איך אפשר להפוך מים ליין? יין לחלב? חלב לבירה? - הסבר הקסם

בכתבה קודמת הצגנו קסם שבו מים הופכים ליין שהופך לחלב שהופך לבירה, כעת אנו מציגים את ההסבר המלא לקסם הזה, שכולל מספר תגובות כימיות עוקבות:

הרחבה והעמקה

עבור מי שמעוניין לשחזר את הקסם, להלן ה"מתכון" המדויק שבו השתמשנו, עם תוספת הסבר למעוניינים להעמיק בכימיה עוד מעבר למה שהוסבר בסרטון:

  • כוס ה"מים": מכילה תערובת של 150 מ"ל מים בתוספת 20 מ"ל של תמיסת נתרן פחמתי (Na2CO3) בריכוז "20%" (ריכוז של 20 גרם מומס ל-100 מיליליטר תמיסה, כתבתי % במרכאות, כי למרות השימוש הרווח במעבדות ביולוגיות – הסימון % לריכוז תמיסה כזו אינו נכון, כי זה ריכוז מסה בנפח, כלומר שתי יחידות מידה שונות). סה"כ 4 גרם נתרן פחמתי ב-170 מ"ל תמיסה.
  • כוס ה"יין": 10 טיפות של האינדיקטור פנולפתלאנין. הצבע המתקבל כאמור אופייני לתגובה של בסיסים עם האינדיקטור. בסיסיות התמיסה מתקבלת על ידי תגובה של היון הפחמתי (CO32-) במים – שיוצרת סביבה בסיסית, כלומר יצירת יוני הידרוכסיל OH-, לפי התגובה:
      HCO3-(aq)  + OH-(aq)           CO32-(aq) +H2O(l)
  • כוס ה"חלב": מכילה 50 מ"ל תמיסה רוויה של סידן כלורי (CaCl2). הסידן הכלורי שבו השתמשנו לא היה טהור, וכנראה הכיל עקבות של סידן הידרוכסידי בסיסי, בשל כך הוספנו לתמיסה גם 20 טיפות של תמיסת חומצת מלח (HCl) בריכוז 2M להחמצה.
    יוני הסידן כאמור מגיבים עם הפחמה שבכוס ה"יין" בתגובת שיקוע כפי שמפורט בסרטון. תגובת השיקוע גורמת לסילוק יון הפחמה מהתמיסה, בשל כך גם אובדת הבסיסיות של התמיסה (מתרחשת התגובה ההפוכה לתגובה לעיל, שהיא תגובת שיוון משקל, לפי עקרון לה שטלייה) ולכן עם הופעת הצבע הלבן של משקע הסידן פחמתי, נעלם הצבע הוורוד האופייני של פנולפתלאין בסביבה בסיסית.
  • כוס ה"בירה" מכילה 20 מ"ל חומצת מלח (HCl) בריכוז 2M, בתוספת 20 טיפות מהאינדיקטור ברומותימול כחול (תמיסה של 1% באתנול) – כדי להשיג את צבע הבירה. החומצה מגיבה במהירות עם הסידן הפחמתי הלבן, כך שהתמיסה הופכת לצלולה. הגז פחמן דו-חמצני שנפלט בתגובה נותן את אפקט הבועות והקצף של ה"בירה".

6 תגובות

  • אורטל

    התגובה האחרונה

    שלום שוב, אשמח להסבר גם לגבי התגובה האחרונה (אבנית וחומצה)- האם מדובר בתגובת חומצה- בסיס?
    שכן הצבע הורוד בכוס ה"חלב" נעלם.. אם לא, באיזה סוג תגובה מדובר?

  • מומחה מצוות מכון דוידסוןאבי סאייג

    התגובה האחרונה בקסם

    כן, התגובה האחרונה נחשבת לתגובת חומצה בסיס (אם את בקיאה בכימיה, על פי הגדרת ברונסטד ולאורי עובר פרוטון במהלך התגובה שמופיעה בסרטון בזמן 3:44 מהחומצה, אל המלח הפחמתי).
    זאת תגובה בין חומצה למלח פחמתי לא מסיס (אבן הגיר, היא ה'בסיס').
    כדאי לך גם להסתכל בסדרת הסרטונים האינטראקטיביים שלנו – תגובות חומצה בסיס:
    http://davidson.weizmann.ac.il/online/tikshuv/chemistry/%D7%AA%D7%92%D7%...
    הערה לגבי הצבע הוורוד: הצבע הוורוד בכוס החלב נעלם עוד בשלב הקודם, כאשר היין הפך לחלב. כי עוד בשלב הזה סולקה הסביבה הבסיסית (יוני הפחמה) מהמים, וכאשר הסביבה הבסיסית סולקה, הפנול פתלאין הפך מורוד לשקוף.
    בברכה
    ד"ר אבי סאייג
    מכון דוידסון לחינוך מדעי
    מכון ויצמן למדע

  • אורטל

    שוב, המון תודה!

  • אורטל

    הוספת HCL

    שלום רב!
    ככל שנוסיף יותר (או ריכוז גדול יותר) של HCL, יווצרו יותר בועות.
    האם באיזשהו שלב תיפסק העלייה בכמות הבועות והניסוי יגיע למעין פלאטו גם אם נוסיף יותר חומצה?
    אם כן, איך ניתן לחשב זאת?
    תודה מראש.

  • מומחה מצוות מכון דוידסוןאבי סאייג

    סטוכיומטריה

    היי אורטל
    אכן, ככל שנוסיף יותר (או ריכוז גדול יותר) של HCl יווצרו יותר בועות בשלב ה'בירה' של הניסוי, אבל בשלב כלשהו נראה שתפסק העלייה בכמות הבועות ולא יעזור אם נוסיף יותר חומצה.
    זה בגלל שהבועות של הפחמן הדו-חמצני, נוצרות בתגובה כימית בין החומצה HCl לבין הסידן הפחמתי (=הגרגירים הלבנים שמפוזרים במים) לפי הניסוח הכימי שמופיע בזמן 3:44 בסרטון. כלומר צריך גם חומצה וגם סידן פחמתי כדי ליצור בועות. אם אחד מהמגיבים נמצא בחוסר, אז לא ינוצל הפוטנציאל של יצור כל הפחמן-הדו-חמצני האפשרי. אפשר לחשוב על דוגמה דומה מחיי היום-יום: נניח שמעוניינים להכין הרבה כוסות קפה, וכל כוס קפה דורשת כפית קפה, וכפית סוכר. ברור כי אם יש לנו 50 כפיות קפה, ו-25 כפיות סוכר, נוכל להכין רק 25 כוסות קפה, הכי הרבה כוסות קפה נוכל להכין אם יהיו לנו גם 50 כפיות סוכר (שביחד עם 50 כפיות קפה ייצרו 50 כוסות קפה). וברור שגם אם יהיה לנו עוד סוכר, נגיד 200 כפיות, זה לא יעזור לנו ועדיין נוכל להכין מקסימום 50 כוסות קפה.
    התחום בכימיה שעוסק בחישובים כאלו נקרא סטוכיומטריה, אם את רוצה להרחיב על כך – את יכולה לקרוא כתבה ולראות סרטון שיש לנו באתר בנושא:
    https://davidson.weizmann.ac.il/online/maagarmada/chemistry/%D7%9E%D7%94...
    (מה שבעצם צריך זה להתאים את מספר חלקיקי החומצה למספר חלקיקי הסידן הפחמתי – לפי האיזון המופיע בתגובה הכימית, חישוב מדוייק תלוי כמובן בכמויות בהם משתמשים).
    בברכה
    ד"ר אבי סאייג
    מכון דוידסון לחינוך מדעי
    מכון ויצמן למדע

  • אורטל

    תודה רבה! :)