"Горещ лед" се отнася до популярна химическа демонстрация, при която разтвор на натриев ацетат, разтворен във вода и поставен във фризер, незабавно се втвърдява, когато се излее от контейнера му или когато в разтвора се пусне един кристал от твърд натриев ацетат. Процесът на втвърдяване отделя топлина и по този начин придава вид на образуването на горещ лед. Инструкторите по химия използват това, за да демонстрират феномена на пренасищане или способността на някои разтвори да съдържат повече разтворен материал, отколкото обикновено трябва.
Йонни съединения
В химията терминът "съединение" се отнася до материал, състоящ се от повече от един химичен елемент. Например трапезната сол, известна още като натриев хлорид, съдържа натриеви и хлорни атоми. Когато съединението съдържа както метал, така и неметал - както е разграничено в периодичната таблица на елементите - химиците наричат 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 валежи представлява обратното на този процес; тоест катионът и анионът се комбинират, за да образуват твърди кристали в разтвора.
разтворимост
Химиците описват способността на съединението да се разтваря във вода като разтворимост. По дефиниция съединението, присъстващо в по-малко количество, представлява разтвореното вещество, а съединението, присъстващо в по-голямо количество, представлява разтворителя. В случай на твърдо разтваряне в течност, течността обикновено се квалифицира като разтворител. Обикновено химиците заявяват разтворимостта в единици, като грамове на литър, което означава "грам разтворимо вещество, което ще се разтвори в 1 л разтворител" или "грам на 100 мл". Насищането възниква, когато максималното количество разтворим се е разтворило в дадено количество разтворител. Някои съединения проявяват присъща по-висока разтворимост от други, но във всички случаи разтворимостта варира в зависимост от температурата. Като цяло, колкото по-висока е температурата, толкова повече разтворимо вещество ще се разтвори в дадено количество разтворител. Процесът на пренасищане или "пренасищане" на разтвори зависи от манипулацията на температурата.
суперсатурация
Феноменът на пренасищане възниква, когато количеството разтворен разтвор в дадено количество разтворител надвишава точката на насищане. Учените не разбират напълно механизма, по който разтворите стават пренаситени. Валежите изискват образуването на малък твърд кристалитик в разтвора, процес, наречен „ядряване“. След формирането на кристалитите втори процес, известен като растеж, разширява кристалитите до макроскопско ниво, така че те да могат да бъдат наблюдавани и изолирани. Но растежът не протича без нуклеиране и някои разтворители при определени условия се противопоставят на този процес. Нуклеацията има тенденция да изисква "грапава" повърхност, върху която да се инициира. Грубата повърхност може да бъде примес, като прахови частици или драскотина от вътрешната страна на стъкления съд, в който разтворът се намира. Алтернативно, експериментаторът може да инициира ядрено умишлено чрез добавяне на един малък малък кристал от утаеното съединение. Следователно повечето инструкции за демонстрацията на горещ лед изискват добавяне на няколко зърна твърд натриев ацетат към свръхнаситения 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 градуса С. Разтворимостта обаче се увеличава значително при по-висока температура. Демонстрацията с горещ лед изисква създаване на наситен разтвор на натриев ацетат в гореща вода, след което разтворът се поставя във фризер. Когато разтворът се охлади и се приближи до 0 градуса 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 разстройството на системата. Тоест, в разтвора йони се движат свободно в произволни посоки и следователно проявяват високо разстройство. Когато йоните се комбинират, образувайки твърди кристалити, тяхната свобода на движение става ограничена. Учените описват това като намаляване на ентропията или разстройство на системата. Законите на термодинамиката предвиждат, че за процес, показващ намаляване на ентропията, да възникне спонтанно, като утаяване на твърдо вещество от разтвор, процесът също трябва да освобождава топлина. Следователно, въвеждането на твърд кристалитик натриев ацетат ще се затопли, тъй като натриевият ацетат се утаява от разтвора.
