"Gorący lód" odnosi się do popularnej demonstracji chemicznej, w której roztwór octanu sodu rozpuszczony w wodzie i umieszczony w zamrażarce natychmiast zestala się, gdy zostanie wylany z jego pojemnika lub gdy pojedynczy kryształ stałego octanu sodu zostanie dodany do roztworu. Proces zestalania uwalnia ciepło, dzięki czemu powstaje gorący lód. Instruktorzy chemii używają tego do zademonstrowania zjawiska przesycenia lub zdolności niektórych roztworów do zawarcia większej ilości rozpuszczonego materiału niż normalnie powinni.
Związki jonowe
W chemii określenie "związek" odnosi się do materiału złożonego z więcej niż jednego pierwiastka chemicznego. Na przykład sól kuchenna, znana również jako chlorek sodu, zawiera atomy sodu i chloru. Gdy związek zawiera zarówno metal, jak i niemetal - w odróżnieniu od układu okresowego pierwiastków - chemicy określają związek jako "jonowy". Niektóre związki jonowe rozpuszczają się w wodzie, a podczas rozpuszczania dodatnio naładowany metal, nazywany kationem, oddziela się od ujemnie naładowanego niemetalu, zwanego anionem. Proces opadów stanowi przeciwieństwo tego procesu; to znaczy, że kation i anion łączą się, tworząc kryształy w roztworze.
Rozpuszczalność
Chemicy opisują zdolność związku do rozpuszczania w wodzie jako rozpuszczalność. Z definicji związek obecny w mniejszej ilości stanowi substancję rozpuszczoną, a związek obecny w większej ilości stanowi rozpuszczalnik. W przypadku stałego rozpuszczenia w cieczy, ciecz zwykle kwalifikuje się jako rozpuszczalnik. Zasadniczo chemicy stwierdzają rozpuszczalność w jednostkach, takich jak gram na litr, co oznacza "gramy substancji rozpuszczonej, które rozpuszczą się w 1 litrze rozpuszczalnika" lub "gramy na 100 ml". Nasycenie następuje, gdy maksymalna ilość substancji rozpuszczonej podana ilość rozpuszczalnika. Niektóre związki wykazują z natury większą rozpuszczalność niż inne, ale we wszystkich przypadkach rozpuszczalność zmienia się w zależności od temperatury. Ogólnie, im wyższa jest temperatura, tym więcej substancji rozpuszczonej rozpuszcza się w danej ilości rozpuszczalnika. Proces przesycających lub "przesyconych" rozwiązań zależy od manipulacji temperaturą.
Przesycenie
Zjawisko przesycenia występuje, gdy ilość substancji rozpuszczonej rozpuszczonej w danej ilości rozpuszczalnika przekracza punkt nasycenia. Naukowcy nie w pełni rozumieją mechanizm, dzięki któremu rozwiązania stają się przesycone. Wytrącanie wymaga utworzenia w roztworze niewielkiego stałego krystalitu, procesu zwanego "zarodkowaniem". Po utworzeniu krystalitów drugi proces, znany jako wzrost, powiększa krystality do poziomu makroskopowego, tak że można je obserwować i izolować. Ale wzrost nie następuje bez zarodkowania, a niektóre substancje rozpuszczone w pewnych warunkach opierają się temu procesowi. Nukleacja zazwyczaj wymaga "szorstkiej" powierzchni, na której można zainicjować. Chropowata powierzchnia może być zanieczyszczeniem, takim jak cząsteczki kurzu lub zarysowaniem po wewnętrznej stronie szklanego pojemnika, w którym znajduje się roztwór. Alternatywnie, eksperymentator może celowo zainicjować zarodkowanie przez dodanie pojedynczego, małego kryształu wytrąconego związku. W związku z tym większość instrukcji demonstracji gorącego lodu wymaga dodania kilku ziaren stałego octanu sodu do przesyconego roztworu w celu wywołania krystalizacji.
Octan sodowy
Octan sodu jest związkiem jonowym składającym się z kationów sodu, Na (+) i jonów octanowych, C2H3O2 (-). Podobnie jak większość octanów, wykazuje on wysoką rozpuszczalność w wodzie: 76 g rozpuszcza się w 100 ml w temperaturze 0 ° C. Rozpuszczalność wzrasta jednak znacznie w wyższej temperaturze. Demonstracja gorącego lodu wymaga utworzenia nasyconego roztworu octanu sodu w gorącej wodzie, a następnie umieszczenia roztworu w zamrażarce. Gdy roztwór ochładza się i zbliża do 0 stopni C, stężenie octanu sodu pozostanie powyżej 76 g na 100 ml, tj. Roztwór będzie przesycony.
Gorący lód
Strącanie ciała stałego z roztworu powoduje zmniejszenie zaburzeń układu. Oznacza to, że w roztworze jony poruszają się swobodnie w przypadkowych kierunkach i dlatego wykazują duże nieporządki. Kiedy jony łączą się, tworząc stałe kryształy, ich swoboda ruchu zostaje ograniczona. Naukowcy opisują to jako zmniejszenie entropii lub zaburzenia systemu. Prawa termodynamiki przewidują, że w przypadku procesu wykazującego samorzutny spadek entropii, takiego jak wytrącanie ciała stałego z roztworu, proces ten musi również wyzwalać ciepło. W konsekwencji wprowadzenie stałego krystalitu octanu sodu ogrzeje się, gdy octan sodu wytrąca się z roztworu.
