"Горещ лед" се отнася до популярна химическа демонстрация, при която разтвор на натриев ацетат, разтворен във вода и поставен във фризер веднага се втвърдява, когато се излива от неговия контейнер или когато в разтвора се вкара единичен кристал от твърд натриев ацетат. Процесът на втвърдяване освобождава топлина и по този начин създава образуването на горещ лед. Инструкторите по химия използват това, за да демонстрират явлението пренасищане или способността на някои разтвори да съдържат повече разтворен материал, отколкото обикновено.
Йонни съединения
В химията терминът "съединение" се отнася до материал, състоящ се от повече от един химичен елемент. Например, солта, позната също като натриев хлорид, съдържа натриеви и хлорни атоми. Когато съединението съдържа както метал, така и неметал - както се отличава от периодичната таблица на елементите - химиците се отнасят до съединението като "йонно". Някои йонни съединения се разтварят във вода и по време на процеса на разтваряне положително зареденият метал, наречен катион, се отделя от отрицателно заредения неметал, наречен анион. Процесът на утаяване представлява обратното на този процес; т.е. катионът и анионът се комбинират, за да образуват твърди кристали в разтвора.
разтворимост
Химиците описват способността на съединението да се разтвори във вода като разтворимост. По дефиниция съединението, присъстващо в по-малко количество, представлява разтвореното вещество и съединението, присъстващо в по-голямо количество, представлява разтворителя. В случай на твърдо разтваряне в течност, течността обикновено се квалифицира като разтворител. Най-общо химиците заявяват разтворимост в единици, като грамове на литър, което означава "грамове разтворимо вещество, което ще се разтвори в 1 л разтворител" или "грама на 100 мл." Насищането възниква, когато максималното количество разтворено вещество се разтваря в дадено количество разтворител. Някои съединения показват по своята същност по-висока разтворимост от други, но във всички случаи разтворимостта варира в зависимост от температурата. Обикновено, колкото по-висока е температурата, толкова повече разтворено вещество се разтваря в дадено количество разтворител. Процесът на пренасищане или "пренатоварване" на решения зависи от манипулирането на температурата.
суперсатурация
Феноменът на свръхнасищане се получава, когато количеството на разтвореното вещество, разтворено в дадено количество разтворител, надвишава точката на насищане. Учените не разбират напълно механизма, с който се пренасищат разтворите. Преципитацията изисква образуването на малък твърд кристал в разтвора, процес, наречен "ядрена". След кристалните форми, вторият процес, известен като растеж, увеличава кристалите до макроскопично ниво, така че те да бъдат наблюдавани и изолирани. Но растежът не се случва без зараза и някои разтвори, при определени условия, се противопоставят на този процес. Ядрата има тенденция да изисква "груба" повърхност, върху която да се инициира. Грубата повърхност може да бъде примес, като прахови частици или драскотина от вътрешната страна на стъкления контейнер, в който се намира разтворът. Алтернативно, експериментатор може да започне умишлено зануляване чрез добавяне на единичен, малък кристал на утаеното съединение. Следователно, повечето инструкции за демонстрацията на горещ лед изискват добавяне на няколко зърна от твърд натриев ацетат към свръхнаситен разтвор, за да се предизвика кристализация.
Натриев ацетат
Натриевият ацетат е йонно съединение, състоящо се от натриеви катиони, Na (+) и ацетатни йони, C2H3O2 (-). Подобно на повечето ацетати, той проявява висока разтворимост във вода: 76 g се разтваря в 100 ml при 0 ° С. Разтворимостта обаче се увеличава значително при по-високи температури. Демонстрирането на горещ лед изисква създаването на наситен разтвор на натриев ацетат в гореща вода, след което разтворът се поставя във фризер. Когато разтворът се охлади и достигне 0 ° С, концентрацията на натриев ацетат ще остане над 76 g на 100 ml, т.е. разтворът ще бъде пренаситен.
Горещ лед
Утаяването на твърдо вещество от разтвор води до намаляване на нарушението на системата. Това означава, че в разтвора йоните се движат свободно в случайни посоки и поради това проявяват голямо разстройство. Когато йоните се комбинират, за да образуват твърди кристалити, тяхната свобода на движение се ограничава. Учените описват това като намаляване на ентропията или разстройството на системата. Законите на термодинамиката постановяват, че за процес, който показва спад на ентропията да се появи спонтанно, като например утаяване на твърдо вещество от разтвор, процесът трябва също да освободи топлината. Следователно, въвеждането на твърд кристалит от натриев ацетат се затопля, тъй като натриевият ацетат се утаява от разтвора.
