Termín "horký led" označuje populární chemickou ukázku, při níž se roztok octanu sodného rozpuštěný ve vodě a umístěný do mrazáku okamžitě ztuhne, když se vylije z jeho nádoby nebo když do roztoku pronikne jediný krystal pevného octanu sodného. Proces tuhnutí uvolňuje teplo a tím vytváří vzhled vytváření horkého ledu. Iniciátoři v chemii používají to k prokázání fenoménu přesycení nebo schopnosti některých roztoků obsahovat více rozpuštěného materiálu, než by normálně měli.
Iontové sloučeniny
V chemii se termín "sloučenina" vztahuje k materiálu složenému z více než jednoho chemického prvku. Například stolní sůl, také známá jako chlorid sodný, obsahuje atomy sodíku a chloru. Když sloučenina obsahuje jak kov, tak nekovovou látku - jak se rozlišuje na periodické tabulce prvků - chemisté označují sloučeninu jako "iontovou". Některé iontové sloučeniny se rozpouštějí ve vodě a během procesu rozpouštění se kladně nabitý kov, nazvaný kation, se odděluje od negativně nabitého nekovu, nazývaného aniontem. Proces srážek představuje opak tohoto procesu; to znamená, že kation a anion se spojují za vzniku pevných krystalů v roztoku.
Rozpustnost
Chemisté popisují schopnost sloučeniny rozpouštět ve vodě jako rozpustnost. Podle definice sloučenina přítomná v menším množství představuje rozpuštěnou látku a sloučenina přítomná ve větším množství představuje rozpouštědlo. V případě, že se kapalina rozpouští v kapalině, obvykle se kapalina kvalifikuje jako rozpouštědlo. Obecně platí, že chemikálie uvádějí rozpustnost v jednotkách, jako jsou gramy na litr, což znamená "gramy rozpuštěné látky rozpustné v 1 litru rozpouštědla" nebo "gramy na 100 ml." Sytost nastává, když se maximální množství rozpuštěné látky rozpustí v množství rozpouštědla. Některé sloučeniny vykazují přirozeně vyšší rozpustnost než jiné, ale ve všech případech se rozpustnost mění s teplotou. Obecně platí, že čím vyšší je teplota, tím více rozpuštěné látky se rozpustí v daném množství rozpouštědla. Proces přeskakování nebo "přesycení" řešení závisí na manipulaci s teplotou.
Přesycení
Fenomén přesycení nastává, když množství rozpuštěné látky rozpuštěné v daném množství rozpouštědla přesahuje bod nasycení. Vědci zcela nerozumí mechanismu, kterým se roztoky stávají nadměrně nasýtenými. Srážení vyžaduje vytvoření malého pevného krystalitu v roztoku, což je proces nazývaný "nukleace". Po krystalitových formách, druhý proces, známý jako růst, rozšiřuje krystality na makroskopickou úroveň, takže je lze pozorovat a izolovat. Růst však nenastává bez nukleace a některé rozpuštěné látky za určitých podmínek tomuto procesu odolávají. Nukleace má tendenci vyžadovat "drsný" povrch, na který se má iniciovat. Hrubý povrch může být nečistotou, jako jsou prachové částice nebo poškrábání na vnitřní straně skleněné nádoby, ve které je roztok umístěn. Alternativně může experimentátor iniciovat nukleaci záměrně přidáním jediného, malého krystalu vysrážené sloučeniny. Následkem toho většina pokynů pro demonstraci horkého ledu vyžaduje přidání několika zrn pevného octanu sodného do přesyceného roztoku k vyvolání krystalizace.
Octan sodný
Acetát sodný je iontová sloučenina sestávající z kationtů sodíku, Na (+) a acetátových iontů, C2H3O2 (-). Stejně jako většina acetátů vykazuje vysokou rozpustnost ve vodě: 76 g se rozpustí ve 100 ml při 0 ° C. Rozpustnost se však podstatně zvýší při vyšší teplotě. Demonstrace horkého ledu vyžaduje vytvoření nasyceného roztoku octanu sodného v horké vodě a následné uvedení roztoku do mrazničky. Když se roztok ochladí a blíží se 0 ° C, koncentrace octanu sodného zůstane nad 76 g na 100 ml, tj. Roztok bude přesycený.
Hot Ice
Srážení pevné látky z roztoku má za následek snížení poruchy systému. To znamená, že v roztoku se ionty volně pohybují v náhodných směrech a proto vykazují vysokou poruchu. Když se ionty skládají do pevných krystalitů, jejich svoboda pohybu se omezuje. Vědci to popisují jako snížení entropie nebo poruchy systému. Zákony termodynamiky stanovují, že proces, který vykazuje spontánní pokles entropie, jako například srážení pevných látek z roztoku, musí proces také uvolňovat teplo. Následkem toho se zavedení pevného krystalitu octanu sodného samo otevírá, protože z roztoku se vysráží octan sodný.
