"핫 아이스 (hot ice)"는 용기에 부어 질 때 또는 고체 나트륨 아세테이트의 단일 결정이 용액에 떨어질 때 물에 용해되고 냉동기에 놓인 나트륨 아세테이트 용액이 즉시 응고되는 일반적인 화학 시연을 지칭한다. 응고 공정은 열을 방출하므로 뜨거운 얼음이 형성되는 것처럼 보입니다. 화학 강사는 이것을 사용하여 과포화 현상이나 일부 용액이 정상적으로 용해되는 물질을 더 많이 함유하는 능력을 보여줍니다.
이온 성 화합물
화학에서, "화합물"이라는 용어는 하나 이상의 화학 원소로 구성된 물질을 의미한다. 예를 들어 염화나트륨으로도 알려진 식염은 나트륨과 염소 원자를 포함합니다. 화합물이 원소 주기율표에서 구별되는 바와 같이 금속과 비금속을 모두 함유하는 경우, 화학자들은 화합물을 "이온 성"이라고 지칭한다. 일부 이온 성 화합물은 물에 용해되며, 용해 과정에서 양이온으로 불리는 양으로 하전 된 금속은 음이온으로 불리는 음으로 하전 된 비금속과 분리됩니다. 침전 과정은이 과정과 반대입니다. 즉, 양이온 및 음이온이 결합하여 용액에서 고체 결정을 형성한다.
용해도
화학자들은 화합물이 물에 용해되는 능력을 용해도로 설명합니다. 정의상, 소량으로 존재하는 화합물은 용질을 나타내고, 다량으로 존재하는 화합물은 용매를 나타낸다. 액체에 고체가 용해되는 경우, 액체는 일반적으로 용매로서 적합하다. 일반적으로 화학자들은 리터당 그램과 같은 단위로 용해도를 나타냅니다. 이는 "1 l의 용매에 용해 될 용질의 그램"또는 "100 ml 당 그램"을 의미합니다. 포화는 최대량의 용질이 주어진 양의 용매에 용해되었을 때 발생합니다. 일부 화합물은 다른 것보다 본질적으로 더 높은 용해도를 나타내지 만, 모든 경우에 용해도는 온도에 따라 변한다. 일반적으로, 온도가 높을수록, 주어진 양의 용매에 더 많은 용질이 용해 될 것이다. 과포화 또는 "과포화"솔루션의 프로세스는 온도 조작에 달려 있습니다.
과포화
과포화 현상은 주어진 양의 용매에 용해 된 용질의 양이 포화 점을 초과 할 때 발생합니다. 과학자들은 용액이 과포화되는 메커니즘을 완전히 이해하지 못합니다. 침전은 용액에 "핵 생성 (nucleation)"이라 불리는 작은 고체 결정의 형성을 필요로한다. 결정이 형성된 후, 성장으로 알려진 제 2 공정은 결정이 거시적 수준으로 확대되어 관찰되고 분리 될 수있다. 그러나 핵 생성 없이는 성장이 일어나지 않으며 특정 조건에서 일부 용질 이이 과정에 저항합니다. 핵 형성은 시작하기 위해 "거친"표면을 요구하는 경향이 있습니다. 거친 표면은 먼지 입자와 같은 불순물이거나 용액이 존재하는 유리 용기 내부의 흠집 일 수 있습니다. 대안 적으로, 실험자는 침전되는 화합물의 단일의 작은 결정을 첨가함으로써 고의적으로 핵 생성을 개시 할 수있다. 결과적으로, 핫 아이스 시연에 대한 대부분의 지침은 결정화를 유도하기 위해 과포화 용액에 약간의 고체 아세트산 나트륨을 첨가하는 것을 요구한다.
아세트산 나트륨
나트륨 아세테이트는 나트륨 양이온 Na (+) 및 아세테이트 이온 C2H3O2 (-)로 구성된 이온 성 화합물입니다. 대부분의 아세테이트와 마찬가지로 물에 높은 용해도를 나타냅니다. 76g은 0도에서 100ml에 용해됩니다. 그러나 용해도는 고온에서 실질적으로 증가합니다. 뜨거운 얼음 시연은 뜨거운 물에 아세트산 나트륨 포화 용액을 만든 다음 용액을 냉동고에 넣습니다. 용액이 냉각되고 0 ℃에 접근함에 따라, 소듐 아세테이트의 농도는 100 ml 당 76 g 이상으로 유지 될 것이며, 즉 용액은 과포화 될 것이다.
핫 아이스
용액에서 고체가 침전되면 시스템 장애가 감소합니다. 즉, 용액에서 이온은 임의의 방향으로 자유롭게 움직이므로 높은 장애를 보입니다. 이온들이 결합하여 고체 결정체를 형성 할 때, 그들의 운동의 자유가 제한된다. 과학자들은 이것을 시스템의 엔트로피 또는 장애의 감소로 설명합니다. 열역학의 법칙에 따르면 엔트로피 감소가 나타나는 공정 (예: 용액에서 고체가 침전되는 것과 같이 공정은 열을 방출해야 함)이 규정되어 있습니다. 결과적으로, 아세트산 나트륨이 용액으로부터 침전됨에 따라 아세트산 나트륨의 고체 결정체의 도입은 그 자체가 따뜻해질 것이다.
