Una explicación de acetato de sodio y hielo caliente
"Hielo caliente" se refiere a una demostración química popular en la que una solución de acetato de sodio disuelta en agua y colocada en un congelador se solidifica instantáneamente cuando se vierte desde su recipiente o cuando un solo cristal de acetato de sodio sólido se coloca en la solución. El proceso de solidificación libera calor y por lo tanto da la apariencia de la formación de hielo caliente. Los instructores de química utilizan esto para demostrar el fenómeno de la sobresaturación o la capacidad de algunas soluciones para contener más material disuelto del que normalmente deberían.
Hacer "hielo caliente" a partir de acetato de sodio disuelto en agua, luego se congela. (Imagen: unclepodger / iStock / Getty Images)Compuestos ionicos
En química, el término "compuesto" se refiere a un material compuesto por más de un elemento químico. Por ejemplo, la sal de mesa, también conocida como cloruro de sodio, contiene átomos de sodio y cloro. Cuando el compuesto contiene un metal y un no metal, como se distingue en la tabla periódica de los elementos, los químicos se refieren al compuesto como "iónico". Algunos compuestos iónicos se disuelven en agua, y durante el proceso de disolución el metal cargado positivamente, llamado catión, se separa del no metal cargado negativamente, llamado anión. El proceso de precipitación representa lo contrario de este proceso; es decir, el catión y el anión se combinan para formar cristales sólidos en la solución.
Solubilidad
Los químicos describen la capacidad de un compuesto para disolverse en agua como solubilidad. Por definición, el compuesto presente en menor cantidad representa el soluto, y el compuesto presente en mayor cantidad representa el solvente. En el caso de un sólido que se disuelve en un líquido, el líquido generalmente califica como solvente. En general, los químicos declaran la solubilidad en unidades, como gramos por litro, lo que significa "gramos de soluto que se disolverán en 1 l de solvente" o "gramos por 100 ml". La saturación ocurre cuando la cantidad máxima de soluto se ha disuelto en una cantidad dada de solvente Algunos compuestos exhiben una solubilidad inherentemente más alta que otros, pero en todos los casos la solubilidad varía con la temperatura. En general, cuanto más alta sea la temperatura, más soluto se disolverá en una cantidad dada de solvente. El proceso de sobresaturación o soluciones "sobresaturadas" depende de la manipulación de la temperatura..
Sobresaturación
El fenómeno de sobresaturación ocurre cuando la cantidad de soluto disuelto en una cantidad dada de solvente excede el punto de saturación. Los científicos no entienden completamente el mecanismo por el cual las soluciones se vuelven sobresaturadas. La precipitación requiere la formación de un pequeño cristalito sólido en la solución, un proceso denominado "nucleación". Después de que se forma el cristalito, un segundo proceso, conocido como crecimiento, aumenta el tamaño de los cristalitos hasta el nivel macroscópico, de modo que se puedan observar y aislar. Pero el crecimiento no ocurre sin la nucleación, y algunos solutos bajo ciertas condiciones resisten este proceso. La nucleación tiende a requerir una superficie “rugosa” sobre la cual iniciar. La superficie rugosa puede ser una impureza, como partículas de polvo, o un rasguño en el interior del recipiente de vidrio en el que reside la solución. Alternativamente, un experimentador puede iniciar la nucleación deliberadamente agregando un único cristal pequeño del compuesto que se está precipitando. En consecuencia, la mayoría de las instrucciones para la demostración de hielo caliente requieren la adición de algunos granos de acetato de sodio sólido a la solución supersaturada para inducir la cristalización..
Acetato de sodio
El acetato de sodio es un compuesto iónico que consiste en cationes de sodio, Na (+) e iones de acetato, C2H3O2 (-). Como la mayoría de los acetatos, exhibe una alta solubilidad en agua: 76 g se disuelven en 100 ml a 0 grados C. La solubilidad, sin embargo, aumenta sustancialmente a una temperatura más alta. La demostración de hielo caliente requiere crear una solución saturada de acetato de sodio en agua caliente y luego colocar la solución en un congelador. A medida que la solución se enfría y se aproxima a 0 grados C, la concentración de acetato de sodio se mantendrá por encima de 76 g por 100 ml, es decir, la solución estará sobresaturada..
Hielo caliente
La precipitación de un sólido a partir de una solución resulta en una disminución del desorden del sistema. Es decir, en la solución, los iones se mueven libremente en direcciones aleatorias y, por lo tanto, presentan un trastorno elevado. Cuando los iones se combinan para formar cristalitos sólidos, su libertad de movimiento se restringe. Los científicos describen esto como una disminución en la entropía o desorden del sistema. Las leyes de la termodinámica estipulan que para que un proceso que muestra una disminución de la entropía se produzca espontáneamente, como la precipitación de un sólido de una solución, el proceso también debe liberar calor. En consecuencia, la introducción de un cristalito sólido de acetato de sodio se calentará a medida que el acetato de sodio precipita de la solución..
