"Sıcak buz", suda çözündürülen ve bir dondurucuya yerleştirilen bir sodyum asetat çözeltisinin, kabından döküldüğünde veya çözeltiye tek bir katı sodyum asetat kristali atıldığında hemen katılaştığı popüler bir kimyasal gösterime karşılık gelir. Katılaşma işlemi ısıyı serbest bırakır ve böylece sıcak buz oluşumunun görünümünü verir. Kimya eğitmenleri bunu süper doygunluk olgusunu veya bazı çözeltilerin normalde olması gerekenden daha fazla çözünmüş malzeme içerme yeteneğini göstermek için kullanırlar.
İyonik bileşikler
Kimyada "bileşik" terimi, birden fazla kimyasal elementten oluşan bir materyale karşılık gelir. Örneğin, sodyum klorür olarak da bilinen sofra tuzu, sodyum ve klor atomları içerir. Bileşik, hem metal hem de ametal içermediğinde - elementlerin periyodik tablosunda belirtildiği gibi - kimyacılar bileşiği "iyonik" olarak adlandırırlar. Bazı iyonik bileşikler suda çözülür ve çözünme işlemi sırasında katyon adı verilen pozitif yüklü metal, anyon adı verilen negatif yüklü ametalden ayrılır. Çökeltme işlemi bu sürecin tersini temsil eder; yani katyon ve anyon, çözeltide katı kristaller oluşturmak için birleşir.
Çözünürlük
Kimyagerler bir bileşiğin suda çözünme kabiliyetini çözünürlük olarak tanımlar. Tanım olarak, daha az miktarda mevcut olan bileşik, çözünen maddeyi temsil eder ve daha fazla miktarda mevcut olan bileşik, çözücüyü temsil eder. Bir sıvı içinde çözünen bir katı durumunda, sıvı genellikle çözücü olarak nitelendirilir. Genel olarak kimyagerler, litre başına gram gibi birimlerde çözünürlüğü belirtir, bu da "1 1 çözücü içinde çözülecek gram çözünmüş madde" veya "100 ml başına gram" anlamına gelir. Doygunluk, maksimum çözünen miktar belirli bir miktarda çözücü içinde çözüldüğünde meydana gelir. Bazı bileşikler doğal olarak diğerlerinden daha yüksek çözünürlük sergiler, ancak her durumda çözünürlük sıcaklıkla değişir. Genel olarak, sıcaklık ne kadar yüksek olursa, belirli bir miktarda çözücü içinde daha fazla çözünen madde çözünür. Aşırı doygunluk veya "aşırı doygunluk" çözümleri süreci sıcaklığın manipülasyonuna bağlıdır.
Süpersatürasyon
Süper doygunluk olgusu, belirli bir miktarda çözücü içinde çözünen çözünen madde miktarı doyma noktasını aştığında ortaya çıkar. Bilim adamları, çözümlerin aşırı doygun hale geldiği mekanizmayı tam olarak anlamıyorlar. Yağış, çözelti içinde "çekirdeklenme" adı verilen bir işlem olan küçük bir katı kristalit oluşumunu gerektirir. Kristalit oluştuktan sonra, büyüme olarak bilinen ikinci bir işlem, kristalitleri makroskopik seviyeye genişletir, böylece gözlemlenebilir ve izole edilebilir. Ancak çekirdeklenme olmadan büyüme olmaz ve belirli koşullar altında bazı çözünenler bu sürece direnir. Çekirdeklenme, üzerinde başlatılacak "pürüzlü" bir yüzeye ihtiyaç duyma eğilimindedir. Pürüzlü yüzey, toz parçacıkları gibi bir kirlilik veya çözeltinin bulunduğu cam kabın iç kısmında bir çizik olabilir. Alternatif olarak, bir deneyci çökeltilen bileşiğin tek bir küçük kristalini ekleyerek kasıtlı olarak çekirdeklenmeyi başlatabilir. Sonuç olarak, sıcak buz gösterimi için birçok talimat, aşırı doymuş çözeltiye kristalleşmeyi indüklemek için birkaç tane katı sodyum asetat ilave edilmesini gerektirir.
Sodyum asetat
Sodyum asetat, sodyum katyonları, Na (+) ve asetat iyonları, C2H3O2 (-) içeren iyonik bir bileşiktir. Çoğu asetat gibi, suda yüksek çözünürlük sergiler: 0 ° C'de 100 ml'de 76 g çözünür. Bununla birlikte çözünürlük, daha yüksek sıcaklıkta önemli ölçüde artar. Sıcak buz gösterimi, sıcak suda doymuş bir sodyum asetat çözeltisi oluşturulmasını ve daha sonra çözeltinin bir dondurucuya yerleştirilmesini gerektirir. Çözelti soğudukça ve 0 ° C'ye yaklaştıkça, sodyum asetat konsantrasyonu 100 ml'de 76 g'nin üzerinde kalacaktır, yani çözelti aşırı doymuş olacaktır.
Sıcak Buz
Bir katının bir çözeltiden çökeltilmesi, sistem bozukluğunda azalmaya neden olur. Yani, çözeltide iyonlar rastgele yönlerde serbestçe hareket eder ve bu nedenle yüksek bozukluk gösterir. İyonlar katı kristalitler oluşturmak için birleştiğinde, hareket serbestliği kısıtlanır. Bilim adamları bunu sistemin entropisinde veya bozukluğunda bir azalma olarak tanımlar. Termodinamiğin yasaları, bir katının bir çözeltiden çökelmesi gibi, entropide bir azalma sergileyen bir işlemin kendiliğinden gerçekleşmesini şart koşar. Sonuç olarak, sodyum asetat çözeltiden çökelirken katı bir sodyum asetat kristalitinin eklenmesi kendisini ısıtacaktır.
