Experiment: Testen Sie den Einfluss der Temperatur auf die Reaktionszeit

May 18, 2023

Abbildung 1.In diesem Experiment untersuchen wir, wie man in Wasser getauchte Alka-Seltzer-Tabletten schneller und heftiger zum Sprudeln bringt.

asadykov/iStock/Getty Images Plus

Von Science Buddies

12. Juli 2023 um 6:30 Uhr

Zielsetzung: Zur Messung des Einflusses der Temperatur auf die Geschwindigkeit einer chemischen Reaktion

Bereiche der Wissenschaft: Chemie, Naturwissenschaften mit Ihrem Smartphone

Schwierigkeit: Einfache Mittelstufe

Benötigte Zeit: 2–5 Tage

Voraussetzungen: Keiner

Materialverfügbarkeit: Sofort verfügbar

Kosten: Sehr niedrig (unter 20 $)

Sicherheit: Bei der Arbeit mit Heißwasserlösungen kann die Aufsicht eines Erwachsenen erforderlich sein

Credits : Andrew Olson, PhD, Science Buddies; herausgegeben von Svenja Lohner, PhD, Science Buddies

Möglicherweise haben Sie einen Fernsehwerbespot für Alka-Seltzer-Tabletten gesehen oder einen ihrer Werbeslogans gehört: „Plop, plopp, fizz, fizz, oh was für eine Erleichterung!“ Wenn Sie die Tabletten in Wasser fallen lassen, bilden sie viele Blasen, wie bei einer extra kohlensäurehaltigen Limonade, wie im Hauptbild oben gezeigt (Abbildung 1). Und wie bei einer Limonade bestehen die Blasen aus Kohlendioxidgas (CO2). Bei Alka-Seltzer wird das CO2 jedoch durch a erzeugtchemischReaktionDies geschieht, wenn sich die Tabletten in Wasser auflösen.

Alka Seltzer ist ein Arzneimittel, das als Schmerzmittel und Antazida wirkt (Antazida helfen, Magensäure, wie z. B. Sodbrennen, zu neutralisieren). Das verwendete Schmerzmittel ist Aspirin und das verwendete AntazidumBackpulver (Natriumbicarbonat, NaHCO3). Zur Einnahme sollten die Tabletten vollständig in einem Glas Wasser aufgelöst werden. Wenn sich Natriumbicarbonat in Wasser löst, dissoziiert es (spaltet sich auf) in Natrium- (Na+) und Bicarbonat-Ionen (HCO3). (Ein Ion ist einMolekül Das Bikarbonat reagiert mit Wasserstoffionen (H+) aus Zitronensäure (einem weiteren Bestandteil der Tabletten) unter Bildung von Kohlendioxidgas und Wasser. Mit anderen Worten, Kohlendioxidgas ist einProdukt dieser Reaktion. Die Reaktion wird durch die folgende Gleichung 1 beschrieben:

Gleichung 1.3HCO3− + 3H+ → 3H2O + 3CO2

Wie ist es also?Temperaturdamit zusammenhängendBicarbonat-Reaktion ? Damit die oben gezeigte Reaktion ablaufen kann, müssen die Bicarbonationen mit den Wasserstoffionen in Kontakt kommen. Moleküle in einer Lösung sind ständig in Bewegung und kollidieren ständig miteinander. Die Wasserstoff- und Bikarbonat-Ionen müssen im richtigen Winkel und mit ausreichend Energie kollidieren, damit die Reaktion stattfinden kann. Die Temperatur einer Lösung ist ein Maß für die durchschnittliche Bewegung (kinetische Energie) der Moleküle in der Lösung. Je höher die Temperatur, desto schneller bewegen sich die Moleküle. Welchen Einfluss wird Ihrer Meinung nach die Temperatur auf die Geschwindigkeit haben?Rate, der Bicarbonatreaktion?

In diesem Chemie-Wissenschaftsprojekt werden Sie es selbst herausfinden, indem Sie Alka-Seltzer-Tabletten bei unterschiedlichen Temperaturen in Wasser tauchen und messen, wie lange es dauert, bis die chemische Reaktion abgeschlossen ist. Darüber hinaus können Sie das Geräusch des Alka-Seltzer-Zischens mit einem Smartphone aufnehmen, das mit einer Sensor-App ausgestattet ist. Glauben Sie, dass es in heißem oder kaltem Wasser lauter sprudelt?

Notiz : In diesem wissenschaftlichen Projekt untersuchen Sie, wie sich die Wassertemperatur auf die Auflösungszeit einer Alka-Seltzer-Tablette auswirkt. Mit einem Smartphone, das mit einer Sensor-App ausgestattet ist, zeichnen Sie das zischende Geräusch der Alka-Seltzer-Reaktion in Wasser auf und messen die Zeit, die eine Alka-Seltzer-Tablette benötigt, um in Wasser vollständig zu reagieren. Die App erstellt ein Diagramm, das Ihnen nicht nur Auskunft über die Reaktionszeit gibt, sondern anhand der gemessenen Schallintensitäten auch abschätzen lässt, wie laut die jeweilige Reaktion war. Wenn Sie kein Telefon haben, können Sie die Reaktion beobachten und mit einer Stoppuhr messen, wie lange es dauert, bis sich jede Tablette auflöst.

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Amplitude : Ein Maß für die Höhe einer wiederkehrenden Welle in einem Signal, Wasser oder Strahlungsstrahl. Bei Schall korrespondiert die Wellenamplitude mit der Intensität – Lautstärke oder Weichheit.

Winkel: Der Abstand (normalerweise in Grad gemessen) zwischen zwei sich schneidenden Linien oder Flächen an oder nahe dem Punkt, an dem sie sich treffen.

Antazida: Ein Arzneimittel zur Neutralisierung der Magensäure.

App: Abkürzung für Anwendung oder ein Computerprogramm, das für eine bestimmte Aufgabe entwickelt wurde.

Aspirin : Ein häufiges rezeptfreies Medikament, auch bekannt als Acetylsalicylsäure. Seit mehr als einem Jahrhundert wird es häufig zur Behandlung von Kopfschmerzen, Gelenkschmerzen, Muskelschmerzen, Zahnschmerzen und mehr eingesetzt. Es reduziert auch Fieber und Entzündungen. Aus alten Papyrustexten geht hervor, dass die Sumerer und Ägypter bereits vor 5.000 Jahren Weidenrinde (die Quelle des Wirkstoffs Aspirin) zur Behandlung von Schmerzen verwendeten.

Audio-: Hat mit Ton zu tun.

Durchschnitt: (in der Wissenschaft) Ein Begriff für das arithmetische Mittel, das die Summe einer Gruppe von Zahlen ist, die dann durch die Größe der Gruppe dividiert wird.

Kohlenstoff : Ein chemisches Element, das die physikalische Grundlage allen Lebens auf der Erde ist. Kohlenstoff kommt in freier Form als Graphit und Diamant vor. Es ist ein wichtiger Bestandteil von Kohle, Kalkstein und Erdöl und kann sich chemisch selbst verbinden, um eine enorme Anzahl chemisch, biologisch und kommerziell wichtiger Moleküle zu bilden.

Kohlendioxid : (oder CO2) Ein farbloses, geruchloses Gas, das von allen Tieren produziert wird, wenn der Sauerstoff, den sie einatmen, mit den kohlenstoffreichen Nahrungsmitteln reagiert, die sie gegessen haben. Kohlendioxid wird auch freigesetzt, wenn organisches Material verbrennt (einschließlich fossiler Brennstoffe wie Öl oder Gas). Kohlendioxid wirkt als Treibhausgas und speichert Wärme in der Erdatmosphäre. Pflanzen wandeln bei der Photosynthese, dem Prozess, den sie zur Herstellung ihrer eigenen Nahrung nutzen, Kohlendioxid in Sauerstoff um.

Konstante: Kontinuierlich oder ununterbrochen.

Daten : Fakten und/oder Statistiken, die zur Analyse gesammelt, aber nicht unbedingt so organisiert sind, dass sie einen Sinn ergeben. Bei digitalen Informationen (die Art, die von Computern gespeichert wird) handelt es sich bei diesen Daten typischerweise um Zahlen, die in einem Binärcode gespeichert sind und als Zeichenfolgen aus Nullen und Einsen dargestellt werden.

Dezibel : Eine Messskala für die Intensität von Geräuschen, die vom menschlichen Ohr wahrgenommen werden können. Es beginnt bei null Dezibel (dB), ein Geräusch, das für Menschen mit gutem Gehör kaum hörbar ist. Ein zehnmal lauteres Geräusch wäre 10 dB. Da die Skala logarithmisch ist, wäre ein Ton, der 100-mal lauter als 0 dB ist, 20 dB; einer, der 1.000 Mal lauter als 0 dB ist, würde man als 30 dB bezeichnen.

Grad : (in der Geometrie) Eine Maßeinheit für Winkel. Jeder Grad entspricht einem Dreihundertsechzigstel des Kreisumfangs.

sich auflösen : Um einen Feststoff in eine Flüssigkeit umzuwandeln und ihn in dieser Ausgangsflüssigkeit zu verteilen. (Zum Beispiel lösen sich Zucker- oder Salzkristalle, bei denen es sich um Feststoffe handelt, in Wasser auf. Jetzt sind die Kristalle verschwunden und die Lösung ist eine vollständig dispergierte Mischung der flüssigen Form des Zuckers oder Salzes in Wasser.)

Gleichung : In der Mathematik die Aussage, dass zwei Größen gleich sind. In der Geometrie werden Gleichungen häufig verwendet, um die Form einer Kurve oder Fläche zu bestimmen.

Fehler: (In der Statistik) Der nichtdeterministische (zufällige) Teil der Beziehung zwischen zwei oder mehr Variablen.

Fehlerbalken : Eine Linie (kann vertikal oder horizontal sein), die durch einen Punkt oder einen Balken in einem Diagramm gezogen wird. Der Abstand von einem Ende der Linie zum anderen gibt an, wie genau eine Messung ist oder wie weit der tatsächliche Wert einer Sache von dem im Experiment gemeldeten Datenpunkt abweichen könnte.

Faktor : Etwas, das bei einem bestimmten Zustand oder Ereignis eine Rolle spielt; ein Mitwirkender.

Funktion : Die spezifische Rolle, die eine Struktur oder ein Gerät spielt. (in der Mathematik) Eine Beziehung zwischen zwei oder mehr Variablen, bei der eine Variable (die abhängige) genau durch den Wert der anderen Variablen bestimmt wird.

Glas : Eine harte, spröde Substanz aus Kieselsäure, einem Mineral, das im Sand vorkommt. Glas ist normalerweise transparent und ziemlich inert (chemisch nicht reaktiv). Wasserorganismen, sogenannte Diatomeen, bauen daraus ihre Schalen.

Wasserstoff : Das leichteste Element im Universum. Als Gas ist es farblos, geruchlos und leicht entzündlich. Es ist ein wesentlicher Bestandteil vieler Kraftstoffe, Fette und Chemikalien, aus denen lebendes Gewebe besteht. Es besteht aus einem einzelnen Proton (das als Kern dient), das von einem einzelnen Elektron umkreist wird.

Ion : (Adj. ionisiert) Ein Atom oder Molekül mit einer elektrischen Ladung aufgrund des Verlusts oder der Gewinnung eines oder mehrerer Elektronen. In einem ionisierten Gas oder Plasma wurden alle Elektronen von ihren Ursprungsatomen getrennt.

kinetische Energie : Die Energie, die ein Objekt aufgrund seiner Bewegung besitzt. Die Menge dieser enthaltenen Energie hängt sowohl von der Masse (normalerweise dem Gewicht) des Objekts als auch von seiner Geschwindigkeit ab.

flüssig: Ein Material, das frei fließt, aber ein konstantes Volumen behält, wie Wasser oder Öl.

Molekül : Eine elektrisch neutrale Gruppe von Atomen, die die kleinstmögliche Menge einer chemischen Verbindung darstellt. Moleküle können aus einzelnen Atomarten oder aus verschiedenen Atomarten bestehen. Beispielsweise besteht der Sauerstoff in der Luft aus zwei Sauerstoffatomen (O2), Wasser hingegen aus zwei Wasserstoffatomen und einem Sauerstoffatom (H2O).

Partikel: Eine winzige Menge von etwas.

Plastik : Jedes aus einer Reihe von Materialien, die leicht verformbar sind; oder synthetische Materialien, die aus Polymeren (langen Strängen einiger Bausteinmoleküle) hergestellt werden, die tendenziell leicht, kostengünstig und resistent gegen Abbau sind. (Adj.) Ein Material, das sich anpassen kann, indem es seine Form oder möglicherweise sogar seine Funktion ändert.

Punkt : (in der Mathematik) Ein präziser Punkt im Raum, der so klein ist, dass er keine Größe hat. Es hat lediglich eine Adresse.

Reichweite : Das volle Ausmaß oder die Verteilung von etwas. Beispielsweise ist das Verbreitungsgebiet einer Pflanze oder eines Tieres das Gebiet, in dem sie natürlich vorkommen. (in der Mathematik oder für Messungen) Das Ausmaß, in dem Werte variieren können (z. B. die höchste zur niedrigsten Temperatur). Auch die Entfernung, innerhalb derer etwas erreicht oder wahrgenommen werden kann.

rechter Winkel: Ein 90-Grad-Winkel, entspricht jeder Innenecke eines Quadrats.

Sensor : Ein Gerät, das Informationen über physikalische oder chemische Bedingungen – wie Temperatur, Luftdruck, Salzgehalt, Luftfeuchtigkeit, pH-Wert, Lichtintensität oder Strahlung – aufnimmt und diese Informationen speichert oder sendet. Wissenschaftler und Ingenieure verlassen sich häufig auf Sensoren, um sie über Bedingungen zu informieren, die sich im Laufe der Zeit ändern können oder die weit entfernt sind, wo ein Forscher sie direkt messen kann.

Smartphone: Ein Mobiltelefon (oder Mobiltelefon), das eine Vielzahl von Funktionen ausführen kann, einschließlich der Suche nach Informationen im Internet.

Natrium : Ein weiches, silbriges Metallelement, das bei Zugabe zu Wasser explosionsartig interagiert. Es ist auch ein Grundbaustein von Speisesalz (dessen Molekül aus einem Atom Natrium und einem Atom Chlor besteht: NaCl). Es kommt auch im Meersalz vor.

Natriumbicarbonat : Dieses weiße chemische Pulver, auch Backpulver genannt, kommt in der Natur vor. Seine Formel ist NaHCO 3 . Es wird auch als Naturprodukt zum Löschen kleiner Elektro- und Fettbrände verwendet. Wenn es eingenommen wird, kann es dabei helfen, einen sauren Magen zu beruhigen. Tatsächlich ist es der Hauptbestandteil vieler Antazida, die in Lebensmittelgeschäften verkauft werden.

solide : Fest und formstabil; weder flüssig noch gasförmig.

Lösung: Eine Flüssigkeit, in der eine Chemikalie in einer anderen gelöst wurde.

Standardabweichung: (in der Statistik) Der Betrag, um den jeder Datensatz vom Mittelwert abweicht.

Werkzeug: Ein Gegenstand, den eine Person oder ein anderes Tier herstellt oder beschafft und dann verwendet, um einen bestimmten Zweck zu erfüllen, z. B. um an Nahrung zu gelangen, sich zu verteidigen oder sich zu pflegen.

Vertikale : Ein Begriff für die Richtung einer Linie oder Ebene, die nach oben und unten verläuft, wie es beim vertikalen Pfosten einer Straßenlaterne der Fall ist. Es ist das Gegenteil von horizontal, das parallel zum Boden verlaufen würde.

Website:​ Bayer HealthCare, LLC. (2005.). Experiment 1: Die Auswirkungen der Temperatur auf die Geschwindigkeit. Abgerufen am 3. Juli 2013.

Buch: Swanson, GC (nd). Chemieexperimente für zu Hause: Blasenrate. Wissenschaftsabteilung, Daytona Beach Community College.

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