Саме по собі вислів “гарячий лід” важко вкладається в наших головах. Адже ми звикли, що лід, неважливо, це маленький кубик в склянці або величезний айсберг в океані, крижаний. А тут чомусь гарячий. Розберемося, що ж це за речовина, як виходить і проведемо досвід в домашніх умовах. Отже — гарячий лід.
Речовина з такою назвою
Всі чудово знають, що лід — це вода, що знаходиться в твердому агрегатному стані, в яке переходить вже при 0 °C. Але, проводячи досліди над водою, англійський фізик Бріджмен виявив, що під великим тиском відбувається перебудова кристалічної решітки, вона стає більш щільною.
Під тиском трохи менше 21 тис. атмосфер вода стає льодом вже при температурі +76 °C. А при 30 тис. атмосфер — при 180 °C! Ось це дійсно гарячий лід. Обпектися можна сильно. Але доторкнутися до нього неможливо, адже такий тиск витримати людині нереально. Фізики вивчають властивості такого льоду лише побічно.
Завдяки дослідам англієць визначив, що лід буває декількох сортів, де під сортом I знаходиться всім знайомий лід, утворений при нулі, і далі, із зростанням тиску, переходить з одного сорту в другий. При 30 тис. атмосфер він стає сортом VII. Так як кристалічна решітка змінюється, то і властивості біля гарячого льоду інші. Він важчий води і його щільність складає 1,05 г/см3.
Ще одна речовина з такою назвою
Провести в домашніх умовах експеримент “Гарячий лід”, щоб перевірити теорію Бріджмена, природно, не вийде. Але хімія як наука пропонує вам інший досвід, не менш ефектний.
Він так і називається – “Гарячий лід”. Ацетат натрію — речовина, яка знадобиться вам для його проведення. Не чули? А на кухні ми часто отримуємо його при приготуванні різної випічки, змішуючи соду і оцет. Залишається лише розібратися, як зробити гарячий лід з цієї піни. Давайте розбиратися.
Формули і рівняння реакції
Ацетат натрію (ще її називають натрієвою сіллю оцтової кислоти) являє собою білі кристали зі злегка солонуватим смаком і запахом, який нагадує оцтовий. Його формула — CH3COONa. В лабораторії сіль отримують з оцтової кислоти і карбонатів, гідроксиду або гідрокарбонату натрію.
Кому цікаво, рівняння реакції наступне:
Ch 3 cooh + NaHCO3 → CH3-COON a + H2O + CO2
Господині знають, що відсоток оцтової кислоти може бути різним. Але немає різниці, який ви знайдете в шафці на кухні, просто знадобиться різну кількість соди. Пропорції такі:
- 750 г оцту 8% і 84 грама соди;
- 86 г есенції 70% і 84 грама соди;
- 200 г оцту 30% і 87,4 г соди.
В результаті реакції у нас виходить розчин, але шляхом випаровування води ми отримаємо 82 г ацетату натрію у вигляді кристалів.
Хімія — наука, яка не терпить варіанту “насипати на око”. Якщо хочете, щоб хімічний досвід “Гарячий лід” вдався, складайте пропорцію з речовин з допомогою ваг. Більш точними є електронні.
Досвід в домашніх умовах
Так як при проведенні досвіду використовується кислота, а експеримент “Гарячий лід” вимагає ще й нагрівання до високих температур, то присутність дорослих обов’язково. Отже, приступимо до чаклунства.
Готуємо “Гарячий лід” в домашніх умовах.
- У невеликій емальованому каструльці змішайте оцет і соду у вказаних вище пропорціях, залежно від процентного вмісту оцту, знайденого на кухні. Поставте її на плиту, на маленький вогонь і трохи підігрійте отримане чаклунське вариво. Готуйтеся, піни буде багато, але як тільки реакція пройде і в каструлі залишиться вода і ацетат натрію, розчин стане абсолютно прозорим.
- Обов’язково перевірте, чи готовий ваш розчин, капнувши крапелькою оцту. З’явилася піна? Отже, спочатку взято неправильний вага соди, продовжуємо потроху додавати оцет, поки піна не перестане з’являтися. Ну а якщо запах оцту дуже сильно б’є в ніс, значить, було взято спочатку багато оцтової кислоти. Додавайте розчин потроху соди, поки не перестане в каструльці утворюватися піна, інакше запах оцту з квартири довго доведеться вивітрювати.
- Тільки коли піна перестала підніматися, каструльку з варивом можна ставити на вогонь, щоб прибрати з неї зайву воду. Не забуваємо стежити за подіями. Як тільки на поверхні почала утворюватися скоринка, схожа на лід, відразу знімаємо тару з вогню і на 5 хвилин залишаємо в спокої.
- Поки чаклунський напій остигає, в чайнику ставимо кип’ятитися воду. Потім повільно, буквально по краплях, починаємо лити окріп у вже остигнула суміш, чергуючи додавання з помішуванням. Робимо процедуру до повного розчинення скоринки і всіх видимих шматочків. Розчин повинен бути абсолютно прозорим, але при цьому злегка в’язким.
- Беремо абсолютно чисту ємність і наливаємо в неї невелику кількість речовини з каструльки. Якщо баночка або кухлик виявляться запачканными – розчин стане кристалізуватися не тоді, коли вам захочеться, а поки буде охолоджуватися. Ставимо в холодильник і охолоджуємо до кімнатної температури. Потрібно розуміти, що у нас вийшов перенасичений розчин, так що тепер температура процесу кристалізації нижче, ніж зазвичай.
- Остудився? Ось він, момент істини. Пора приступити до таїнства освіти гарячого льоду!
Доторкніться до охолодженого варива зубочисткою, опущеною вістрям у кухонну сіль. Якщо все зроблено правильно, розчин почне тверднути, утворюючи малюнок з кристалів, схожих на крижинки, кожен раз новий і неповторний. При цьому вивільняється велика кількість енергії, яку ви відчуєте як хвилю тепла.
Після утворення гарячого льоду його можна використовувати для повторення досвіду. Просто поставте ємність на водяну баню і починайте помішувати ложечкою. Побачили, що скоринка з кристалів утворилася? Повторюємо пункти 4-6 і насолоджуємося результатом знову і знову.
Чому не вийшов експеримент? Робота над помилками
Варіантів, чому не вийшов досвід, не так і багато, але розглянемо їх все:
- При реагуванні соди з оцтом якийсь реагент опинився в надлишку і вплинув на подальший приготування перенасиченого розчину. В наступний раз уважно стежте за кількістю речовин при приготуванні або просто купіть натрієву сіль оцтової кислоти у вже готовому вигляді.
- Ємність, у якій охолоджували приготований розчин, виявилася забрудненою.
- Занадто пізно була знята каструлька з вогню, або не до кінця розчинили утворилася корочку.
Де використовують цю реакцію?
Сам досвід “Гарячий лід” має і практичне застосування, хімічних грілок і обігрівачах використовується саме перенасичений розчин, який навіть при кімнатній температурі, як ви самі бачили, не переходить у тверду фазу.
Тільки в грілок ви впливаєте на розчин не зубочисткою, а спеціальним диском (найчастіше металевим). У процесі переходу перенасиченого розчину в тверду фазу виділяється від 264 до 289 кДж/кг. Так у вас утворювався “гарячий лід, а грілка діє на тіло виділеним теплом, при цьому опік виключено, так як виділяється температури недостатньо.
До речі, як джерело тепла, перенасичений розчин ацетату натрію використовують і в деяких моделях скафандрів. “Гарячий лід” рулить.
