"Гарячий лід" відноситься до популярної хімічної демонстрації, в якій розчин ацетату натрію, розчинений у воді і поміщений у морозильну камеру, миттєво твердне при виливанні з його ємності або коли в розчин опускається монокристал твердого ацетату натрію. Процес затвердіння звільняє тепло і тим самим надає появі утворення гарячого льоду. Викладачі хімії використовують це для демонстрації явища перенасичення або здатності деяких розчинів містити більше розчиненого матеріалу, ніж зазвичай.
Іонні сполуки
У хімії термін "з'єднання" відноситься до матеріалу, що складається з більш ніж одного хімічного елемента. Наприклад, кухонна сіль, відома також як хлорид натрію, містить атоми натрію та хлору. Коли сполука містить як метал, так і неметал - як це відмічено в періодичній таблиці елементів, хіміки називають цю сполуку "іонною". Деякі іонні сполуки розчиняються у воді, і під час процесу розчинення позитивно заряджений метал, який називається катіоном, відокремлюється від негативно зарядженого неметалу, який називається аніоном. Процес опадів являє собою протилежне цьому процесу; тобто катіон та аніон поєднуються, утворюючи в розчині тверді кристали.
Розчинність
Хіміки описують здатність сполуки розчинятися у воді як розчинність. За визначенням, з'єднання, присутнє в меншій кількості, являє собою розчинний розчин, а з'єднання, присутнє у більшій кількості, являє собою розчинник. У разі твердої речовини, що розчиняється в рідині, рідина зазвичай кваліфікується як розчинник. Як правило, хіміки констатують розчинність в одиницях, таких як грам на літр, що означає "грам розчинного речовини, який буде розчинятися в 1 л розчинника", або "грам на 100 мл". Насичення відбувається, коли максимальна кількість розчиненого речовини розчиняється у заданій кількості розчинника. Деякі сполуки мають властиву більшу розчинність, ніж інші, але у всіх випадках розчинність змінюється залежно від температури. Як правило, чим вище температура, тим більше розчинної речовини буде розчинятися в заданій кількості розчинника. Процес перенасичення або «перенасичення» розчинів залежить від маніпуляції з температурою.
Перенасичення
Явище перенасичення виникає, коли кількість розчиненого в заданій кількості розчинника розчиненої речовини перевищує температуру насичення. Вчені не повністю розуміють механізм, за допомогою якого розчини перенасичуються. Опади вимагають утворення в розчині невеликого твердого кристаліту, процесу під назвою "зародження". Після кристалічних форм другий процес, відомий як ріст, збільшує кристаліти до макроскопічного рівня таким чином, щоб їх можна було спостерігати та виділяти. Але зростання не відбувається без зародження, і деякі розчинники за певних умов протистоять цьому процесу. Нуклеація, як правило, вимагає "шорсткої" поверхні, на якій ініціювати. Шорстка поверхня може бути домішкою, такою як частинки пилу, або подряпини на внутрішній стороні скляного контейнера, в якому знаходиться розчин. Альтернативно, експериментатор може ініціювати зародження навмисно, додаючи єдиний невеликий кристал осаджуваної сполуки. Отже, більшість інструкцій для демонстрації гарячого льоду вимагають додавання декількох зерен твердого ацетату натрію до перенасиченого розчину для індукції кристалізації.
Ацетат натрію
Ацетат натрію - іонна сполука, що складається з катіонів натрію, іонів Na (+) та ацетату C2H3O2 (-). Як і більшість ацетатів, він проявляє високу розчинність у воді: 76 г розчиняється у 100 мл при 0 градусах С. Розчинність, однак, значно підвищується при більш високій температурі. Демонстрація гарячого льоду вимагає створення насиченого розчину ацетату натрію у гарячій воді, а потім розміщення розчину у морозильній камері. Коли розчин охолоне і наблизиться до 0 градусів С, концентрація ацетату натрію залишиться вище 76 г на 100 мл, тобто розчин буде перенасиченим.
Гарячий лід
Осадження твердої речовини з розчину призводить до зменшення розладу системи. Тобто в розчині іони вільно рухаються у випадкових напрямках і тому виявляють високий розлад. Коли іони поєднуються з утворенням твердих кристалітів, їх свобода руху стає обмеженою. Вчені описують це як зменшення ентропії або розлад системи. Закони термодинаміки передбачають, що для процесу, що демонструє зниження ентропії, відбувається спонтанно, наприклад, осадження твердого речовини з розчину, процес також повинен звільняти тепло. Отже, введення твердого кристаліту ацетату натрію нагріватиметься як осад ацетату натрію з розчину.
