"Gheață fierbinte" se referă la o demonstrație chimică populară în care o soluție de acetat de sodiu dizolvată în apă și introdusă într-un congelator se solidifică instantaneu atunci când este turnată din recipientul său sau când un singur cristal de acetat de sodiu solid este aruncat în soluție. Procesul de solidificare eliberează căldură și dă astfel aspectul formării de gheață fierbinte. Instructorii de chimie folosesc acest lucru pentru a demonstra fenomenul suprasaturației sau capacitatea unor soluții de a conține mai mult material dizolvat decât ar trebui în mod normal.
Compuși ionici
În chimie, termenul "compus" se referă la un material format din mai mult de un element chimic. De exemplu, sarea de masă, cunoscută și sub numele de clorură de sodiu, conține atomi de sodiu și clor. Atunci când compusul conține atât un metal, cât și un nemetal - așa cum se disting pe tabelul periodic al elementelor - chimiștii se referă la compus ca „ionic”. Unii compuși ionici se dizolvă în apă, iar în timpul procesului de dizolvare, metalul încărcat pozitiv, numit cation, se separă de nonmetalul încărcat negativ, numit anion. Procesul de precipitare reprezintă opusul acestui proces; adică cationul și anionul se combină pentru a forma cristale solide în soluție.
Solubilitate
Chimiștii descriu capacitatea unui compus de a se dizolva în apă ca solubilitate. Prin definiție, compusul prezent în cantitate mai mică reprezintă solutul, iar compusul prezent în cantitate mai mare reprezintă solventul. În cazul unui solid care se dizolvă într-un lichid, lichidul se califică de obicei ca solvent. În general, chimiștii afirmă solubilitatea în unități, cum ar fi grame pe litru, ceea ce înseamnă „grame de solut care se va dizolva în 1 l de solvent” sau „grame la 100 ml”. Saturația are loc atunci când cantitatea maximă de solut s-a dizolvat într-o cantitate dată de solvent. Unii compuși prezintă o solubilitate inerent mai mare decât alții, dar în toate cazurile, solubilitatea variază în funcție de temperatură. În general, cu cât temperatura este mai ridicată, cu atât se va dizolva mai mult solut într-o cantitate dată de solvent. Procesul de soluții de suprasaturare sau „suprasaturare” depinde de manipularea temperaturii.
suprasaturație
Fenomenul de suprasaturare apare atunci când cantitatea de solut dizolvat într-o cantitate dată de solvent depășește punctul de saturație. Oamenii de știință nu înțeleg pe deplin mecanismul prin care soluțiile devin suprasaturate. Precipitația necesită formarea unui mic cristalin solid în soluție, proces numit „nucleare”. După formele cristalite, un al doilea proces, cunoscut sub numele de creștere, mărește cristalitele la nivelul macroscopic astfel încât să poată fi observate și izolate. Dar creșterea nu are loc fără nucleare, iar unele soluții în anumite condiții rezistă acestui proces. Nuclearea tinde să necesite o suprafață „aspră” pe care să se inițieze. Suprafața brută poate fi o impuritate, cum ar fi particule de praf sau o zgârietură în interiorul recipientului de sticlă în care se află soluția. Alternativ, un experimentator poate iniția nuclearea în mod deliberat prin adăugarea unui singur cristal mic al compusului care este precipitat. În consecință, cele mai multe instrucțiuni pentru demonstrarea gheții fierbinți necesită adăugarea câtorva boabe de acetat de sodiu solid la soluția suprasaturată pentru a induce cristalizarea.
Acetat de sodiu
Acetatul de sodiu este un compus ionic format din cationi de sodiu, Na (+) și ioni de acetat, C2H3O2 (-). La fel ca majoritatea acetatelor, prezintă solubilitate ridicată în apă: 76 g se dizolvă în 100 ml la 0 grade C. Solubilitatea crește substanțial la o temperatură mai ridicată. Demonstrația de gheață fierbinte necesită crearea unei soluții saturate de acetat de sodiu în apă fierbinte, apoi plasarea soluției într-un congelator. Pe măsură ce soluția se răcește și se apropie de 0 grade C, concentrația de acetat de sodiu va rămâne peste 76 g la 100 ml, adică soluția va fi suprasaturată.
Gheata fierbinte
Precipitarea unui solid dintr-o soluție duce la scăderea tulburării sistemului. Adică în soluție ionii se mișcă liber în direcții aleatorii și, prin urmare, prezintă o tulburare ridicată. Când ionii se combină pentru a forma cristale solide, libertatea lor de mișcare devine restricționată. Oamenii de știință descriu acest lucru ca o scădere a entropiei sau tulburării sistemului. Legile termodinamicii stipulează că pentru un proces care prezintă o scădere a entropiei să se producă spontan, cum ar fi precipitația unui solid dintr-o soluție, procesul trebuie să elibereze și căldură. Prin urmare, introducerea unui cristal solid de acetat de sodiu se va încălzi pe măsură ce acetatul de sodiu precipită din soluție.
