炭酸ナトリウム・水・二酸化炭素に分解される
なぜ炭酸水素ナトリウムは、炭酸ナトリウム、水、二酸化炭素の３つに分解されるのか考えましょう。
炭酸水素ナトリウム → 炭酸ナトリウム ＋ 水 ＋ 二酸化炭素
化学反応式で表しましょう。
2NaHCO3 → Na2CO3 ＋ H2O ＋ CO2
化学反応式を見ただけでは、どうしてこうなるのか、少しイメージしにくいかもしれません。数字とアルファベットばかりの化学反応式だと微妙だという場合は、原子のモデルで見てみるとイメージしやすくなります。
モデルを見ると左辺と右辺で原子の組み合わせが変わっただけということが分かります。左辺と右辺で原子の数はすべて同じです。実際に原子を数えてみましょう。ナトリウム原子２個、酸素原子６個、炭素原子２個、水素原子２個が、両辺にあることが確認できます。ではなぜ組み合わせが変わったのでしょうか？
詳しいことは高校の化学で学習しますが、原子同士にはお互いの結びつき方に優先順位のようなものがあって、お互いがより強い絆の方の原子どうしで結びついてしまうのです。炭酸水素ナトリウムが２組集まって加熱すると、このように原子の結びつき方が入れ替わって右辺のようになります。
重要なのは炭酸水素ナトリウムが最低でも２組必要だということです。炭酸水素ナトリウムが１組では何も起こりません。それで左辺には係数の２をNaHCO3の前につけます。係数ひとつひとつにもしっかりとした意味があるのです。
このように炭酸水素ナトリウムを分解すると、３つの物質ができることが分かります。
元素の周期表については、以下の記事をご覧ください。
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なぜ炭酸水素ナトリウムは熱で分解されるのか？
炭酸水素ナトリウムは熱を加えると結びつき方が不安定になります。別の言い方をすると炭酸水素ナトリウムは熱に弱い化合物なので、熱によってばらばらに分解されてしまうのです。
一方で熱によって分解することがほぼ不可能な物質もあります。それは水です。そのため水は電気分解する必要があります。こちらについては別の実験で学習します。
中学校では、熱分解と電気分解の２種類の分解を学習します。熱によって原子どうしの関係がばらばらになってしまうのが炭酸水素ナトリウムです。炭酸水素ナトリウムは熱分解の代表例として必ず学習しますので、よく覚えておきましょう。
なぜホットケーキはふくらむのか？
炭酸水素ナトリウムは何に使用されていますか？ 色々な場面で活躍しています。自宅では主に料理・掃除などで活躍しています。
例えば、炭酸水素ナトリウムを主な成分とする「重曹(じゅうそう)」は、「ベーキングパウダー」という膨張剤の中に入っています。炭酸水素ナトリウムの熱分解のおかげで、おいしいお菓子をつくることができるのです。
上で考えた化学反応式より、炭酸水素ナトリウムを加熱すると３つの物質が発生することを学びましたが、分解された物質の中でも二酸化炭素は気体なので体積が非常に大きくなります。体積が大きいということはその分ホットケーキの中に二酸化炭素の気泡がたくさんできるので、その分ふくらむのです。それでホットケーキをつくるとき、ベーキングパウダーを入れるとふっくらと仕上がるわけです。
体積と状態の関係 … ほとんどの物質が固体 ⇔ 液体 ⇔ 気体と変化するとき、質量は同じですが、体積は固体から気体になればなるほど大きくなります。（例外の物質もあります）
この他でも炭酸水素ナトリウムは掃除や薬などのさまざま場面で活躍しています。化学変化は、一見関係なさそうなことに思えますが、実は私たちの生活に身近に関係が深いものがたくさんあるのです。
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