Concepts clés
* Chimie
* Gaz
* Réaction chimique
* Décomposition thermique
Introduction
Le bicarbonate de soude n’est pas seulement utile en cuisine, c’est aussi un produit chimique utile pour les projets scientifiques. Vous avez probablement entendu parler de la réaction bicarbonate de soude-vinaigre et l’avez peut-être même utilisée pour faire entrer en éruption des volcans artisanaux, faire décoller des fusées-bouteilles ou détecter des acides et des bases. Il existe cependant de nombreuses autres réactions chimiques que vous pouvez explorer à l’aide du bicarbonate de soude. L’une d’entre elles, appelée réaction de décomposition, permet au bicarbonate de soude de perdre du poids ! Vous voulez savoir comment cela fonctionne ?
Contexte
Les produits chimiques peuvent subir de nombreuses réactions différentes, telles que les réactions de synthèse, qui créent de nouvelles substances, ou les réactions de combustion, dans lesquelles une substance réagit généralement avec de l’oxygène et génère de l’énergie sous forme de chaleur. Un autre type de réaction est la réaction de décomposition, qui est le contraire d’une réaction de synthèse. Lorsqu’une substance chimique se décompose, elle se décompose pour former deux ou plusieurs composés distincts. La plupart des composés chimiques sont assez stables et ne se décomposent pas spontanément. Il faut beaucoup d’énergie pour briser leurs liaisons chimiques. Cependant, lorsque les produits chimiques sont exposés à suffisamment d’énergie, sous forme de chaleur, de rayonnement, d’électricité ou de lumière, ils se décomposent.
Certains produits chimiques et médicaments sur ordonnance sont stockés dans des bouteilles en verre foncé pour éviter les réactions de décomposition. Souvent, on ne souhaite pas qu’un produit chimique se décompose car cela modifierait la composition chimique de la substance. Le verre noir limite la quantité de lumière qui atteint la substance et empêche la détérioration chimique induite par la lumière.
Le bicarbonate de soude, également connu sous le nom de bicarbonate de sodium (NaHCO3), est une substance qui, lorsqu’elle est chauffée, peut se décomposer. Le bicarbonate de sodium commence à se désintégrer en carbonate de sodium (Na2CO3), en eau (H2O) et en dioxyde de carbone (CO2) à des températures supérieures à 176 degrés Fahrenheit (80 degrés Celsius). Chaque fois que vous faites de la cuisine ou de la pâtisserie, vous utilisez cette réponse. Le dioxyde de carbone généré fait gonfler les produits de boulangerie ! Le bicarbonate de sodium se décompose d’autant plus rapidement que la température est élevée. Le seul produit qui restera solide est le carbonate de sodium. À la température élevée, le dioxyde de carbone et l’eau sont tous deux gazeux et se dissipent donc dans l’atmosphère environnante. Procurez-vous du bicarbonate de soude et utilisez cette activité pour apprendre à mesurer cette perte !
Matériaux
* Deux assiettes allant au four
* Cuillère
* Bicarbonate de soude
* Balance numérique (de préférence avec des incréments de 0,1 gramme)
* Four
* Gants de cuisine
* Aide d’un adulte
* Surface résistante à la chaleur
* Minuteur
* Papier et stylo ou crayon
La préparation
* Préchauffez le four de votre cuisine à 200 degrés F (environ 93 degrés C).
* Allumez la balance et mettez-la à zéro.
* Mettez la première assiette sur la balance. Notez sa masse exacte.
* Remettez la balance à zéro et ajoutez 15 grammes de bicarbonate de soude à l’aide d’une cuillère.
* Ajoutez la masse de l’assiette vide à la masse du bicarbonate de soude pour calculer leur poids combiné. Notez votre résultat sur une feuille de papier.
* Répétez ces étapes avec la deuxième assiette. N’oubliez pas de vous souvenir de quelle assiette il s’agit. Vous pouvez les étiqueter si vous le souhaitez.
Procédure
* Une fois que le four a atteint sa température cible (200 degrés F), demandez à votre assistant adulte de placer la première assiette contenant du bicarbonate de soude dans le four. Notez de quelle plaque il s’agit.
* Réglez le minuteur sur 15 minutes et laissez l’assiette dans le four jusqu’à ce que le minuteur s’éteigne. À votre avis, que va devenir le bicarbonate de soude dans le four ?
* Demandez à votre assistant adulte de sortir avec précaution l’assiette contenant le bicarbonate de soude du four. Veillez à porter des gants de cuisine ! Quel est l’aspect du bicarbonate de soude ? A-t-il changé d’aspect pendant qu’il était chauffé ?
* Posez la plaque sur la surface de votre espace de travail qui ne craint pas la chaleur et laissez-la refroidir pendant cinq à dix minutes.
* Réglez votre four à 400 degrés F (environ 204 degrés C).
* Remettez votre balance en marche, mettez-la à zéro et placez-y la plaque refroidie avec le bicarbonate de soude. Notez sa masse exacte. Quelle est la différence entre cette masse et la masse avant d’enfourner l’assiette contenant le bicarbonate de soude ? Est-elle devenue plus lourde, plus légère ou est-elle restée la même ?
* Lorsque le four atteint sa nouvelle température cible, demandez à votre assistant adulte d’y placer la deuxième assiette contenant le bicarbonate de soude.
* Réglez à nouveau le minuteur sur 15 minutes et laissez le bicarbonate de soude dans le four pendant toute la durée de la cuisson. Pensez-vous que vous obtiendrez un résultat différent à 400 degrés F ? Qu’arrivera-t-il au bicarbonate de soude cette fois-ci ?
* Après 15 minutes, demandez à votre assistant adulte d’utiliser des gants de cuisine pour sortir délicatement du four la plaque contenant le bicarbonate de soude. Quel est l’aspect du bicarbonate de soude cette fois-ci ? A-t-il changé de couleur ou est-il toujours le même ?
* Mettez-la de côté et laissez-la refroidir pendant cinq à dix minutes.
* Ensuite, rallumez la balance, mettez-la à zéro et placez la deuxième plaque refroidie sur la balance. Notez sa masse exacte. Comment la masse du bicarbonate de soude (et de la plaque) change-t-elle lorsqu’elle est chauffée à 400 degrés F pendant 15 minutes ?
* Calculez la différence de masse du bicarbonate de soude avant et après le chauffage à 200 et 400 degrés F. Soustrayez la masse de la plaque et du bicarbonate de soude après le chauffage de la masse de la plaque et du bicarbonate de soude avant le chauffage. Quelle masse a été perdue ou gagnée au cours du processus de chauffage ? Y a-t-il eu une différence entre les deux températures ?
* Vous pouvez également exprimer le changement de masse du bicarbonate de soude en calculant sa perte de poids en pourcentage (la différence de masse du bicarbonate de soude avant et après le chauffage, multipliée par 100 et divisée par la masse initiale du bicarbonate de soude). Quel pourcentage de masse le bicarbonate de soude a-t-il perdu ou gagné au cours du processus de chauffage aux deux températures ? Était-ce le même ? Si ce n’est pas le cas, pouvez-vous expliquer la différence ?
* Extra : Vous pouvez tester l’évolution de la masse de bicarbonate de soude à d’autres températures. Répétez le même test mais réglez votre four à des températures différentes (250, 300 ou 350 degrés F, par exemple). Pensez-vous que vos résultats seront différents pour chaque température ou identiques ? Pourquoi ?
* Extra : Pouvez-vous trouver dans votre cuisine d’autres substances susceptibles de se décomposer ? Cherchez à savoir à quelles températures ces composés se décomposent et, si c’est possible (et inoffensif), testez-les vous-même !
Conclusions et observations
Avez-vous constaté une perte de poids dans votre bicarbonate de soude ? Au moins, pour la température plus élevée de 400 degrés F, vous devriez l’avoir fait. La masse de votre bicarbonate de soude après chauffage était probablement la même (ou très similaire) qu’avant de le placer dans le four pour la température la plus basse. C’est aux alentours de 176 degrés Fahrenheit que le bicarbonate de soude commence à se décomposer. Toutefois, la dégradation se fait assez lentement à ces températures. À 200 degrés F, quinze minutes dans le four ne suffisent pas pour que le bicarbonate de soude se désintègre gravement.
La réaction de décomposition se produira beaucoup plus rapidement si la température est portée à 400 degrés Fahrenheit. Le bicarbonate de soude peut être décomposé en carbonate de sodium, en eau et en dioxyde de carbone en moins de quinze minutes. Le produit fini devrait être nettement plus léger que celui que vous avez mis au four, car les sous-produits gazeux (eau et dioxyde de carbone) s’échapperont dans l’air.
Quelle que soit la température, le bicarbonate de soude conservera le même aspect. Le bicarbonate de soude gardera le même aspect même si la réaction de décomposition crée un nouveau produit, le carbonate de sodium. Les deux composés sont des poudres blanches.
