A "forró jég" olyan népszerű kémiai demonstrációt jelent, amelyben a nátrium-acetát vízben oldott és fagyasztóba helyezett oldata azonnal megszilárdul, amikor a tartályából kiöntik, vagy amikor az egyetlen kristály szilárd nátrium-acetátot csepegtetik az oldatba. A megszilárdulási folyamat hőt bocsát ki, és így meleg jég képződik. A kémiai oktatók ezt használják a túltelítettség jelenségének bemutatására, vagy arra, hogy egyes oldatok képesek-e a szokásosnál több oldott anyagot tartalmazni.
Ionos vegyületek
A kémiában a "vegyület" kifejezés olyan anyagot jelent, amely egynél több kémiai elemet tartalmaz. Például az asztali só, más néven nátrium-klorid, nátrium- és klóratomot tartalmaz. Ha a vegyület fém- és nemmetallumot is tartalmaz - ahogyan az az elemek periódusos táblázata megkülönbözteti, a vegyészek „ionosnak” nevezik a vegyületet. Néhány ionos vegyület feloldódik vízben, és az oldódási folyamat során a pozitív töltésű fém, amelyet kationnak neveznek, leválasztja a negatívan töltött nemfémetől, amelyet anionnak neveznek. A csapadék folyamata ellentétesen jelenik meg; vagyis a kation és az anion egyesülnek és szilárd kristályokat képeznek az oldatban.
Oldhatóság
A vegyészek oldhatóságként írják le a vegyület vízben való oldódásának képességét. Meghatározása szerint a kevesebb mennyiségben jelen lévő vegyület az oldott anyagot, és a nagyobb mennyiségben jelen lévő vegyület az oldószert jelenti. Folyadékban oldódó szilárd anyag esetén a folyadék általában oldószernek minősül. Általában a vegyészek az oldhatóságot fejezik ki egységekben, például gramm / liter, vagyis "oldott anyag grammja, amely 1 liter oldószerben oldódik", vagy "gramm 100 ml-re". A telítettség akkor fordul elő, amikor az oldott anyag maximális mennyisége feloldódik egy adott mennyiségű oldószerben. Néhány vegyület eredendően magasabb oldhatóságot mutat, mint mások, de az oldhatóság minden esetben hőmérséklettől függ. Általában minél magasabb a hőmérséklet, annál oldódik az oldott anyag adott mennyiségű oldószerben. A túltelített vagy "túltelített" oldatok folyamata a hőmérséklet manipulációján alapszik.
túltelítettség
A túltelítettség jelensége akkor fordul elő, amikor az oldott anyag mennyisége egy adott oldószermennyiségben meghaladja a telítési pontot. A tudósok nem értik teljesen azt a mechanizmust, amellyel a megoldások túltelítettek. A kicsapódáshoz egy kis szilárd kristályos anyag képződése szükséges az oldatban, amelyet "nukleizációnak" nevezünk. A kristályos formák kialakulása után egy második, növekedésnek nevezett eljárás a kristályokat a makroszkopikus szintre növeli, hogy megfigyelhetők és izolálhatók legyenek. De a növekedés nem alakul ki magképződés nélkül, és néhány oldott anyag bizonyos körülmények között ellenáll ennek a folyamatnak. A magmaghoz általában "durva" felületet igényel, amelyen az iniciáció megtörténik. A durva felület lehet szennyeződés, például porrészecskék, vagy karcolás az üvegtartály belsejében, amelyben az oldat található. Alternatív megoldásként egy kísérletvezető szándékosan kezdeményezheti a magképződést oly módon, hogy a kicsapódott vegyület egyetlen, kis kristályát hozzáadja. Következésképpen a forró jég demonstrálására vonatkozó legtöbb utasítás néhány kristály szilárd nátrium-acetát hozzáadását kéri a túltelített oldathoz a kristályosodás indukálására.
Nátrium-acetát
A nátrium-acetát egy ionos vegyület, amely nátrium-kationokat, Na (+) és acetát-ionokat, C2H3O2 (-) tartalmaz. Mint a legtöbb acetát, ez jól oldódik vízben: 76 g feloldódik 100 ml-ben 0 ° C-on. Az oldhatóság azonban magasabb hőmérsékleten jelentősen növekszik. A forró jég bemutatón telített nátrium-acetát oldatot kell készíteni forró vízben, majd az oldatot fagyasztóba kell tenni. Amint az oldat lehűl és 0 ° C-ra megközelíti, a nátrium-acetát koncentrációja 100 ml-nél 76 g felett marad, azaz az oldat túltelített lesz.
Forró jég
A szilárd anyag kicsapódása az oldatból a rendszer rendellenességének csökkenését eredményezi. Vagyis az oldatban az ionok szabadon mozognak véletlenszerű irányban, ezért nagy rendellenességet mutatnak. Amikor az ionok szilárd kristályokat képeznek, mozgásuk szabadsága korlátozott lesz. A tudósok ezt a rendszer entrópiájának vagy rendellenességének csökkenéseként írják le. A termodinamikai törvények előírják, hogy ha az entrópia csökkenése spontán módon történik, például egy szilárd anyag kicsapódik az oldatból, akkor a folyamatnak hőt is fel kell szabadítania. Következésképpen a nátrium-acetát szilárd kristálya bemelegszik, mivel a nátrium-acetát az oldatból kicsapódik.
