重曹と酢の化学反応は、化学火山、二酸化炭素の生成、酢酸ナトリウム（ホットアイス）の合成などに利用されています。 重曹と酢の化学反応は、炭酸水素ナトリウムと酢の酢酸の水性反応です。
重曹と酢の反応のバランス化学式
1モルの炭酸水素ナトリウム（重曹）が1モルの酢酸（酢）と反応して、1モルの酢酸ナトリウム、1モルの水、1モルの二酸化炭素が得られます。 バランスのとれた化学式は次のようになります。
NaHCO3 + HC2H3O2 → NaC2H3O2 + H2O + CO2
しかし、酢酸ナトリウムはイオンに解離しているので、反応の書き方としては次のようになります。
NaHCO3(s) + CH3COOH(l) → CO2(g) + H2O(l) + Na+(aq) + CH3COO-(aq)
ここで、NaHCO3は炭酸水素ナトリウム、CH3COOHは酢酸、CO2は二酸化炭素、H2Oは水、Na+はナトリウムカチオン、CH3COO-は酢酸アニオンを表しています。 また、sは固体、lは液体、gは気体、aqは水溶液または水の中という意味です。
反応の仕組み
この化学反応は水の中で起こるので、炭酸水素ナトリウムと酢酸はそれぞれのイオンに解離し、イオンは本質的に「相手を変えて」新しい製品を作ることができることを覚えておいてください。
NaHCO3(aq) + HC2H3O2(aq) = Na+(aq) + HCO-3(aq) + H+(aq) + C2H3O2-(aq)
重曹と酢の反応は、実際には2つのステップで進行します。 まず、炭酸水素ナトリウムと酢酸反応が二重置換反応で反応し、酢酸ナトリウムと炭酸が生成されます。 重曹は塩基、酢酸は酸であるため、この反応は酸塩基中和反応の一例でもある。 このような反応が起こるのは、生成物が反応物よりも熱力学的に安定しているからです。
NaHCO3 + HC2H3O2 → NaC2H3O2 + H2CO3
炭酸は不安定なので、すぐに分解反応が起こり、水と二酸化炭素になります。
H2CO3 → H2O + CO2
この反応は水中で起こり、酢酸ナトリウムは水に溶けるので、化学物質はナトリウムイオンと酢酸イオンに解離します。 水分を蒸発させれば、固体の酢酸ナトリウムになります。 酢酸ナトリウムは、過飽和状態の溶液が自発的に結晶化して熱を放出し、水の氷のような結晶性の固体になることから、「熱い氷」と呼ばれています。
反応で生成された二酸化炭素は、炭酸ガスの泡として逃げていきます。 重曹と酢の火山に少量の洗剤を加えると、炭酸ガスが閉じ込められ、容器の側面を流れる「溶岩」の泡ができます。
安全性
重曹と酢の反応は、反応物と生成物の両方が食べられるほど安全なので、子どもにとって安全な化学反応のひとつです。 唯一の注意点は、反応によって放出される二酸化炭素が空気よりも重く、部屋の底に沈んでしまうことです。 非常に大規模な反応を行った場合、床付近で低酸素状態になるほどの炭酸ガスが発生する可能性があります。 このようなことが起こるほどの化学物質を混ぜる人はまずいないでしょうが、もし子供用プールに重曹と酢を入れるつもりなら、風のある日に屋外で行いましょう 🙂