קסם המשקאות המתחלפים - ההסבר

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 (CO₃^2-) במים – שיוצרת סביבה בסיסית, כלומר יצירת יוני הידרוכסיל OH^-, לפי התגובה:
    HCO₃^-_(aq)  + OH^-_(aq)    ⇄       CO₃^2-_(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, כלומר להמיס 1 גרם אבקה ב-99 מ"ל אתאנול) – 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".