דוח מעבדה

[גבי143]

דוח מעבדה

שלום , יש לי שאלה לגבי שני דוח מעבדה של כיתה יב. הדוח נקרא חומרים בשקית. בניסוי הייתי צריכה לשים אבקת סודה לשתייה ואבקת חומצת לימון בשקית עם כמות של מים , ולמדוד את שינוי הטמפ' בשקית ( התגובה בין החומצה לבסיס אנדותרמית לכן השקית התקררה ). שאלת החקר שבדקתי הייתה כיצד כמות המים בשקית תשפיע על שינוי הטמפ' ? ההשערה שלי הייתה שככל שנשים יותר מים , יותר חומצת לימון תגיב עם המים ויותר סודה לשתייה תימס , ולכן התגובה שתתרחש תגרום ללקיחת יותר אנרגיה מהמים ולשינוי טמפ' יותר גדול. הבעיה היא שלא התחשבתי בכך שהמסה של המים היא המסה של הסביבה , וככל שמסת המים גדלה שינוי הטמפ' יהיה קטן יותר לפי Q=mc^t . כמו כן לא בדקתי האם הוספת המים תגרום ליותר חומצת לימון להגיב או שהיא מגיבה כבר עד תום והאם היא תגרום להמסת יותר סודה לשתייה . רציתי לשאול האם יש דרך לחשב כמה מים נדרשים להמסה "עד תום" של כמות מוגדרת של סודה לשתייה , ומה קורה כאשר מוסיפים כמות מים מעל לכמות זאת ?
תודה רבה !!!

 

[גבי143]

הבהרה

כל ההבנות הללו עלו בעקבות תוצאות הניסוי , שכן קיבלתי שככל שכמות המים בשקית גדלה , שינוי הטמפ' קטן .

 

[BigBadWolf]

תגובה של סודיום בי-קרבונט עם חומצה

שלום גבי,
ראשית לשאלתך: תוכלי לדעת את הכמות המינימלית של מים הנדרשת להמסה מלאה לפי נתוני המסיסות בויקיפדיה (צד ימין בטבלה)
סודה לשתייה - סודיום ביקרבונט http://en.wikipedia.org/wiki/Sodium_bicarbonate
חומצת לימון - חומצה ציטרית http://en.wikipedia.org/wiki/Citric_acid
כשתשימי יותר מים מהנדרש כמובן שההמסה תהיה יותר קלה. עם זאת, יתכן שתצליחי להמיס גם בפחות מים מהמינימום הנדרש מכיוון שתוך כדי המסה תתרחש אותה תגובה של שחרור פחמן דו-חמצני כך שכמות הסודיום בי-קרבונט תקטן.
בנוסף, שימי לב שהמסת חומצת לימון היא מאוד אנדותרמית בפני עצמה גם ללא תגובה עם סודה לשתייה (אני לא יודע לגבי ההמסה של סודה לשתייה) ולכן יש צורך קודם להמיס את חומצת הלימון ואת הסודה לשתייה בנפרד, לחכות שהטמפרטורה תתייצב ורק לאחר מכן לערבב אותם ולראות מה קורה. לחלופין ניתן לבצע ניסויי ביקורת של שינוי הטמפרטורה בעקבות המסת כל אחד מהמרכיבים בנפרד.

לגבי שאלת החקר: התגובה שאת למעשה מבצעת היא החמצה של סודה לשתייה ושחרור פחמן דו-חמצני באופן הבא -
NaHCO3 + H+ ⇌ H2CO3 + Na+
H2CO3 ⇌ H2O + CO2(aq)
CO2(aq) → CO2(g)

ככל שאת מחמיצה את התמיסה כך התגובה תנטה לכיוון פחמן דו-חמצני.
הוספת המים לא צריכה לשנות בהרבה את התרמודינמיקה של התגובה, רק את הקינטיקה שלה. כלומר אם תחכי מספיק זמן כדי להגיע לשיווי משקל תרמודינמי כמות החום שתלקח מהסביבה תהיה כמעט זהה לכמויות שונות של מים (וכמובן שהמים יתקררו פחות ככל שיהיו יותר מים כי יש אותו חום על כמות גדולה יותר של מים).
הסיבה שהתרמודינמיקה לא צריכה להשתנות היא שמים בכל מקרה הם הממס ונמצאים בעודף עצום, לא משנה כמה מים תוסיפי. בנוסף לכך המים לא נמצאים במגיבים והתגובה צפויה ללכת עד תום בזמן אינסופי ללא שיווי משקל (כי הפחמן דו-חמצני נפלט לאוויר). התגובה הכוללת שלך היא (תלוי בכמות חומצת המלח לעומת סודה לשתייה):
H3Cit + NaHCO3 → NaH2Cit + CO2 + H2O
OR
H3Cit + 2NaHCO3 → Na2HCit + 2CO2 + 2H2O
OR
H3Cit + 3NaHCO3 → Na3Cit + 3CO2 + 3H2O

עם זאת, קצב התגובה כן ישתנה כתלות בכמות המים מכיוון שמים משחקים תפקיד מאוד חשוב במהלך התגובה ומשתתפים בהרבה תגובות אלמנטריות (החל מהשלב הראשון של המסת החומר). בנוסף, פחות מים שווה ריכוז יותר גבוה, כלומר תגובה יותר מהירה (בדרך כלל, לא תמיד כפי שניתן לראות הסיבה הראשונה שנתתי לשינוי הקצב נותן מסקנה הפוכה).

נ.ב. ניתן לבטל את ההשפעה הישירה של כמות המים על שינוי הטמפרטורה אם תמדדי לא את שינוי הטמפרטורה אלא את שינוי החום (כלומר תמדדי את הטמפרטורה אבל תבצעי עיבוד נתונים על ΔQ במקום על ΔT.