כיצד לבנות מטף לכיבוי אש באמצעות חומץ ואבקת סודה לשתייה – המכבה אש באמצעות גז.
הניסוי מחייב השגחה של מבוגר
ציוד
- חומץ
- אבקת סודה לשתייה
- כוס
- נרות
- מצית או גפרורים
- צלחת
- כפית
הניסוי
את מהלך הניסוי אפשר לראות בסרטון:
*רגע של עברית – השם התקני של מכשיר לכיבוי אש הוא מטפה, למרות שהשם הרווח הוא מטף.
הסבר
כדי שאש תבער צריכים להתקיים שלושה גורמים, המכונים משולש האש: נוכחות של חומר דליק (עץ, נייר, דלק או פחם) נוכחות של חומר מחמצן (בדרך כלל החמצן שבאוויר, אבל קיימים גם מחמצנים אחרים) וחום גבוה. אם אחד הגורמים חסר, האש אינה יכולה לבעור עוד – והיא נכבית.
ואכן, כיבוי של אש מתבסס על סילוקו של גורם אחד או יותר של משולש האש: לקרר – כלומר לסלק את החום, לסלק את החמצן, או לסלק את החומר הדליק.
כיבוי האש שמודגם בניסוי מושג באמצעות סילוקו של החמצן מאזור האש ("חונקים את האש"). החמצן הוא גז הנמצא בריכוז של 21 אחוז באוויר החופשי, ובגלל היותו גז, הוא זורם וממלא במהירות כל מקום פנוי ולכן קשה לבודד מפניו. בניסוי אנו משתמשים בגז אחר – פחמן דו-חמצני, כדי לדחוק את מקומו של החמצן.
את הפחמן הדו-חמצני אנו מיצרים בתגובה כימית: תגובה בין חומץ, לאבקת סודה לשתייה. החומץ, שנוסחתו הכימית היא CH3COOH, הוא חומר חומצי (כפי ששמו מעיד עליו); הסודה לשתייה, NaHCO3, היא חומר בסיסי וביחד הם יוצרים מה שנקרא "תגובת חומצה-בסיס". תגובות חומצה-בסיס הן תגובות כימיות שבהן פרוטון (+H) עובר מהחומצה לבסיס, והן מתאפיינות במהירות גבוהה מאוד. מבחינה כימית, התגובה שמתרחשת היא:
(CH3COOH(aq) + NaHCO3(aq) ----> CH3COONa(aq) + H2O(l) + CO2(g.
(aq) מסמל חומר מומס במים; (l) מסמל מצב צבירה נוזלי; ו-(g) מסמל מצב צבירה גזי. במילים פשוטות התגובה אומרת לנו שחומץ וסודה לשתייה שמומסים במים מגיבים זה עם זה בתהליך שבין השאר משחרר גז פחמן-דו-חמצני (CO2).
למען הדיוק המדעי, חשוב לציין שפליטת גז פחמן-דו-חמצני היא לא מאפיין של תגובת חומצה בסיס, אלא רק של תגובות חומצה בסיס מאוד ספציפיות, בין חומצות לבין שתי 'משפחות' של בסיסים שנקראים פחמות (קרבונטים) ודו-פחמות (בי קרבונטים, ובאמת סודה לשתייה נקראת גם נתרן בי-קרבונט). הפחמות הן המקור לשיחרור הגז בתגובה.
לבסוף אנו ממש 'מוזגים' את הגז מתוך הכוס אל עבר הנרות, ממש כאילו היה נוזל שממלא את הכוסות. זה מתאפשר בזכות העובדה שפחמן דו-חמצני הוא גז 'כבד' מהאוויר (צפיפותו גדולה מצפיפות האוויר) ולכן, (לפי חוק הציפה של ארכימדס), הוא נוטה לשקוע למטה, בדיוק כמו שאבן כבדה שוקעת בתוך מים – וכתמונת ראי לגזים קלים כמו הליום ומימן – שכאשר משוחררים לאוויר הם עולים למעלה.
מעניין לציין
פחמן דו-חמצני משמש במטפי כיבוי מסחריים: כאשר רוצים לכבות שריפות שבהן מים יכולים להיות בעיה – כמו שריפות בלוחות חשמל. אולם – הוא לא טוב לשימוש בכל השריפות, וזה בגלל העובדה שהוא עצמו יכול לשמש כ'חומר מחמצן' ובכך לקיים את משולש האש. למשל – בשריפה של מתכת כמו מגנזיום, האש תמשיך לבעור אפילו בתוך קוביית פחמן-דו-חמצני קפוא ("קרח יבש") בלי גישה לחמצן, כאשר הפחמן הדו-חמצני 'מעביר' את אטומי החמצן למגנזיום, והופך להיות פחם שחור, כמו בסרטון:
