Karbonat ve Sirkeden Sıcak Buz Yapımı
Sıcak buz, sodyum asetatın (CH3COONa veya NaOAc) diğer adıdır. Sirkenin temel bileşeni olan asetik asidin sodyum tuzudur. Sıcak buz, adını katılaşma biçiminden alır. Erime noktasının altında aşırı soğutulan sodyum asetat çözeltisi aniden kristalleşir, ısı açığa çıkar ve kristal buza benzer bu nedenle sıcak buz adını alır. Sodyum asetat yapmak ve onu sıcak buz olarak kristalleştirmek için gereken tek şey karbonat ve sirkedir. Kimyasal reaksiyonları, aşırı soğutmayı, kristalleşmeyi ve ekzotermik süreçleri gösterdiği için çok verimli bir deneyim sağlar. Bu deney bir saatten az sürer. Sodyum asetatı alındıktan sonra tekrar tekrar eritebilir ve kristalleştirilebilir. Kristalizasyon ekzotermik bir süreçtir, bu nedenle ortaya çıkan buz sıcaktır. Katılaşma o kadar hızlı gerçekleşir ki sıcak buzu dökerken heykeller oluşturulabilir.
Malzemeler
Tava ve ısıtıcı dışında sadece iki maddeye ihtiyaç duyulur;
• 1 litre Sirke (Zayıf asetik asit)
• 4 yemek kaşığı kabartma tozu (Sodyum bikarbonat)
Tüm karbonat çözüldüğü sürece karbonat ve sirke miktarları önemli değildir. Malzemelerin ölçülmesi mümkün değilse kabartma tozu artık çözülmeyene kadar sirke içinde eritilir. Katıları çıkarmak için kahve filtresi veya kağıt havlu kullanarak sıvı süzülür. Kabartma tozu yerine sodyum karbonat veya sodyum hidroksit (kostik soda veya kül suyu) kullanılabilir.
Prosedür
1.Adım: Bir tencerede veya büyük bir beherde her seferinde azar azar olmak üzere sirkeye kabartma tozu eklenir, eklemeler arasında karıştırılır. Kabartma tozu ve sirke reaksiyona girerek sodyum asetat ve karbondioksit gazı oluşturur. Kabartma tozu yavaşça eklenmez ise kabartma tozu ve sirke yanardağı oluşur ve bu da kabın dışına taşar. Sodyum asetat elde edildikten sonra çok seyreltik olması faydalı olamayacağı için suyun çoğunu uzaklaştırmak gerekmektedir. Sodyum asetat elde etmek için karbonat ve sirke arasında gerçekleşen reaksiyon:
Na+ [HCO3]– + CH3 – COOH → CH3 – COO – Na+ + H2O + CO2
2.Adım: Sodyum asetatı konsantre etmek için çözelti kaynatılır. 100-150 ml çözelti kaldıktan sonra çözelti ateşten alınabilir ancak iyi sonuç elde etmenin en kolay yolu çözeltiyi kristal bir kabuk veya film kalınlığı oluşmaya başlayana kadar kaynatmaktır. Orta ateşteki bir ocakta yaklaşık bir saatte film kalınlığı elde edilebilir. Daha yüksek ısı kullanılırsa sarı veya kahverengi renk oluşur ancak bu renk bozulması sodyum asetatı bozmaz sadece sıcak buzun rengini değiştirir.
3.Adım: Sodyum asetat çözeltisini ısıtma işlemi bittikten sonra daha fazla buharlaşmasını önlemek için hemen üzeri kapatılır. Çözelti ayrı bir kaba dökülür ve üzeri streç filmle kapatılır. Çözeltide herhangi bir kristal olmamalıdır. Kristaller varsa çözeltiye kristalleri çözecek çok az miktarda su veya sirke karıştırılır. Tüm solüsyon kristalleşirse daha fazla su eklenir ve tekrar kaynatılır.
4.Adım: Sodyum asetat çözeltisi kapalı kapta soğuması için buzdolabına koyulur. Çözeltinin kendi başına oda sıcaklığında soğumasını beklemek de iyidir, ancak bu daha uzun sürer. Her iki durumda da sıcaklığın düşürülmesi aşırı soğutulmuş bir sıvı oluşturur. Yani sodyum asetat donma noktasının altında sıvı halde kalır.
Sıcak Buzla Yapılabilecek Aktiviteler
Buzdolabında bulunan sodyum asetat çözeltisi aşırı soğutulmuş sıvıya bir örnektir. Yani sodyum asetat normal erime noktasının altında sıvı halde bulunur. Küçük bir sodyum asetat kristali ekleyerek veya sodyum asetat çözeltisinin yüzeyine bir kaşık veya parmakla dokunarak kristalizasyon başlatılabilir. Kristalizasyon ekzotermik sürecin bir örneğidir. Buz oluştukça ısı açığa çıkar. Aşırı soğutma, kristalleşme ve ısı salımını göstermek için şunlar yapılabilir.
- Soğutulmuş sodyum asetat çözeltisi kabına bir kristal bırakılır. Sodyum asetat, kristal eklenen yerden dışarı doğru yayılarak saniyeler içinde kristalleşecektir. Kristal hızlı kristal büyümesi için çekirdeklenme bölgesi veya tohum görevi görür. Çözelti buzdolabından yeni çıkmış olsa da kaba dokunulduğunda ılık veya sıcak olduğu görülecektir.
- Çözelti bir tabağa dökülür. Sıcak buz kendiliğinden kristalleşmeye başlamazsa, sodyum asetat kristali ile dokunulabilir. Kristalizasyon tabaktan sıvıyı dökülen yere doğru ilerleyecektir.
- Deniz Kestanesi; Soğutulmuş sıvıyı berrak bir kaba dökülür. Çözeltiyi hazırlamak için kullanılan tavadan birkaç sodyum asetat kristalini kazınır. Kürdan veya şiş kullanılabilir. Kürdan kristalli uç kabın ortasında olacak şekilde sıvıya batırılır. Merkezde hemen iğne benzeri kristaller oluşur. Son yapı dikenli bir deniz kestanesine benzer.
- Çiçek; Soğutulmuş sodyum asetat sıvısı düz bir tabağa (Tercihen koyu renkli olan) dökülür. Tavadan bir veya daha fazla kristal kazınır ve sıvı üzerine bırakılır. Kristaller tohum görevi görür. Sıcak buz kristalleri radyal olarak yayılır ve çiçeklere benzeyen yapılar oluşturur.
- Kule; Bir yüzeye birkaç kristal yerleştirilir. Sıvı yavaşça kristallerin üzerine dökülür. Sıcak buz sıvı döküldüğünde katılaşır, bir kule oluşturur (Yönlendirmeye göre herhangi bir şekilde de olabilir).
- Sodyum asetatı yeniden eritebilir ve yeni şeyler yapmak için yeniden kullanılabilir.
Güvenlik Bilgisi
Sodyum asetat güvenli, toksik olmayan bir kimyasaldır bu nedenle kimya deneylerinde kullanımı uygundur. Gıdaların lezzeti artırmak için bir gıda katkı maddesi olarak kullanılır. Soğutulmuş çözeltinin sıcak buz kristalizasyonu ile açığa çıkan ısı yanma tehlikesi oluşturmaz. Kabartma tozu ve sirkeden sıcak buz yapmak sıvının ocakta kaynatmasını gerektirir bu nedenle yetişkin gözetiminde yapılmalıdır. Karbonat yerine sodyum hidroksit kullanılıyorsa ürün etiketindeki uyarılara dikkat edilmelidir.