"Varm is" refererer til en populær kjemisk demonstrasjon der en løsning av natriumacetat oppløst i vann og plassert i en fryser umiddelbart stivner når den helles fra beholderen eller når en enkelt krystall av fast natriumacetat droppes i løsningen. Størkningsprosessen frigjør varme og gir dermed utseendet til dannelsen av varm is. Kjemiinstruktører bruker dette for å demonstrere fenomenet overmettelse, eller evnen til noen løsninger å inneholde mer oppløst materiale enn de normalt burde.
Ioniske forbindelser
I kjemi refererer uttrykket "forbindelse" til et materiale som består av mer enn ett kjemisk element. For eksempel inneholder bordsalt, også kjent som natriumklorid, natrium- og kloratomer. Når forbindelsen inneholder både et metall og et ikke-metall - slik det er skilt på det periodiske systemet for elementene - omtaler kjemikere forbindelsen som "ionisk." Noen ioniske forbindelser oppløses i vann, og under oppløsningsprosessen skilles det positivt ladede metallet, kalt en kation, fra det negativt ladede ikke-metallet, kalt et anion. Prosessen med nedbør representerer det motsatte av denne prosessen; det vil si at kation og anion kombineres for å danne faste krystaller i oppløsningen.
løselighet
Kjemikere beskriver en forbindelses evne til å oppløses i vann som løselighet. Per definisjon representerer forbindelsen som er til stede i mindre mengde oppløsningen, og forbindelsen som er til stede i større mengde representerer løsningsmidlet. Når det gjelder et fast stoff som oppløses i en væske, er væsken vanligvis kvalifiserende som løsningsmiddel. Generelt oppgir kjemikere løselighet i enheter, for eksempel gram per liter, som betyr "gram løst stoff som vil oppløses i 1 liter løsningsmiddel, " eller "gram per 100 ml." Metning oppstår når den maksimale mengden løst stoff er oppløst i en gitt mengde løsningsmiddel. Noen forbindelser har iboende høyere løselighet enn andre, men i alle tilfeller varierer løseligheten med temperaturen. Generelt, jo høyere temperatur, jo mer oppløst stoff vil oppløses i en gitt mengde løsningsmiddel. Prosessen med overmettende eller "overmettende" løsninger henger sammen med manipulering av temperatur.
metning
Fenomenet med overmettelse oppstår når mengden oppløst stoff i en gitt mengde løsningsmiddel overstiger metningspunktet. Forskere forstår ikke helt mekanismen som løsningene blir overmettet på. Utfelling krever dannelse av en liten fast krystallitt i løsningen, en prosess som kalles "kjernefysning". Etter at krystallitten dannes, utvider en andre prosess, kjent som vekst, krystallittene til makroskopisk nivå slik at de kan observeres og isoleres. Men vekst forekommer ikke uten kjernefysning, og noen oppløste stoffer under visse forhold motstår denne prosessen. Nukleation har en tendens til å kreve en "grov" overflate å initiere på. Den ru overflaten kan være en urenhet, så som støvpartikler, eller en riper på innsiden av glassbeholderen som løsningen ligger i. Alternativt kan en eksperimentator initiere kjernedannelse bevisst ved å tilsette en enkelt, liten krystall av forbindelsen som blir utfelt. Følgelig krever de fleste instruksjoner for demonstrasjonen av varm is å tilsette noen få korn fast natriumacetat til den overmettede oppløsningen for å indusere krystallisering.
Natriumacetat
Natriumacetat er en ionisk forbindelse bestående av natriumkationer, Na (+) og acetationer, C2H3O2 (-). Som de fleste acetater, viser den høy løselighet i vann: 76 g løses opp i 100 ml ved 0 grader. Løseligheten øker imidlertid vesentlig ved høyere temperatur. Demonstrasjonen av varm is krever å lage en mettet løsning av natriumacetat i varmt vann og deretter plassere løsningen i en fryser. Når løsningen avkjøles og nærmer seg 0 ° C, vil konsentrasjonen av natriumacetat forbli over 76 g per 100 ml, dvs. løsningen vil bli overmettet.
Hot Ice
Nedbør av et faststoff fra en løsning resulterer i reduksjon i forstyrrelsen i systemet. Det vil si at i løsningen beveger ionene seg fritt i tilfeldige retninger og utviser derfor høy forstyrrelse. Når ionene kombineres for å danne faste krystallitter, blir deres bevegelsesfrihet begrenset. Forskere beskriver dette som en nedgang i systemets entropi eller forstyrrelse. Lovene i termodynamikk bestemmer at for en prosess som viser en reduksjon i entropi å skje spontant, for eksempel utfelling av et faststoff fra en løsning, må prosessen også frigjøre varme. Følgelig vil innføringen av en fast krystallitt av natriumacetat varme seg opp når natriumacetatet faller ut fra løsningen.
