Description
La celo de ĉi tiu lernilo estas memfari manvarmigilojn. Tiuj povas varmiĝi ĝis ĉirkaŭ 50 °C kiam oni aktivigas ilin. Ili estas uzeblaj ekzemple en montaro, por varmiĝi dum piedekskurso.
Summary
Contents
- 1 Description
- 2 Summary
- 3 Introduction
- 4 Step 1 - Kalkulo de la kvantoj
- 5 Step 2 - Purigado de la materialo
- 6 Step 3 - Miksado de la reakciantoj
- 7 Step 4 - Varmiĝo, vaporiĝo
- 8 Step 5 - Plenigado
- 9 Step 6 - Reŝargo de la manvarmigiloj
- 10 Step 7 - Utiligo de la manvarmigiloj
- 11 Step 8 - La teorio de la manvarmigiloj (ĥemiaj klarigoj)
- 12 Step 9 - Nesolvita problemo
- 13 Step 10 - Ŝtofaj sursakoj
- 14 Notes and references
- 15 Comments
Introduction
Dum montaraj ekskursoj, oni foje suferas la malvarmon, precipe ĉe la ekstremaĵoj de la korpo (manoj, piedoj).
Kelkaj homoj vere malfacile sukcesas revarmiĝi, kaj ski-ekskurso sen liftoj (por eviti la malŝparajn kaj malekologiajn meĥanikajn ski-liftojn!) povas fariĝi vera turmento! Pluraj medicinaj aŭ fiziologiaj kaŭzoj povas malfaciligi varmiĝon (sentumo de malvarmo, malbona toleremo al malvarmo) dum ski-ekskurso.
Kelkaj sport-vendejoj proponas, por iom plibonigi la komforton, manvarmigilojn. Temas pri malgrandaj plastaj ujoj, kiuj varmiĝas ĝis ĉirkaŭ 50 °C kiam oni aktivigas ilin.
Kelkaj estas reuzeblaj, kun prezoj ĉirkaŭ 20 € por paro, kaj aliaj ne reuzeblaj, kun prezoj po ĉirkaŭ 15 € por 30 pecoj.
En kompleta malalt-teĥnologia aliro, oni unue devus pridubi tiun bezonon de komforto. Sed antaŭ ol atingi tiun punkton, kaj por tiuj, kiuj eble jam faris tian profundan pripenson, sed tamen ankoraŭ sentas la bezonon de manvarmigiloj, eblas mem fari reuzeblajn (preskaŭ! vidu diskuton pri la solvotaj problemoj) kaj ŝparajn (tio ja validas!) manvarmigilojn.
Materials
- Natria karbonato (pulvora baksodo)
- Vinagro
- Ujo por la manvarmigiloj (ĉi tie, malplenaj eluzitaj fruktokaĉo-saketoj.)
La kvantoj estos diskutataj en la lernilo, ĉar ili dependas de la koncentriĝa grado de la vinagro.
Ne ĉiuj saketoj de frukto-kaĉo taŭgas, oni prenu nur tiujn, kiujn oni povas bone reŝtopi.
Tools
- Kaserolo
- Pesilo
- Kulero
- Funelo
- Glaso
- Mezurglaso
Step 1 - Kalkulo de la kvantoj
Jen la kvantoj por unu manvarmigilo! La maso de vinagro dependas de ties koncentriĝo.
Quantité pour une chaufferette
35 g de natria karbonato (baksodo)
Tabelo prezentanta la kvanton de vinagro laŭ ĝia koncentriĝo.
Koncentriĝo de vinagro [%] → Maso de vinagro [g.] → Volumo (proksimuma) de vinagro [mL]
6 % → 415 g. → 415 ml.
8 % → 315 g. → 315 ml.
10 % → 250 g. → 250 ml.
12 % → 210 g. → 210 ml.
14 % → 180 g. → 180 ml.
16 % → 155 g. → 155 ml.
Tiuj valoroj estas proksimumaj. Vi trovos en la teoriaj sekcioj kiel rekalkuli ilin.
NB: La denseco de vinagro estas tre proksima al tiu de akvo, do 1 kg egalas 1 L.
Step 2 - Purigado de la materialo
Fari manvarmigilojn estas ekzerci ĥemion, kaj ĥemio ne tre ŝatas malpuraĵon. Nepre rekomendindas bone purigi ĉiujn ilojn per akvo kaj sapo. Precipe la saketojn por la manvarmigiloj, por eviti, ke restu iom da fruktokaĉo!
Step 3 - Miksado de la reakciantoj
Sekureco
- Vinagro estas substanco iritanta por la haŭto kaj forte iritanta por la okuloj. Ne hezitu surmeti protektajn okulvitrojn dum la miksado. Alie, atentu pri ŝprucoj...
La unua paŝo konsistas en miksado de la vinagro kaj la natria karbonato. Por tio, oni unue verŝu la ĝustan kvanton de vinagro en la kaserolon. Poste, oni aldonu la natrian karbonaton malrapide. Fine, necesas miksi ĉion ĝis ne plu aperu ŝaŭmo. Tio indikos, ke la ĥemia reakcio finiĝis.
Atentopunkto
- Verŝu la natrian karbonaton malrapide, ĉar la reakcio produktas gason CO₂, kio kaŭzas ŝaŭmadon de la solvaĵo.
- Ĉi tiu paŝo daŭras iom da tempo, sed estas pli bone iri ĝis la fino por ke la tuta vinagro reagu. Se restas vinagro, estu preta flari ĝian malagrablan odoron dum la sekva paŝo!
- Ju pli multajn manvarmigilojn oni kreas, des pli longe daŭros la reakcio. Por 5 manvarmigiloj necesas proksimume 20 minutoj da miksado.
Step 4 - Varmiĝo, vaporiĝo
Sekureco
- La substanco akirita per la reakcio de vinagro kaj natria karbonato estas natria etanoato (acida acetato). Ĉi tiu substanco estas iritanta por okuloj; ne hezitu surmeti protektajn okulvitrojn. Alie, zorgu, ke ĝi ne tuŝu viajn okulojn.
- Estas risko ŝpruco, en okazo de granda kvanto kaj forta kuirplata potenco.
Kiam la unua paŝo estas ĝuste finita, oni povas varmigi la kaserolon je forta fajro; la celo estas vaporigi la tutan troan akvon. Mi diras “troan”, ĉar ni bezonos iom da akvo por akiri la ĝustan substancon. Kiam tre maldika filmo komencas aperi sur la surfaco, la substanco estas preta, kaj oni ĉesigu la varmigon.
Atentopunkto
- Se estas granda kvanto da vaporigenda akvo, ĉi tiu paŝo daŭras iom da tempo (denove: ju pli da manvarmigiloj oni faras, des pli longa estas la vaporiĝo).
- Dum ĉi tiu paŝo, dum longa tempo nenio okazas, sed fine, ĉio tre rapide ŝanĝiĝas. Do, oni devas esti tre atenta, apenaŭ la likvaĵo iomete malklariĝas kaj flaviĝas.
- Ĝenerale, fine, aperas kristaloj ĉe la randoj de la kaserolo.
- Se hazarde oni tro longe varmigas la likvaĵon, ĝi tute solidiĝas. En tiu kazo oni malŝaltu la fajron kaj rapide aldonu akvon (ne tro grandan kvanton, nur sufiĉe por vidi, ke la tuta solido denove fariĝas likva). Poste, oni povas remeti ĝin sur la fajron, kirlante por helpi la lastajn kristalojn likviĝi. Ne zorgu, la manvarmigiloj tamen funkcios!
- Fine, aperas odoro simila al tiu de bakita kuko. Ĝi ne estas malagrabla, sed evitu tro flari ĝin! Estu singarda, kiam oni ludas je “lernanta ĥemiisto”, eĉ kiam vi manipulas relative ne danĝerajn substancojn :)
Step 5 - Plenigado
Sekureco
- Risko de brulvundo: la likvaĵo verŝota en la fruktokaĉajn saketojn estas varmega (ĉirkaŭ 100 °C komence).
- En kazo de kontakto kun la haŭto je malpli ol 60 °C, la likvaĵo solidiĝos kaj revarmiĝos. Tio estas tre impresa, ĉar la solido algluiĝas al la haŭto. Ne paniku: iom da akvo sufiĉos por forigi ĝin. Tamen ne tro prokrastu la lavadon per akvo por eviti brulvundon.
La celo de ĉi tiu paŝo estas plenigi la saketojn de la manvarmigiloj per la substanco akirita en la paŝo 4.
Por ĉi tiu paŝo necesas agi duope; sola, estas malfacile samtempe teni (la saketon) kaj verŝi (la likvaĵon).
La persono, kiu tenas la saketon, povas surhavi gantojn por malpliigi la riskon de brulvundo.
En ĉi tiu paŝo, oni uzu funelon, kiun oni enmetas en la saketojn, poste oni malrapide verŝas la enhavon de la kaserolo.
Atentopunkto
- Oni lasu malgrandan aer-enirejon en la manvarmigilo dum verŝado de la likvaĵo; zorgu ne tute ŝtopi la truon per la funelo, por eviti superfluon kaj do brulvundon :(
- Inter ĉiu verŝo, oni movu la kaserolon por miksi la likvaĵon kaj eviti , ke la surfaco solidiĝu.
- La likvaĵo solidiĝas je ĉirkaŭ 58 °C, do oni devas verŝi ĝin antaŭ ol ĝi atingas tiun temperaturon; alie la funelo ŝtopiĝos. Tamen ne iru tro rapide, por eviti brulvundon. Se la substanco komencas tro malvarmiĝi, sufiĉas aldoni iom da akvo kaj ripeti la paŝon 4.
- Se la funelo tute ŝtopiĝas, oni povas verŝi varman akvon en ĝin; la solido rapide fariĝos likva kaj fluos libere.
- Atentu bone plenigi la manvarmigilon ĝis tri kvaronoj por eviti skuojn kaj do riskon de memaktiviĝo!
Step 6 - Reŝargo de la manvarmigiloj
La manvarmigiloj nun estas pretaj por reŝargo!
Por ŝargi la manvarmigilojn per varmo, oni devas meti ilin en bolantan akvon dum 10–15 minutoj. Poste oni lasas ilin malvarmiĝi sen movi ilin, ĝis ili atingas ĉambran temperaturon.
Ili nun estas plenaj de energio kaj pretaj por uzo en montaro aŭ aliloke!
Step 7 - Utiligo de la manvarmigiloj
Kiam oni troviĝas en la malvarmo de la montaro, oni povas aktivigi ilin; por tio necesas sekvi la instrukciojn.
Jen la etapoj:
1. Malvarmo
2. Malŝraŭbi por malfermi
3. Ŝtopi per fingro
4. Renversi kaj skui
5. Refermi
6. Varma
Ili tiam varmiĝas ĝis ĉirkaŭ 50 °C. Por konservi la generitan varmon, oni rekomendas apartigi ilin de la ekstera aero, metinte ilin en viajn gantojn kaj/aŭ en viajn poŝojn.
Sekureco
Atentu: Oni severe malrekomendas subite revarmigi frostodamaĝon. La uzo de manvarmigiloj celas esti preventa, por malhelpi fortan senton de malvarmo, kaj ne por revarmigi jam vunde frostigitan areon.
Krome, oni severe malrekomendas alterni varmon kaj malvarmon sur frostodamaĝita haŭto. Pli bone estas surmeti sekajn vestaĵojn kaj atendi temperatur-kontrolitan banon je 37 °C kiam oni atingos sekuran lokon.
Step 8 - La teorio de la manvarmigiloj (ĥemiaj klarigoj)
Estis por mi tre interese mem eksperimenti kaj plibonigi la procedon post propraj observoj. Mi ĉi tie diskonigu miajn malkovrojn devenantajn el miaj spertoj kaj legospertoj.
Fabrication de l'éthanoate de sodium, réaction chimique
Natria etanoato estas produkto de la reakcio inter etanoata acido kaj natria karbonato.
Cette réaction produit aussi de l'eau est du CO2.
Calcule des quantités
Ĉi tiu parto ne estas tre amuza; eblas preterlasi ĝin, se vi ne estas granda ŝatanto de ĥemiaj kalkuloj! Sed ĝi estas necesa, se vi volas mem rekalkuli la tuton!
Por determini la kvantojn de etanoata acido kaj natria karbonato, kiujn oni miksus, oni supozas, ke la reakcio estos kompleta. Tiel, por optimumigi ĉion, necesas miksi la reakciantojn laŭ t.n. stoiĥiometria proporcio. Kiam oni enmetas ekzakte tiujn kvantojn, ĉiuj reakciantoj estas konsumitaj kaj fine de la reakcio restas nur produktoj.
En nia kazo, unu molekulo de etanoata acido reagas kun unu molekulo de natria karbonato. Tial necesas enmeti la saman nombron de materia kvanto (molo) de ĉiu el la du reakciantoj, por atingi la stoiĥiometriajn (ekvilibrajn) kvantojn.
Konsiderante tion, oni kalkulas la materian kvanton respondan al 35 g. de natria karbonato (por unu manvarmigilo).
Poste oni kalkulas la mason de acetata acido por akiri ekzakte la saman materian kvanton (kio dependas de ties mola maso).
Fine, sciante, ke vinagro je, ekzemple, 8 % enhavas 0,08 g de etanoata acido por 100 mL, oni kalkulas la volumenon de vinagro por akiri ekzakte la ĝustan mason de etanoata acido.
Se oni preferas, eblas kalkuli la mason de vinagro anstataŭ ĝian volumenon (utile kiam oni ne havas mezurglason). Feliĉe, vinagro havas preskaŭ la saman denson kiel akvo, do 1 kg da vinagro pezas 1 L. da vinagro.
En Interreto troviĝas multaj pedagogiaj lerniloj pri bazaj kalkuloj en solvaĵa ĥemio, se tio interesas vin. Temas pri nocioj traktataj komence de la gimnazio, en Francujo.
Comprendre par ses propres sens
Estas amuze eksperimenti tiun reakcion, ĉar ĝi estas tre vida: la produktado de CO₂-gaso kreas ŝaŭmon. Tiel oni povas scii, ĉu ĉiuj molekuloj ĝuste reagis.
Pourquoi la réaction (mélange) est si longue ?
La reakcio daŭras longe, kaj oni devas miksi! Sed kio okazas en la mondo de molekuloj, por ke tio tiel longe daŭru?
En nia kaserolo, post kelkaj sekundoj de reakcio, troviĝas multe da akvo, reakciantoj, sed ankaŭ kelkaj jam formitaj produktoj. Por ke reakcio okazu, necesas,ke du molekuloj de reakciantoj renkontiĝu.
Sed kiel renkontiĝi en tiu tuta ĥaoso!? Estas kvazaŭ oni ĵetus polenon en florkampon: komence estas facile por la poleno trovi sole starantan floron, sed post kelkaj minutoj, kiam multaj paroj jam formiĝis, fariĝas malfacile por malgranda floro kaj poleno trovi unu la alian.
En teĥnikaj terminoj oni parolas pri reakcia kinetiko por indiki la rapidecon de la reakcio, kaj pri limiga fenomeno por priskribi la fenomenon kiu determinas tiun rapidecon.
Ĉi tie estas la renkontiĝo de la molekuloj, kiu estas la plej malrapida procezo; oni do parolas pri masotransporto.
Vous avez dit cristallisation ?
Ni jam pridiskutis la problemon de kristaliĝo, se oni tro longe varmigas la likvaĵon. Tio estas sufiĉe kontraŭintuicia observo. Normale, per altiĝo de la temperaturo, oni transiras de solido al likvaĵo, ne inverse.
La kristaliĝo ĉi tie devenas de la senakviĝo de la natria etanoato-trihidrato al natria etanoato-anhidrato. Fakte, la trihidrata substanco, tiu, kiun ni deziras akiri por niaj manvarmigiloj, likviĝas se oni varmigas ĝin super 58 °C. Male, la anhidra substanco likviĝas nur je 324 °C. Tiel, kiam oni forigas la akvon el molekulo, paf! ĝi fariĝas anhidra kaj tuj solidiĝas, ĉar ni estas tre sub 324 °C!
Komence troviĝas troa akvo, do ĝuste tiu akvo vaporiĝas. Sed tuj kiam preskaŭ ne plu restas akvo, la "bonaj" molekuloj komencas senakviĝi, tial fine aperas kristaloj, kaj poste, iom post iom, solida filmo.
Comprendre pour mieux agir !
Ĉi tie la scio pri la fenomeno ebligas juĝi kiam ĉesigi la 4-an paŝon. Efektive, ĉe la apero de la unuaj kristaloj, oni ekscias, ke la restanta likvaĵo ne estas akvo, sed ja natria etanoato-trihidrato. Ĉar se plu estus likva akvo, ĝi vaporiĝus kaj neniuj kristaloj aperus!
Le plus important : Pourquoi les chaufferettes chauffent ?
La funkciado de la manvarmigiloj baziĝas sur la fenomeno de submalvarmigo (metastabila stato de substanco, kiu restas en likva fazo kvankam ĝia temperaturo estas pli malalta ol ĝia solidiĝa punkto.) ! Por scii pli, vi povas konsulti ĉi tiun artikolon:
https://ssaft.com/Blog/dotclear/?pages/Acetate-de-Sodium
(en la franca)
Step 9 - Nesolvita problemo
Des chaufferettes presque réutilisables !
Teorie, la manvarmigiloj devus esti reuzeblaj. En la realo, ĉe ĉiu nova uzo ili fariĝas pli malfacile aktivigeblaj. Mi ne sukcesis solvi la misteron de tiu fenomeno, sed eble vi sukcesos!
Ili tamen estas reuzeblaj kelkajn fojojn, se oni bonvolas iom atendi kaj plurfoje provi reaktivigi ilin.
Por la plej persistemaj, enmetante metalan bastoneton kaj kirlante ĝin, la aktivigo estas pli efika, do oni povas reuzi ilin pli longe per tiu metodo. Por tio oni povas enmeti la pinton de malgranda ŝraŭbturnilo, ŝraŭbon aŭ ajnan metalan objekton, kirli ĝin dum iom da tempo, kaj poste ĝin forigi kiam la manvarmigilo ekvarmiĝas :)
Quelques auto-activations imprévues
Foje, dum la reŝargo, post kiam oni varmigis ilin kaj dum ili ripozas, la manvarmigiloj povas memaktiviĝi. Tio povas esti ĝena, ĉar tiam necesas denove reŝargi ilin.
Por certiĝi, ke manvarmigilo estas preta por uzo, sufiĉas kontroli, ke ĝi estas tute likva. Se tiel estas, vi povas esti certa pri via afero!
Step 10 - Ŝtofaj sursakoj
Ŝtofaj sursakoj plibonigas la aspekton de la manvarmigiloj. Por kaŝi kaj teni la fruktokaĉaj saketoj, sufiĉas peco da ŝtofo de 20 cm je 20 cm, kun supra faldaĵo (rando), tra kiu oni enmetos la saketon. Meti la plastigitan instrukcio-etikedon kaj kudri ĝin ĉe la malsupro kaj supro sufiĉas, antaŭ ol kudri la poŝeton mem laŭ la flanko kaj malsupro... Estas bele...
Notes and references
Noé Beaupère. Monitorado de la liberigo de varmo kaj studo de la maljuniĝo de materialoj kun fazŝanĝo. Inĝeniersciencoj [fiziko]. Universitato de Artezo, 2019. Franca lingvo. [1]
Published
Français
English
Deutsch
Español
Italiano
Português