Una spiegazione dell'acetato di sodio andamp; Ghiaccio caldo

"Ghiaccio caldo" si riferisce a una popolare dimostrazione chimica in cui una soluzione di acetato di sodio disciolta in acqua e posta in un congelatore si solidifica istantaneamente quando viene versata dal suo contenitore o quando un singolo cristallo di solido l'acetato di sodio viene fatto cadere nella soluzione. Il processo di solidificazione rilascia calore e dà quindi l'apparenza della formazione di ghiaccio caldo. Gli istruttori di chimica lo usano per dimostrare il fenomeno della sovrasaturazione o la capacità di alcune soluzioni di contenere più materiale disciolto di quanto dovrebbero normalmente.

In chimica, il termine "composto" si riferisce a un materiale composto da più di un elemento chimico. Ad esempio, il sale da cucina, noto anche come cloruro di sodio, contiene atomi di sodio e cloro. Quando il composto contiene sia un metallo che un metallo - come si distingue nella tavola periodica degli elementi - i chimici si riferiscono al composto come "ionico". Alcuni composti ionici si dissolvono in acqua e durante il processo di dissoluzione il metallo caricato positivamente, chiamato catione, si separa dal non metallico caricato negativamente, chiamato anione. Il processo di precipitazione rappresenta l'opposto di questo processo; cioè, il catione e l'anione si combinano per formare cristalli solidi nella soluzione.

I chimici descrivono la capacità di un composto di dissolversi in acqua come solubilità. Per definizione, il composto presente in quantità minore rappresenta il soluto e il composto presente in quantità maggiore rappresenta il solvente. Nel caso di un solido che si dissolve in un liquido, il liquido di solito si qualifica come solvente. Generalmente, i chimici affermano la solubilità in unità, come grammi per litro, che significa "grammi di soluto che si dissolveranno in 1 l di solvente" o "grammi per 100 ml". La saturazione si verifica quando la quantità massima di soluto si è dissolta in una determinata quantità di solvente. Alcuni composti presentano una solubilità intrinsecamente superiore rispetto ad altri, ma in tutti i casi la solubilità varia con la temperatura. Generalmente, maggiore è la temperatura, più il soluto si dissolverà in una determinata quantità di solvente. Il processo di sovrasaturazione o "sovrasaturazione" delle soluzioni dipende dalla manipolazione della temperatura.

Il fenomeno della sovrasaturazione si verifica quando la quantità di soluto disciolta in una determinata quantità di solvente supera il punto di saturazione. Gli scienziati non comprendono appieno il meccanismo mediante il quale le soluzioni diventano sovrasature. La precipitazione richiede la formazione di una piccola cristallite solida nella soluzione, un processo chiamato "nucleazione". Dopo le forme cristallite, un secondo processo, noto come crescita, allarga i cristalliti a livello macroscopico in modo che possano essere osservati e isolati. Ma la crescita non avviene senza nucleazione e alcuni soluti in determinate condizioni resistono a questo processo. La Nucleazione tende a richiedere una superficie "ruvida" su cui iniziare. La superficie ruvida può essere un'impurità, come particelle di polvere, o un graffio all'interno del contenitore di vetro in cui risiede la soluzione. In alternativa, uno sperimentatore può avviare deliberatamente la nucleazione aggiungendo un singolo piccolo cristallo del composto che viene precipitato. Di conseguenza, la maggior parte delle istruzioni per la dimostrazione del ghiaccio caldo richiedono l'aggiunta di alcuni chicchi di acetato di sodio solido alla soluzione supersaturata per indurre la cristallizzazione.

L'acetato di sodio è un composto ionico costituito da cationi di sodio, Na () e acetato ioni, C2H3O2 (-). Come la maggior parte degli acetati, presenta un'alta solubilità in acqua: 76 g si dissolve in 100 ml a 0 gradi C. La solubilità, tuttavia, aumenta sostanzialmente a temperature più elevate. La dimostrazione del ghiaccio caldo richiede la creazione di una soluzione satura di acetato di sodio in acqua calda, quindi la collocazione in un congelatore. Man mano che la soluzione si raffredda e si avvicina a 0 ° C, la concentrazione di acetato di sodio rimarrà al di sopra di 76 g per 100 ml, ovvero la soluzione sarà sovrasaturata.

La precipitazione di un solido da una soluzione provoca una diminuzione del disordine del sistema . Cioè, nella soluzione gli ioni si muovono liberamente in direzioni casuali e quindi presentano un alto disordine. Quando gli ioni si combinano per formare cristalliti solidi, la loro libertà di movimento diventa limitata. Gli scienziati descrivono questo come una diminuzione dell'entropia o del disordine del sistema. Le leggi della termodinamica stabiliscono che affinché un processo che mostri una diminuzione dell'entropia avvenga spontaneamente, come la precipitazione di un solido da una soluzione, il processo deve anche liberare calore. Di conseguenza, l'introduzione di una cristallite solida di acetato di sodio si riscalda quando l'acetato di sodio precipita dalla soluzione.