XXIII Международный конкурс научно-исследовательских и творческих работ учащихся

Старт в науке

О веществе из золы Солянки Содоносной

• Авторы
• Руководители
• Файлы работы
• Наградные документы

Лохин В.А. 1

---

1МАОУ «Школа №54»

Ульянова И.В. 1Шишканова В.К. 2

---

1МАОУ «Школа №54»

2МБОУ СЕЧЕНОВСКАЯ СРЕДНЯЯ ШКОЛА

Работа в формате PDF

723.8 KB

Автор работы награжден дипломом победителя III степени

Диплом школьникаСвидетельство руководителяСвидетельство руководителя

Введение

Я неоднократно наблюдал как мама использовала при выпечки белое кристаллическое вещество. На упаковке, где хранилось это вещество, написано «Сода пищевая». Мне стало интересно, что это за вещество, какими обладает свойствами. Пищевая сода или гидрокарбонат натрия, разъяснила мама, сегодня есть на кухне практически у каждой хозяйки и мы настолько привыкли к этому дешевому и доступному средству, что не задумываемся о том, откуда оно к нам пришло и какими полезными и вредными свойствами обладает. Я думаю, что чаще всего этот белый порошок используется в кулинарии для разрыхления теста, но ведь это далеко не единственная возможная область его применения! Моя исследовательская работа тесно связана с химией. Химия - это наука, которая изучает свойства, строение и состав веществ. Также она рассматривает превращения веществ и описывает законы, по которым они происходят. Химия дает важные и необходимые в жизни знания.

Основная цель данной работы: изучение истории, способов получения, свойств соды и проведение интересных экспериментов с ее использованием.

Для достижения поставленной цели требуется решение следующих задач:

- изучить исторические сведения о соде;

- узнать о способах получения соды;

- рассмотреть свойства соды;

- ознакомиться с интересными и неожиданными фактами о соде;

-провести опыты с содой и проанализировать полученные результаты.

Объект исследования: сода пищевая - химическое вещество, с которым мы часто встречаемся в жизни.

Предмет исследования: полезные свойства соды пищевой.

Гипотеза: сода является не только помощником человека в быту, но и веществом для проведения химических экспериментов.

Методы исследования: теоретический, анализ и синтез, эксперимент, наблюдение, описание.

Практическая значимость: данный материал может использоваться на уроках окружающего мира, химии, во внеурочной деятельности.

1. Литературный обзор

   1. Исторические сведения о соде [2].

Источниками получения соды в древнем мире, так же, как и в последующие эпохи, вплоть до начала XIX в., были содовые озера Египта и некоторых других стран и щелочесодержащие растения, произрастающие по берегам Средиземного моря и Атлантического океана. Египет. Губернаторство Бухейро. Здесь, неподалеку от современного шоссе, находится долина Вади аль Натрун. В переводе с арабского «вади» означает «пересохшее русло», а «Натрун» - «Сода». Здесь находятся десятки щелочных озер, которые в жаркие месяцы пересыхают и превращаются в содовые поля. В 4 веке н.э. эту местность назвали Скитской пустошью. Сама эта местность вызывала еще больший трепет, чем Египетские пирамиды и носило название Божьего Града. Служители были убеждены, что это место отмечено Богом. Мало кто знает, что само слова «Натрий» взято из среднеегипетского языка, старейшего на планете. На этом наречии говорили за 4000 лет до н.э. «Натром» древние называли соду. Но самое поразительное, что это слово имеет второе значение: «Бог», а слово «Жрец» звучало как «Хем натр» - «раб Бога» или «раб соды».

В Индии, индийские йоги называли соду Пеплом Божественного Огня и считали Священным веществом. Но каким образом гидрокарбонат натрия, в названии которого есть «гидро» - вода, может быть связан с противоположной стихией? Что знали древние индусы о происхождении этого вещества? Может

разгадка кроится в том, как именно получили соду нашу предки? Ещѐ в древности люди научились добывать двууглекислый натрий, промывая золу особого растения – Солянки Содоносной. Упоминания об этом способе получения соды упоминается в летописях народов, живших в Европе, Азии, Африке. Наши предки были уверены, что сода существовала на Земле не всегда. Техника извлечения соды из золы растений была довольно примитивна и на протяжении всего средневековья н вплоть до конца XVIII в. не претерпела каких-либо серьезных изменений. Если в технике добычи растительной соды на протяжении многих веков отмечался почти полный застой, то в применении содовых продуктов произошли значительные изменения в сторону его расширения. В Греции, Риме и др. странах сода довольно основательно вошла в обиход для мытья и стирки, в Риме она применялась также и в текстильном производстве для валяния. Однако, наиболее крупным потребителем щелочей было мыловаренное производство, возникшее, по-видимому, во II веке. Натронными растениями, из которых добывается сода, называются растения, дающие при сжигании золу, содержащую более или менее значительные количества соединений натрия. Известный французский химик Дюамель де Монсо на ряде проведенных им в 1736 г. опытов показал, что род щелочи, содержащейся в растениях, и, следовательно, состав золы, получаемый при их сжигании, зависит не от специфических свойств растений, а от химического состава почвы, на которой они произрастают. Следовательно, натронные растения могут произрастать лишь на почве, содержащей достаточное количество соединений натрия. Это объясняет, почему натронные растения, годные к использованию для получения соды, растут большей частью по берегам морей, соляных озер и т. д.

В содовом балансе средневековья растительная сода приобретала все большее и большее значение, и к концу XVIII в. в потреблении стран континентальной Европы она играла уже не меньшую роль, чем природная сода Египта. Наибольшей славой пользовалась испанская сода Средиземноморского побережья, значительно превосходившая по своему качеству растительную соду Франции и Шотландии.

Способы добывания растительной соды даже на рубеже XIX в. были настолько примитивными, что они не выходили за пределы уровня знания средних веков и древнего периода. Это вполне подтверждает тот факт, что на протяжении многих столетий в технике добывания растительной соды не произошло сколько-нибудь значительных изменений и улучшений и что период алхимии и ятрохимии не оказал влияния на содовую технику того времени.

1. 2. Способы получения пищевой соды

В VIII в. растущие производства текстиля, стекла и мыла требовали большего количества соды, чем ее могли выделить из растительной золы или добыть в природе. Поэтому в 1775 г. Французская академия наук объявила специальную премию за изобретение искусственного способа получения соды. Этот способ нашел химик Никола Леблан:

Na2SO4+4C+CaCO3 = Na2CO3+CaS+4CO

Образовавшуюся твердую массу обрабатывали водой (выщелачивали), а затем из этого раствора кристаллизовали соду. Метод Леблана долгие годы надежно служил химикам разных стран. Его способ был очень похож на способ Лаксмана. Разница была только в том, что Леблан добавил ещё к составу мел. Полученную соду добавляли во Франции в выпечку и долго хранили этот секрет в тайне. На Руси для подъема теста использовали только дрожжи. Первый содовый завод по методу Леблана построил предприниматель М. Праг в 1864 г. в Барнауле. Однако в Европе не было месторождений мирабилита Na₂S0₄•10Н₂0, поэтому во второй половине XIXв. на смену способу Леблана пришѐл аммиачный метод, разработанный в 1861 г. бельгийским химиком Эрнестом Сольве, который используют в промышленности и сегодня. Этот метод более экономичный и сода получается белой, чистой, без примесей. В концентрированный раствор хлорида натрия, насыщенный аммиаком, под давлением пропускают углекислый газ. В процессе синтеза происходят две реакции:

NH₃+CO₂+ H₂O = NH₄HCO₃

NH₄HCO₃ +NaCl= NaHCO₃ + NH₄Cl

NaCl+NH₃+CO₂+ H₂O= NaHCO₃ + NH₄Cl

В холодной воде гидрокарбонат натрия малорастворим, и его можно отделить от остального раствора фильтрованием. Ежегодно в мире по способу Сольве производится десятки миллионов тонн соды. Стерлитамакское месторождение считается одним из крупнейших залежей известняка для российского производства соды. Сегодня «Башкирская содовая компания» — одно из крупнейших и стабильных предприятий химической промышленности России. Компания занимает первое место в России по производству кальцинированной соды.

1. 3. Физические свойствапищевой соды [5]

Питьевая (пищевая) сода NaHCO3 — гидрокарбонат натрия. Другое её

название – бикарбонат натрия, кислая соль угольной кислоты.  NaHCO₃ — белый кристаллический порошок плотностью 2,16—2,22 г/см³. При нагревании около 50 °С начинает отщепляться вода, а при 100—150 °С полностью разлагается, превращаясь в Na₂CO₃. Водные растворы NaHCO₃ имеют слабощелочную реакцию. Соль впервые описана в 1801 немецким аптекарем Б. Розе. В промышленности NaHCO₃ получают, пропуская под давлением CO₂ в насыщенный раствор Na₂CO₃ при 75 °С

  Na₂CO₃ + CO₂ + H₂O = 2NaHCO₃.

Это негигроскопичный кристаллический порошок белого цвета, который давно

нашѐл широкое применение в быту, медицине, кулинарии, пищевой, легкой,

химической отраслях и в тяжелой металлургии из-за своей безопасности и нетоксичности. В торговле сода известна как пищевая добавка Е – 500 [6].

1. 4. Химические свойствапищевой соды

Реакция с кислотами. Гидрокарбонат натрия реагирует с кислотами с образованием соли и угольной кислоты, которая тут же распадается на углекислый газ и воду:

NaHCO₃ + HCl = NaCl + CO₂+ H₂O

В быту чаще встречается такая реакция с уксусной кислотой, с образованием ацетата натрия:

NaHCO₃ +CH₃COOH=CH₃COONa+ CO₂+ H₂O

Термическое разложение

При температуре 60 °C гидрокарбонат натрия распадается на карбонат натрия, углекислый газ и воду (процесс разложения наиболее эффективен при 200 °C): 2NaHCO₃= Na₂CO₃+ CO₂ + H₂О

В ходе испарения водяного пара и углекислого газа, масса продукта уменьшается примерно на 37%.

1. 5. Применение пищевой соды [7].

Двууглекислый натрий (бикарбонат), применяется в химической, пищевой,

легкой, медицинской, фармацевтической промышленности, цветной металлургии, поставляется в розничную торговлю для бытовых нужд, зарегистрирован в качестве пищевой добавки E 500.

В химической промышленности — для производства красителей, пенопластов и других органических продуктов, товаров бытовой химии, наполнителей в огнетушителях, для отделения двуокиси углерода, сероводорода из газовых смесей (газ поглощается в растворе гидрокарбоната при повышенном давлении и пониженной температуре, раствор восстанавливается при подогреве и пониженном давлении).

В легкой промышленности — в производстве подошвенных резин и искусственных кож, кожевенном производстве (дубление и нейтрализация кож), текстильной промышленности (отделка шелковых и хлопчатобумажных тканей).

В пищевой промышленности — хлебопечении, производстве кондитерских изделий (т.к. при нагревании сода разлагается с выделением углекислого газа, что делает тесто пышным), приготовлении напитков.

В медицине – как средство от изжоги. Сода способствует нейтрализации избытка соляной кислоты в желудке, которая в медицине носит название – антацидное действие, таким образом, изжога устраняется и улучшение наступает сразу. Взаимодействуя с соляной кислотой, сода устраивает в желудке «химлабораторию». В итоге вырабатывается углекислый газ, «нападающий» на стенки желудка. Защищаясь, желудок вырабатывает новую дозу сока и соляной кислоты - на это требуется 20 минут. Соду же можно принять только в качестве «скорой помощи»(1 чайная ложка на 1/3 стакана воды). Это вещество – мощный антисептик, который, к тому же, действует как

обезболивающее. Если приложить щепотку влажной соды к ожогу, то не останется шрамов. Это знает каждая хозяйка. Об этих свойствах писал еще средневековый врач Авиценна. Он рекомендовал смачивать природной собой раны от укусов животных и насекомых. С помощь соды Авиценн лечил колики желудка, глухоту и даже паралич. Сводил с лица веснушки и сыпь. Авиценна называл соду «лекарством от тысячи хворей», но самое интересное заключалось в другом. Древний целитель верил, что сода Божественного происхождения.

В быту в качестве чистящего средства. С помощью соды можно чистить практически все поверхности: нержавейку, раковины, ванны, кафель и хром. В быту соду можно использовать для снижения жѐсткости воды. Она усиливает действие стирального порошка, смягчает воду и способствует сохранению цвета у вещей или белизны у белья.

1. 6. Разновидности соды [1].

Натриевых солей, которые содержат в своем названии слово «сода» существует несколько:

• Кальцинированная сода или карбонат натрия (Na₂CO₃).

• Кристаллическая или стиральная сода (Na₂CO₃×10H₂О).

• Пищевая сода, двууглекислая сода или гидрокарбонат натрия (NaHCO₃).

• Каустическая сода, гидроксид натрия, каустик, едкий натр, едкая щёлочь (NaOH).

Привычная всем пищевая домашняя сода полностью безопасна для здоровья человека, не вызывает аллергии и не содержит консервантов. Каустик относится к наиболее агрессивным веществам, опасным для жизнедеятельности людей. Сода кальцинированная используется в виде бытового чистящего и отбеливающего средства [3].

2. Практическая часть

   1. Растворимость пищевой соды в воде. В стакан с водой поместил немного соды, размешал стеклянной палочкой. Наблюдал растворение соды.

1. 2. Исследование реакции среды раствора пищевой соды.

Г идрокарбонат натрия — NaHCO₃ – кислая соль, образованная сильным основанием и слабой кислотой. Вследствие гидролиза раствор питьевой соды имеет щелочную среду (универсальная индикаторная бумага показывает рН = 9), уравнение реакции имеет вид: NaHCO₃ + Н₂О СО₂ + Н₂О+ NaОН

Индикаторы так же подтверждают щелочную среду раствора соды: фенолфталеин окрашивается в малиновый цвет, метиловый оранжевый становится желтым в растворе соды. Вывод: рН раствора пищевой соды больше 7, значит среда щелочная.

1. 3. Взаимодействие пищевой соды с кислотами

В пробирку с раствором соды добавил раствор соляной кислоты. Наблюдал выделение углекислого газа:

NaHCO₃ + НСI = NaСI + СО₂ + Н₂О

Именно эта реакция протекает в организме, когда мы принимаем раствор соды внутрь при изжоге. Раствор соды нейтрализует избыток соляной кислоты в желудке, таким образом, изжога устраняется и улучшение наступает сразу. Рядом с содой нельзя хранить кислоты.

1. 4. Разложение пищевой соды при нагревании.

Нагрел пищевую соду и поместил над ней горящую лучину. Она гаснет, потому что сода разлагается и высвобождает углекислый газ, который не позволяет огню разгореться. На этом свойстве соды основано её применение в огнетушителях (тушит пламя) и пищевой промышленности (при выпечки кондитерских изделий, приготовлении напитков).

2NaHCO₃ = Na₂CO₃ + СО₂ + Н₂О

Вывод: при нагревании сода разлагается с выделением углекислого газа.

1. 5. Выращивание кристаллов пищевой соды.

Я налил горячую воду в химический стакан. Добавил соду и размешивал до тех пор, пока сода не перестала растворяться (раствор стал насыщенным). На нитку подвесил скрепку, на которой планировал вырастить кристаллы. Нитку привязал к стеклянной палочке и установил на стакан. Ждал около суток. А потом наблюдал кристаллы соды на скрепке и стенках стакана. Почему так происходит: при остывании и испарении воды насыщенный раствор становится пересыщенным, и сода начинает выкристаллизоваться из раствора.

1. 6. Взаимодействие кальцинированной соды с солями свинца, никеля, меди, хрома, марганца [8].

Существует правило в химии: соли реагируют с солями, если они до реакции растворимы, а после реакции образуется осадок. Соли натрия растворимы. По таблице растворимости выбрал растворимые соли свинца, никеля, меди, хрома, марганца. В пять пробирок поместил раствор карбоната натрия. В первую пробирку добавил раствор ацетата свинца (II). Выпал белый осадок карбоната свинца (II). Во второй пробирке при добавлении раствора сульфата никеля (II) выпал светло-зеленый осадок гидроксида никеля (II). В третьей пробирке при добавлении раствора хлорида меди (II) выпал голубой осадок гидроксида меди (II). В четвертой пробирке при добавлении раствора хлорида хрома (III). выпал серо-зеленый осадок гидроксида хрома (III). В пятой пробирке при добавлении раствора хлорида марганца (II) выпал серый осадок гидроксида марганца (II).

Pb(CH₃COO)₂ + Na₂CO₃ → PbCO₃ + 2CH₃COONa

NiSO₄ + Na₂CO₃ + H₂O ⟶ Na₂SO₄ + Ni(OH)₂↓ + CO₂

CuCl₂ + Na₂CO₃ + H₂O ⟶ 2NaCl + Cu(OH)₂↓ + CO₂

2CrCl₃ + 3Na₂CO₃ + 3H₂O ⟶ 6NaCl + 2Cr(OH)₃↓ +3CO₂

MnCl₂ + Na₂CO₃ + H₂O ⟶ 2NaCl + Mn(OH)₂↓ + CO₂

1. 7. Сильнощелочная среда раствора каустической соды (едкого натра).

Гидроксид натрия — сильное основание, относится к щелочам. Водные растворы имеют сильнощелочную реакцию (рН>>7). Фенолфталеин в растворе едкого натра имеет ярко- малиновую окраску, что говорит о сильнощелочной среде.

3. Выводы

Пищевая сода очень интересное вещество, ведь с её помощью можно сделать очень много интересных и познавательных экспериментов. Моя гипотеза подтвердилась. Все опыты я делал под присмотром учителей, соблюдая правила техники безопасности. В ходе исследовательской работы из литературных источников я узнал много новой, интересной и полезной информации. Оказывается, сода издревле была известна человеку и применялась им в лечебных целях и в быту. Сода – полезный в жизни продукт, однако им надо пользоваться «с умом». Ведь, несмотря на свою полезность, сода- это химическое вещество и может принести как пользу, так и вред.

4. Список использованных источников и литературы

1. Паряева, В. Ю. Разновидности соды / В. Ю. Паряева, Л. В. Давыденко. — Текст : непосредственный // Юный ученый. — 2015. — № 3 (3). — С. 139-141. — URL: https://moluch.ru/young/archive/3/162/

2. Родыгина И.В., Родыгин М.Ю. О солях и растворах в старинных первоисточниках // Химия в школе №7, 2005 С. 18-28

3. https://mir-chist.shop/soda-pishhevaya-kalczinirovannaya-i-kausticheskaya-v-chem-raznicza

4. https://atamanchemicals.com/

5. ГОСТ 2156-76 «Натрий двууглекислый. Технические условия»

6. https://en.wikipedia.org/wiki/Sodium_bicarbonate

7. https://chemer.ru/services/hydrolysis/mutual/