух вода вновь устремляется вниз, т. к. она тяжелее масла (плотность масла порядка 900 кг/м3, плотность воды — 1000 кг/м3).
Поясним этот процесс. Для того чтобы началась реакция между гидрокарбонатом натрия и лимонной кислотой необходим их перевод в ионную форму. Для этого они растворяются в воде. В нашем случае дело происходило следующим образом. После того как смесь порошков была засыпана в банку с маслом она «осела» на ее дне. После добавления подкрашенной воды, она, как вещество тяжелее масла, ушла на дно банки и, постепенно растворяя смесь реагирующих порошков, поддерживала реакцию. Происходил этот процесс до полного исчезновения смеси порошков (рис. 5). После того как процесс полностью прекращается, происходит разделение несмешивающихся жидкостей (масла и воды). Более плотная жидкость (вода) располагается снизу, менее плотная — сверху (между ними — четкая граница раздела) (рис 5).
Рис. 5. Состояние после полного прекращения процесса (вверху банки — масло, внизу подкрашенная вода)
Рассмотрим происходящую реакцию на «химическом языке. В ходе реакции гидрокарбоната натрия и лимонной кислоты образуется угольная кислота (
) и цитрат натрия (
). Химическая формула этой реакции выглядит следующим образом:
.(1)
Угольная кислота практически сразу распадается на воду и углекислый газ:
.(2)
Таким образом, углекислый газ и является тем самым газом, который, образуя пузырьки, увлекает за собой подкрашенную воду. Благодаря ему и образуется «бурлящая лава».
Еще одним из продуктов реакции является цитрат натрия. Цитратами называются соли и эфиры лимонной кислоты. Цитрат натрия имеет солено-кислый вкус и используется, например, в пищевой промышленности [2] как приправа (специя) или как консерванта, эмульгатора или стабилизатора (пищевая добавка Е331). С помощью цитрата натрия управляют кислотностью блюд (например, десертов на основе желатина), регулируют уровень кислотности в кофе-машинах. Цитрат натрия часто входят в состав газированных напитков, а также напитков, имеющих вкус лайма или лимона. Также используется в производстве пастилы, суфле, мармелада, плавленых сыров, детского питания, йогуртов и сухого молока. В молочном производстве ее применяют для получения стерилизованного и пастеризованного молока или кисломолочных продуктов, а также молочных консервов, при изготовлении которых требуется длительное нагревание молока.
Цитрат натрия также используется в медицине, например, как антидот, предотвращающий развитие некроза подкожно-жировой клетчатки [3].
ОБСУЖДЕНИЕ
Основным результатом данной работы авторы считают то, что проведенный опыт позволяет получить первичные навыки проведения химического эксперимента, познакомиться с записью химической формулы вещества и формулы химической реакции. Достоинства опыта: зрелищность (что важно для создания интереса у детей), безопасность, доступность материалов и простота оборудования.
Кроме самого процесса интересно также получить знания и об одном из его конечных результатов — цитрате натрия, о широкой области его применений.
С точки зрения интересно также взаимодействие несмешивающихся жидкостей. Когда более плотная располагается внизу сосуда, менее плотная — вверху, а между ними — четкая граница раздела (рис. 5).
Подобные по простоте, безопасности и доступности опыты можно проводить не только в домашних условиях, но и рекомендовать учителям для пропедевтических (факультативных) занятий по естествознанию (химии, физике и др.)
Литература:
- ООО «КАРРАС» [Электронный ресурс]. Режим доступа. URL: http://www.karras.ru/ (дата обращения 16.03.2018).
- Омаров Р. С., Сычева О. В., Шлыков С. Н., Михайленко В. В. Белковые структурообразователи для ветчинных мясных продуктов // Fleischwirtschaft. 2014, № 1, с. 49–52.
- Ураков А. П., Уракова Н. А., Садилова П. Ю. Цитрат натрия как антидот, предотвращающий развитие постинъекционного некроза подкожно-жировой клетчатки при инъекции раствора кальция хлорида // Медицинский вестник Башкортостана. 2006. Т. 1, № 1, с. 143–145.
