„Karštasis ledas“ reiškia populiarią cheminę demonstraciją, kurios metu vandenyje ištirpintas ir į šaldiklį įpiltas natrio acetato tirpalas iškart kietėja, kai pilamas iš jo talpyklos arba kai į tirpalą patenka vienas kieto natrio acetato kristalas. Kietėjimo procesas išskiria šilumą ir taip susidaro karštas ledas. Chemijos instruktoriai tai naudoja norėdami parodyti prisotinimo fenomeną arba kai kurių tirpalų sugebėjimą turėti daugiau ištirpintos medžiagos, nei įprastai turėtų.
Joniniai junginiai
Chemijoje terminas „junginys“ reiškia medžiagą, sudarytą iš daugiau nei vieno cheminio elemento. Pavyzdžiui, stalo druska, dar žinoma kaip natrio chloridas, turi natrio ir chloro atomus. Kai junginyje yra ir metalo, ir nemetalo, kaip išskiriama periodinėje elementų lentelėje, chemikai junginį vadina „joniniu“. Kai kurie joniniai junginiai ištirpsta vandenyje, o tirpimo metu teigiamai įkrautas metalas, vadinamas katijonu, atsiskiria nuo neigiamai įkrauto nemetalo, vadinamo anijonu. Kritulių procesas rodo priešingą procesą; ty katijonas ir anijonas sujungiami tirpale sudarant kietus kristalus.
Tirpumas
Chemikai junginio sugebėjimą ištirpti vandenyje apibūdina kaip tirpumą. Pagal apibrėžimą mažesnio kiekio junginys reiškia tirštą medžiagą, o junginys, kurio yra daugiau, reiškia tirpiklį. Jei kieta medžiaga ištirpsta skystyje, skystis paprastai laikomas tirpikliu. Paprastai chemikai nurodo tirpumą vienetais, tokiais kaip gramai litre, o tai reiškia „ištirpintos medžiagos gramai, kurie ištirps 1 l tirpiklio“ arba „gramai 100 ml“. Sotumas atsiranda tada, kai maksimalus tirpios medžiagos kiekis ištirpsta tam tikrame tirpiklio kiekyje. Kai kurių junginių tirpumas iš esmės yra didesnis nei kitų, tačiau visais atvejais tirpumas kinta priklausomai nuo temperatūros. Paprastai kuo aukštesnė temperatūra, tuo daugiau tirpių ištirps tam tikrame tirpiklio kiekyje. Tirpalų per daug prisotinimas arba „per didelis prisotinimas“ priklauso nuo manipuliavimo temperatūra.
Supersotumas
Supersature reiškinys atsiranda, kai tam tikrame tirpiklio kiekyje ištirpintos tirpios medžiagos kiekis viršija soties tašką. Mokslininkai nevisiškai supranta mechanizmą, kurio dėka sprendimai tampa pertekliniai. Kritimui reikia, kad tirpale susidarytų mažas kietas kristalitas - procesas, vadinamas „branduoliu“. Po kristalitų susidarymo antrasis procesas, žinomas kaip augimas, padidina kristalitų makroskopinį lygį, kad juos būtų galima pastebėti ir išskirti. Tačiau augimas neįvyksta be branduolio, o kai kurios tirpios medžiagos tam tikromis sąlygomis tam pasipriešina. Branduoliui paprastai reikalingas „grubus“ paviršius, ant kurio pradėti. Šiurkštus paviršius gali būti priemaišos, tokios kaip dulkių dalelės, arba įbrėžimas stiklinės talpyklos, kurioje yra tirpalas, vidinėje pusėje. Arba eksperimentatorius gali sąmoningai inicijuoti branduolį, pridėdamas vieną mažą nusodinamo junginio kristalą. Todėl daugumoje karšto ledo demonstravimo instrukcijų reikalaujama, kad į viršsotinį tirpalą būtų įpilama keletas kietų natrio acetato grūdų, kad būtų galima kristalizuotis.
Natrio acetatas
Natrio acetatas yra joninis junginys, susidedantis iš natrio katijonų, Na (+) ir acetato jonų, C2H3O2 (-). Kaip ir dauguma acetatų, jis gerai tirpsta vandenyje: 76 g ištirpsta 100 ml 0 ° C temperatūroje. Tačiau tirpumas žymiai padidėja aukštesnėje temperatūroje. Demonstruojant karštą ledą, reikia sukurti sočiojo natrio acetato tirpalą karštame vandenyje, po to tirpalą sudėti į šaldiklį. Kai tirpalas atvės ir artėja prie 0 laipsnių C, natrio acetato koncentracija išliks didesnė kaip 76 g 100 ml, ty tirpalas bus supersotintas.
Karštas ledas
Kietosios medžiagos nusodinimas iš tirpalo lemia sistemos sutrikimo sumažėjimą. Tai yra, tirpale jonai laisvai juda atsitiktinėmis kryptimis ir todėl pasižymi dideliu sutrikimu. Kai jonai sudaro vientisus kristalitus, jų judėjimo laisvė tampa apribota. Mokslininkai apibūdina tai kaip sistemos entropijos ar sutrikimo sumažėjimą. Termodinamikos įstatymai nustato, kad procesas, kurio entropija mažėja, įvyksta savaime, pavyzdžiui, kietosios medžiagos nusodinimas iš tirpalo, procesas taip pat turi išlaisvinti šilumą. Taigi į kietą natrio acetato kristalitą įšyla, nes natrio acetatas iškrenta iš tirpalo.
