Урок 8. Химия на кухне

Окружающий мир

⚠️ Осторожно! В этом уроке есть опыты с уксусом. Уксус едкий, у него резкий запах, его нельзя пробовать на вкус и нельзя, чтобы он попал в глаза. Все опыты этого урока делай только вместе со взрослым.

🎯 Что ты узнаешь

• Из чего состоят все вещества на свете и что такое молекулы.
• Три состояния вещества (твёрдое, жидкое, газообразное) и как одно переходит в другое.
• Что такое смеси и растворы и как разделить смесь.
• Что такое химическая реакция и чем она отличается от физического изменения.
• Что такое кислоты и щёлочи и где они встречаются на кухне.
• Почему нельзя смешивать бытовую химию.
• Как устроить «вулкан» и сделать домашний индикатор из краснокочанной капусты.

📖 Разбираемся в теме

Где находится самая настоящая химическая лаборатория в твоём доме? Не в школе, не в институте, а на кухне! Каждый раз, когда печётся пирог, скисает молоко, темнеет разрезанное яблоко или шипит газировка, прямо у тебя на глазах происходят химические реакции. Сегодня ты научишься их замечать и даже устроишь извержение вулкана прямо в стакане.

Из чего всё состоит

Всё вокруг — вода, воздух, стол, твоя кошка и ты сам — состоит из веществ. А вещества состоят из крошечных частичек — молекул. Молекулы такие маленькие, что их не видно даже в обычный микроскоп. В одной капле воды молекул больше, чем звёзд на небе!

Молекулы, в свою очередь, собраны из ещё более мелких «кирпичиков» — атомов. Атомы бывают разных сортов: водород, кислород, углерод, железо, золото. Учёным известно 118 таких сортов, но из них, как из деталей конструктора, собрано всё разнообразие мира. Например, молекула воды — это два атома водорода и один атом кислорода, «склеенные» вместе. Химия — это наука о веществах, об их молекулах и о том, как они превращаются друг в друга.

🤔 А знаешь ли ты? Если бы молекулу воды увеличить до размера горошины, то сама горошина при таком увеличении стала бы размером с целую планету Земля! Вот насколько молекулы малы.

Три состояния вещества

Одно и то же вещество может быть в трёх разных состояниях, и лучше всего это видно на примере воды.

• Твёрдое (лёд). Молекулы стоят плотно, крепко держатся друг за друга и почти не двигаются, только чуть-чуть дрожат. Поэтому лёд держит форму, его можно взять в руку.
• Жидкое (вода). Молекулы держатся вместе, но уже свободно скользят друг мимо друга. Поэтому вода течёт и принимает форму стакана или лужи.
• Газообразное (пар). Молекулы разлетаются далеко друг от друга и носятся во все стороны. Поэтому газ заполняет всё, куда его пустишь, и его не видно.

Переходят состояния так: нагрел лёд, он тает и становится водой; нагрел воду сильнее, она кипит и испаряется, превращаясь в пар. И наоборот: остудил пар, он сгущается в капельки (так на холодном стекле появляется «запотевание»); остудил воду, она замерзает в лёд. Важно: вещество при этом остаётся тем же самым: это всё та же вода, просто её молекулы двигаются быстрее или медленнее.

Смеси и растворы

Чистое вещество на кухне встретишь редко: обычно всё вокруг это смеси. Смесь — это когда несколько разных веществ перемешаны вместе, но каждое остаётся самим собой. Салат — смесь. Воздух — смесь газов. Морская вода — смесь воды и соли.

Особый вид смеси — раствор. Это когда одно вещество полностью «растворяется» в другом и исчезает из виду. Размешал сахар в чае, и сахар не пропал, он просто разошёлся на молекулы, которые спрятались между молекулами воды. Чай стал сладким, но крупинок сахара уже не видно.

Растворяется в воде не всё. Сахар и соль растворяются, а вот песок, мел или масло — нет. Но и растворить можно не бесконечно много. Если сыпать сахар в стакан воды ложка за ложкой, наступит момент, когда сахар перестанет расходиться и начнёт оседать на дно. Такой раствор, который «наелся до отвала» и больше не принимает вещество, называют насыщенным.

💡 Хитрость: в горячей воде растворяется гораздо больше сахара или соли, чем в холодной. Молекулы горячей воды двигаются быстрее и «расталкивают» больше места. Вот почему сахар в горячем чае исчезает мгновенно, а в холодном компоте лежит на дне.

А как разделить смесь обратно? Есть два простых способа.

• Фильтрование: пропускаем смесь через фильтр (бумагу, ткань, ватку). То, что не растворилось (песок, чаинки), останется на фильтре, а жидкость просочится. Так работает бумажный фильтр в кофеварке.
• Выпаривание: нагреваем раствор, вода испаряется и улетает паром, а растворённое вещество остаётся. Так из морской воды добывают соль: вода уходит, а соль высыхает на дне.

🤔 Подумай: как разделить смесь соли и песка? Подсказка: сначала добавь воды и размешай (соль растворится, песок нет), потом отфильтруй песок, а потом выпари воду и получишь чистую соль обратно. Настоящая работа химика!

Два вида изменений

Вещества могут меняться двумя разными способами.

Физическое изменение: вещество меняет вид, но остаётся тем же самым веществом. Лёд тает и превращается в воду, вода кипит и превращается в пар, но это всё та же вода. Если разломить мел, он остаётся мелом. Если растворить сахар, он остаётся сахаром (выпари воду — вернётся). Такие изменения часто можно «отменить».

Химическое изменение (реакция): из одних веществ получаются совсем новые вещества с другими свойствами. Дрова горят и превращаются в золу и дым: обратно дрова уже не вернуть. Железо ржавеет, тесто превращается в хлеб, молоко скисает, яблоко на срезе темнеет. Молекулы при этом разбираются на атомы и собираются заново, в новом порядке, и получается другое вещество.

📌 Запомни: признаки того, что идёт химическая реакция: появляется новый цвет, выделяется газ (пузырьки), выделяется тепло или свет, появляется новый запах. Заметил такое, значит, родилось новое вещество!

Химические реакции прямо на кухне

Тебе не нужна лаборатория, чтобы увидеть реакции: вот они, вокруг тебя.

• Сода + уксус = газ. Кислота и щёлочь встречаются и выделяют углекислый газ, тот самый, что в пузырьках газировки. Скоро мы устроим на этом целый вулкан.
• Почему поднимается тесто. В тесто добавляют разрыхлитель (или дрожжи). Разрыхлитель — это сода с сухой кислотой; попав в тепло и влагу, они реагируют и выделяют пузырьки газа. Газ раздувает тесто изнутри, как множество маленьких воздушных шариков, и булочка становится пышной и мягкой.
• Почему темнеет яблоко. Разрежь яблоко, и через несколько минут срез побуреет. Это вещества внутри яблока встретились с кислородом воздуха и прореагировали, и получилось новое коричневое вещество. То же самое происходит с бананом и картошкой. Хитрость: капни на срез лимонного сока, и кислота мешает реакции, и яблоко дольше остаётся светлым.
• Ржавчина. Оставь мокрый железный гвоздь на воздухе, и он покроется рыжей ржавчиной. Это железо медленно соединяется с кислородом и водой, превращаясь в новое, рыхлое вещество. Ржавчина — это уже не железо, обратно его так просто не вернуть.

🤔 А знаешь ли ты? Румяная корочка на жареной картошке, хрустящая корка хлеба, поджаристый бок оладушка — всё это одна и та же химическая реакция подрумянивания. При нагреве сахара и белки в еде соединяются и дают новые вещества, вкусные, ароматные и коричневые. Получается, любой повар — немножко химик в фартуке!

Соль, сахар и кристаллы

Возьми крупинку соли и рассмотри её через лупу, и увидишь крошечный кубик с гладкими гранями. Это кристалл. Кристалл получается, когда молекулы выстраиваются в строгом порядке, ровными рядами, как солдаты на параде или как кирпичи в стене. У соли кристаллы кубические, у сахара — вытянутые, у снежинки — шестиугольные звёздочки.

Кристаллы можно вырастить самому! Если приготовить насыщенный раствор соли или сахара и дать воде медленно испаряться, молекулам «станет тесно», и они начнут прилипать друг к другу ровными рядами, и кристалл будет расти день за днём. Так на нитке можно вырастить целый сахарный леденец.

Кислоты и щёлочи

Среди веществ есть две интересные «противоположные» группы.

Кислоты — вещества с кислым вкусом (но пробовать незнакомые вещества нельзя!). Слабые кислоты есть в лимоне, уксусе, кефире, яблоке, газировке. Сильные кислоты очень едкие и опасные.

Щёлочи (основания) — как бы противоположность кислотам. На кухне это, например, питьевая сода или мыло (оно скользкое на ощупь — это признак щёлочи).

Когда кислота встречается со щёлочью, они нейтрализуют друг друга, гасят свойства, и часто при этом бурно идёт реакция. На этом основан наш «вулкан».

А чтобы узнать, кислота перед нами или щёлочь, учёные используют индикаторы: особые вещества, которые меняют цвет. Силу кислоты или щёлочи измеряют по специальной шкале — шкале pH: чем меньше число, тем кислее; 7 посередине — нейтрально (как чистая вода); чем больше — тем «щелочнее». И один такой индикатор легко сделать дома из капусты!

⚠️ ОЧЕНЬ ВАЖНО: правило безопасности! Никогда не смешивай разную бытовую химию: отбеливатель, средство от засоров, чистящие спреи, «Крот», хлорку. Кислоты и щёлочи в них тоже реагируют, но могут выделить ядовитый газ, которым легко отравиться, или разбрызгаться и обжечь. Взрослые химики делают такое только в защитных очках, перчатках и под вытяжкой. Дома — никогда. Если почувствовал резкий едкий запах от бытовой химии, сразу уходи и зови взрослого.

🔬 Опыт / наблюдение

⚠️ Осторожно! Все опыты — только со взрослым! Уксус едкий: не нюхай близко, не пробуй, береги глаза. После опытов вымой руки.

Опыт 1. Вулкан из соды и уксуса.

Что понадобится: питьевая сода, уксус, средство для мытья посуды (капля), красная пищевая краска (по желанию), стакан или бутылочка, поднос или раковина (будет пениться).

Что делать:

1. Поставь стакан на поднос (чтобы не запачкать стол).
2. Насыпь в стакан 2–3 ложки соды, добавь каплю средства для посуды и немного краски.
3. Теперь попроси взрослого аккуратно влить уксус и отойди чуть назад.

Что наблюдать: из стакана с шипением полезет обильная пена, прямо как лава из вулкана!

Как это объясняется: сода (щёлочь) и уксус (кислота) вступают в химическую реакцию. При этом выделяется газ — углекислый газ. Множество пузырьков газа вместе со средством для посуды образуют пену, которая бурно вырывается наружу. Это самая настоящая химическая реакция: появился новый газ, которого раньше не было.

(Кстати, тот же газ поднимает тесто и делает газировку шипучей.)

Опыт 2. Индикатор из краснокочанной капусты.

Что понадобится: несколько листьев краснокочанной (фиолетовой) капусты, горячая вода (её наливает взрослый), несколько прозрачных стаканчиков, разные жидкости для проверки: уксус, раствор соды, лимонный сок, мыльная вода.

Что делать:

1. Мелко нарежь капусту, сложи её в стакан и залей горячей водой (её пусть нальёт взрослый). Дай настояться 10–15 минут, и получится фиолетово-синий отвар, это и есть индикатор. Процеди его.
2. Разлей отвар по нескольким стаканчикам (поровну).
3. В один стаканчик добавь немного уксуса, в другой — раствор соды, в третий — лимонный сок, в четвёртый — мыльную воду. Один оставь как есть для сравнения.

Что наблюдать: цвет отвара начнёт меняться! От кислот (уксус, лимон) он станет розово-красным. От щелочей (сода, мыло) — синим, зелёным или даже жёлто-зелёным. В чистой воде останется фиолетовым.

Как это объясняется: в капусте есть природный краситель, который меняет цвет в зависимости от того, кислая жидкость или щелочная. Это настоящий индикатор: такими (только специальными) пользуются химики в лаборатории. По цвету ты можешь определить, что перед тобой — кислота или щёлочь. Сверься со шкалой на Рис. 3 ниже!

⏱ Попробуй прямо сейчас: с разрешения взрослого проверь капустным отваром другие безопасные жидкости — газировку, чай, сок, минералку. Угадай цвет заранее, а потом проверь. Где кислота, а где нет?

Опыт 3. Кто дольше не потемнеет.

Что понадобится: яблоко, лимон, две тарелки.

Что делать:

1. Разрежь яблоко на дольки.
2. Одну дольку полей лимонным соком, другую оставь как есть.
3. Оставь обе на 20–30 минут и сравни.

Что наблюдать: простая долька побуреет, а политая лимоном останется светлой.

Как это объясняется: темнеет яблоко из-за реакции с кислородом воздуха. Кислота лимона тормозит эту реакцию, вот почему фрукты в салат часто сбрызгивают лимонным соком. Ты своими глазами увидел, как можно управлять химической реакцией!

💡 Запомни главное

• Всё состоит из веществ, а вещества — из крошечных молекул и атомов.
• Вещество бывает в трёх состояниях: твёрдое, жидкое, газообразное; при нагревании и охлаждении оно переходит из одного в другое, оставаясь тем же веществом.
• Смесь — вещества перемешаны; раствор — одно растворилось в другом. Если больше не растворяется, раствор насыщенный. Разделить смесь можно фильтрованием и выпариванием.
• Физическое изменение: вещество меняет вид, но остаётся тем же (лёд → вода). Химическая реакция: получаются новые вещества (дрова → зола, железо → ржавчина).
• Признаки реакции: новый цвет, газ (пузырьки), тепло, свет, новый запах.
• Кислоты (лимон, уксус) и щёлочи (сода, мыло) — противоположности; вместе они бурно реагируют.
• Индикатор (например, отвар краснокочанной капусты) меняет цвет и показывает, кислота перед нами или щёлочь.
• ⚠️ Никогда не смешивай бытовую химию: может выделиться ядовитый газ. Опыты — только со взрослым.

📝 Подумай и ответь

1. Чем химическое изменение отличается от физического? Приведи по примеру.
2. Назови три признака, по которым можно понять, что идёт химическая реакция.
3. Какой газ выделяется в реакции соды и уксуса? Где ещё встречается этот газ?
4. Назови по два примера кислот и щелочей с кухни.
5. Зачем нужен индикатор и как он работает?
6. В какой цвет капустный отвар окрасится от лимонного сока, а в какой — от соды?