"Gelo quente" refere-se a uma demonstração química popular na qual uma solução de acetato de sódio dissolvida em água e colocada em um freezer solidifica instantaneamente quando derramada de seu recipiente ou quando um único cristal de acetato de sódio sólido é jogado na solução. O processo de solidificação libera calor e, assim, dá a aparência da formação de gelo quente. Os instrutores de química usam isso para demonstrar o fenômeno da supersaturação ou a capacidade de algumas soluções em conter mais material dissolvido do que normalmente deveriam.
Compostos iónicos
Em química, o termo "composto" refere-se a um material composto por mais de um elemento químico. Por exemplo, o sal de mesa, também conhecido como cloreto de sódio, contém átomos de sódio e cloro. Quando o composto contém um metal e um não-metal - como distinguido na tabela periódica dos elementos - os químicos se referem ao composto como "iônico". Alguns compostos iônicos se dissolvem na água e, durante o processo de dissolução, o metal com carga positiva, chamado cátion, separa-se do não-metal com carga negativa, chamado ânion. O processo de precipitação representa o oposto desse processo; isto é, o cátion e o ânion se combinam para formar cristais sólidos na solução.
Solubilidade
Os químicos descrevem a capacidade de um composto se dissolver na água como solubilidade. Por definição, o composto presente em menor quantidade representa o soluto e o composto presente em maior quantidade representa o solvente. No caso de um sólido se dissolver em um líquido, o líquido geralmente se qualifica como solvente. Geralmente, os químicos declaram solubilidade em unidades, como gramas por litro, o que significa "gramas de soluto que se dissolverão em 1 l de solvente" ou "gramas por 100 ml". A saturação ocorre quando a quantidade máxima de soluto se dissolve em uma determinada quantidade de solvente. Alguns compostos exibem solubilidade inerentemente mais alta que outros, mas em todos os casos a solubilidade varia com a temperatura. Geralmente, quanto mais alta a temperatura, mais soluto se dissolve em uma determinada quantidade de solvente. O processo de super-saturação ou "supersaturação" de soluções depende da manipulação da temperatura.
Supersaturação
O fenômeno da supersaturação ocorre quando a quantidade de soluto dissolvido em uma determinada quantidade de solvente excede o ponto de saturação. Os cientistas não entendem completamente o mecanismo pelo qual as soluções se tornam supersaturadas. A precipitação requer a formação de um pequeno cristalito sólido na solução, um processo chamado "nucleação". Após as formas de cristalitos, um segundo processo, conhecido como crescimento, aumenta os cristalitos para o nível macroscópico, para que possam ser observados e isolados. Mas o crescimento não ocorre sem nucleação, e alguns solutos sob certas condições resistem a esse processo. A nucleação tende a exigir uma superfície "áspera" na qual iniciar. A superfície rugosa pode ser uma impureza, como partículas de poeira, ou um arranhão no interior do recipiente de vidro no qual a solução reside. Alternativamente, um experimentador pode iniciar a nucleação deliberadamente adicionando um único cristal pequeno do composto que está sendo precipitado. Consequentemente, a maioria das instruções para a demonstração de gelo quente exige a adição de alguns grãos de acetato de sódio sólido à solução supersaturada para induzir a cristalização.
Acetato de sódio
O acetato de sódio é um composto iônico que consiste em cátions de sódio, Na (+) e íons acetato, C2H3O2 (-). Como a maioria dos acetatos, ele apresenta alta solubilidade em água: 76 g se dissolve em 100 ml a 0 graus C. A solubilidade, no entanto, aumenta substancialmente em temperaturas mais altas. A demonstração de gelo quente exige a criação de uma solução saturada de acetato de sódio em água quente e a colocação no congelador. À medida que a solução esfria e se aproxima de 0 ° C, a concentração de acetato de sódio permanecerá acima de 76 g por 100 ml, ou seja, a solução será supersaturada.
Gelo quente
A precipitação de um sólido a partir de uma solução resulta em diminuição da desordem do sistema. Ou seja, na solução os íons se movem livremente em direções aleatórias e, portanto, exibem alta desordem. Quando os íons se combinam para formar cristalitos sólidos, sua liberdade de movimento fica restrita. Os cientistas descrevem isso como uma diminuição na entropia, ou desordem, do sistema. As leis da termodinâmica estipulam que, para que um processo que exibe uma diminuição na entropia ocorra espontaneamente, como a precipitação de um sólido de uma solução, o processo também deve liberar calor. Consequentemente, a introdução de um cristalito sólido de acetato de sódio se aquecerá à medida que o acetato de sódio precipitar da solução.
