Termín "horúci ľad" označuje populárnu chemickú demonštráciu, pri ktorej sa roztok octanu sodného rozpustený vo vode a umiestnený do mrazničky okamžite tuhne, keď sa naleje z jeho nádoby alebo keď sa do roztoku vkvapká jediný kryštál pevného octanu sodného. Proces tuhnutia uvoľňuje teplo a tak vytvára vzhľad tvorby horúceho ľadu. Inštruktori v oblasti chémie to používajú na preukázanie javu presýtenia alebo schopnosti niektorých roztokov obsahovať viac rozpustených látok, než by mali normálne.
Iónové zlúčeniny
V chémii termín "zlúčenina" označuje materiál pozostávajúci z viac ako jedného chemického prvku. Napríklad stolová soľ, tiež známa ako chlorid sodný, obsahuje atómy sodíka a chlóru. Keď zlúčenina obsahuje ako kov, tak aj nekovú látku - ako je rozlíšená na periodickej tabuľke prvkov - chemici sa vzťahujú na zlúčeninu ako "iónovú". Niektoré iónové zlúčeniny sa rozpúšťajú vo vode a počas procesu rozpúšťania sa kladne nabitý kov, nazývaný katión, sa oddeľuje od negatívne nabitého nekovu, nazývaného anión. Proces zrážania predstavuje opak tohto procesu; to znamená, že katión a anión sa spoja za vzniku pevných kryštálov v roztoku.
rozpustnosť
Chemici opisujú schopnosť zlúčeniny rozpustiť vo vode ako rozpustnosť. Podľa definície zlúčenina prítomná v menšom množstve predstavuje solutu a zlúčenina prítomná vo väčšom množstve predstavuje rozpúšťadlo. V prípade pevného rozpúšťania v kvapaline sa kvapalina zvyčajne kvalifikuje ako rozpúšťadlo. Vo všeobecnosti chemikálie stanovujú rozpustnosť v jednotkách, ako sú gramy na liter, čo znamená "gramy rozpustenej látky, ktorá sa rozpustí v 1 1 rozpúšťadla" alebo "gramy na 100 ml." Nasýtenie nastane, keď sa maximálne množstvo rozpustenej látky rozpustí v dané množstvo rozpúšťadla. Niektoré zlúčeniny vykazujú inherentne vyššiu rozpustnosť ako iné, ale vo všetkých prípadoch sa rozpustnosť mení s teplotou. Všeobecne platí, že čím je teplota vyššia, tým viac rozpustenej látky sa rozpustí v danom množstve rozpúšťadla. Proces presýtenia alebo "presýtenie" riešení závisí od manipulácie s teplotou.
presýteniu
Fenomén presýtenia nastáva, keď množstvo rozpustenej látky rozpustenej v danom množstve rozpúšťadla presahuje bod nasýtenia. Vedci nedokážu úplne pochopiť mechanizmus, ktorým sa riešenia stávajú presýtenými. Zrážanie vyžaduje vytvorenie malého pevného kryštalitu v roztoku, proces nazývaný "nukleácia". Po kryštálových formách sa druhý proces, známy ako rast, zväčšuje kryštality na makroskopickú úroveň tak, aby ich bolo možné pozorovať a izolovať. Rast však nenastane bez nukleácie a niektoré rozpustené látky za určitých podmienok odolávajú tomuto procesu. Nukleácia má tendenciu vyžadovať "drsný" povrch, na ktorý sa má iniciovať. Drsný povrch môže byť nečistotou, ako sú prachové častice alebo škrabka na vnútornej strane sklenenej nádoby, v ktorej je roztok umiestnený. Alternatívne môže experimentátor iniciovať nukleáciu zámerne pridaním jediného, malého kryštálu zlúčeniny, ktorá sa vyzráža. Následkom toho väčšina inštrukcií na demonštráciu s horúcim ľadom vyžaduje pridanie niekoľkých zŕn pevného octanu sodného do presýteného roztoku na vyvolanie kryštalizácie.
Octan sodný
Acetát sodný je iónová zlúčenina pozostávajúca z katiónov sodíka, Na (+) a acetátových iónov, C2H3O2 (-). Podobne ako väčšina acetátov vykazuje vysokú rozpustnosť vo vode: 76 g sa rozpúšťa v 100 ml pri teplote 0 ° C. Rozpustnosť sa však podstatne zvyšuje pri vyšších teplotách. Demonštrácia s horúcim ľadom si vyžaduje vytvorenie nasýteného roztoku octanu sodného v horúcej vode a potom roztok umiestni do mrazničky. Keď sa roztok ochladí a približuje sa 0 ° C, koncentrácia octanu sodného zostane nad 76 g na 100 ml, t.j. roztok bude presýtený.
Hot Ice
Zrážanie pevnej látky z roztoku vedie k zníženiu poruchy systému. To znamená, že v roztoku sa ióny voľne pohybujú v náhodných smeroch a preto vykazujú vysokú poruchu. Keď sa ióny zlučujú na vytvorenie pevných kryštálov, ich sloboda pohybu sa obmedzuje. Vedci to opisujú ako zníženie entropie alebo poruchy systému. Zákony termodynamiky stanovujú, že proces, ktorý vykazuje spontánny pokles entropie, napríklad zrážanie pevnej látky z roztoku, musí proces tiež uvoľňovať teplo. V dôsledku toho sa zavedenie pevného kryštalitu octanu sodného samovoľne zahreje, keď sa z roztoku vylúči octan sodný.
