En forklaring på natriumacetat og varm is
"Hot is" refererer til en populær kjemisk demonstrasjon hvor en oppløsning av natriumacetat oppløst i vann og plassert i en fryser størkner umiddelbart når den helles fra beholderen eller når en enkelt krystall av fast natriumacetat slippes inn i løsningen. Stivelsesprosessen frigjør varme og gir således utseendet til dannelsen av varm is. Kjemilærere bruker dette til å demonstrere fenomenet overmetning, eller muligheten til at noen løsninger inneholder mer oppløst materiale enn de normalt burde.
Lag "is is" fra natriumacetat oppløst i vann, deretter frosset. (Bilde: Unclepodger / iStock / Getty Images)Ioniske forbindelser
I kjemi refererer begrepet "forbindelse" til et materiale som består av mer enn ett kjemisk element. Bordsalt, også kjent som natriumklorid, inneholder for eksempel natrium- og kloratomer. Når forbindelsen inneholder både et metall og en ikke-metallisk - så utpreget på elementets periodiske tabell - refererer kjemikere til forbindelsen som "ionisk". Noen ioniske forbindelser oppløses i vann, og i løpet av oppløsningsprosessen blir det positivt ladede metallet, kalt en kation, skiller seg fra det negativt ladede ikke-metallet, kalt en anion. Utfellingsprosessen representerer motsatt av denne prosessen; det vil si, kation og anion kombineres for å danne faste krystaller i oppløsningen.
løselighet
Kjemikere beskriver evnen til en forbindelse til å oppløse i vann som oppløselighet. Per definisjon representerer forbindelsen tilstede i mindre mengde løsningsmidlet, og forbindelsen tilstede i større mengde representerer løsningsmidlet. I tilfelle av en fast oppløsning i en væske, kvalifiserer væsken vanligvis som løsningsmidlet. Vanligvis oppgir kjemikere oppløselighet i enheter, for eksempel gram pr. Liter, som betyr "gram av løsemiddel som vil oppløse i 1 liter av løsningsmiddel" eller "gram per 100 ml." Metning oppstår når den maksimale mengden av oppløsningsmiddel er oppløst i en gitt mengde løsningsmiddel. Noen forbindelser har iboende høyere oppløselighet enn andre, men i alle tilfeller varierer oppløseligheten med temperatur. Generelt, jo høyere temperaturen, jo mer løsemiddel vil oppløse i en gitt mengde løsningsmiddel. Prosessen med overoppheting, eller "overmetningende" løsninger hengsler på manipulering av temperatur.
metning
Fenomenet overmetning forekommer når mengden løsemiddel oppløst i en gitt mengde løsningsmiddel overstiger metningspunktet. Forskere forstår ikke fullt ut hvilken mekanisme løsninger blir overmettet. Nedbør krever dannelse av en liten fast krystallitt i løsningen, en prosess kalt "nucleation". Etter krystallittene dannes en andre prosess, kjent som vekst, krystallittene til makroskopisk nivå slik at de kan observeres og isoleres. Men vekst oppstår ikke uten kjernekraft, og noen oppløsninger under visse forhold motstår denne prosessen. Nucleering har en tendens til å kreve en "grov" overflate som man skal initiere. Den grove overflaten kan være en urenhet, for eksempel støvpartikler, eller en ripe på innsiden av glassbeholderen der oppløsningen ligger. Alternativt kan en eksperiment initiere nukleering med vilje ved å tilsette en enkelt, liten krystall av forbindelsen som utfelles. Følgelig krever de fleste instruksjoner for isis-demonstrasjonen å tilsette noen få korn av fast natriumacetat til den overmettet oppløsning for å inducere krystallisering.
Natriumacetat
Natriumacetat er en ionisk forbindelse bestående av natriumkationer, Na (+) og acetationer, C2H3O2 (-). Som de fleste acetater har den høy oppløselighet i vann: 76 g oppløses i 100 ml ved 0 grader C. Oppløseligheten øker imidlertid vesentlig ved høyere temperatur. Den varme isdemonstrasjonen krever at man oppretter en mettet løsning av natriumacetat i varmt vann og deretter legger løsningen i en fryser. Da løsningen avkjøles og nærmer seg 0 grader C, forblir konsentrasjonen av natriumacetat over 76 g per 100 ml, dvs. løsningen vil være overmettet.
Hot Ice
Utfelling av et fast stoff fra en oppløsning resulterer i reduksjon i systemets forstyrrelse. Det vil si i løsningen flytter ioner fritt i tilfeldige retninger og viser derfor høy forstyrrelse. Når ioner kombineres for å danne faste krystallitter, blir deres bevegelsesfrihet begrenset. Forskere beskriver dette som en nedgang i entropien eller forstyrrelsen av systemet. Loven av termodynamikk fastslår at for en prosess som utviser en nedgang i entropi for å forekomme spontant, slik som utfelling av et faststoff fra en løsning, må prosessen også frigjøre varme. Følgelig vil innføringen av en fast krystallit av natriumacetat varme seg når natriumacetatet utfeller fra oppløsning.
