Από μόνη της, η έκφραση «καυτός πάγος» σχεδόν δεν χωράει στο κεφάλι μας. Εξάλλου, έχουμε συνηθίσει στο γεγονός ότι ο πάγος, ανεξάρτητα από το αν είναι ένας μικρός κύβος σε ένα ποτήρι ή ένα τεράστιο παγόβουνο στον ωκεανό, είναι παγωμένος. Και για κάποιο λόγο κάνει ζέστη. Ας καταλάβουμε τι είδους ουσία είναι, πώς αποδεικνύεται και να κάνουμε ένα πείραμα στο σπίτι. Λοιπόν - ζεστός πάγος.
Μια ουσία με αυτό το όνομα
Όλοι γνωρίζουν πολύ καλά ότι ο πάγος είναι νερό σε στερεή κατάσταση συσσωμάτωσης, μέσα στο οποίο διέρχεται ήδη στους 0 °C. Όμως, ενώ διεξήγαγε πειράματα στο νερό, ο Άγγλος φυσικός Μπρίτζμαν ανακάλυψε ότι υπό υψηλή πίεση, το κρυσταλλικό πλέγμα αναδιατάσσεται, γίνεται πιο πυκνό.
Υπό πίεση ελαφρώς μικρότερη από 21.000 ατμόσφαιρες, το νερό γίνεται πάγος ήδη σε θερμοκρασία +76 °C. Και σε 30 χιλιάδες ατμόσφαιρες - στους 180 ° C! Αυτός είναι πραγματικά ζεστός πάγος. Μπορεί να καείς πολύ. Αλλά είναι αδύνατο να τον αγγίξεις, γιατί δεν είναι ρεαλιστικό για ένα άτομο να αντέξει μια τέτοια πίεση. Οι φυσικοί μελετούν τις ιδιότητες τέτοιων πάγωνμόνο έμμεσα.
Χάρη σε πειράματα, ο Άγγλος διαπίστωσε ότι υπάρχουν διάφοροι τύποι πάγου, όπου κάτω από τον βαθμό I είναι ο γνωστός πάγος που σχηματίζεται στο μηδέν, και στη συνέχεια, με αυξανόμενη πίεση, περνά από τη μια κατηγορία στην άλλη. Στις 30 χιλιάδες ατμόσφαιρες γίνεται βαθμός VII. Δεδομένου ότι το κρυσταλλικό πλέγμα αλλάζει, οι ιδιότητες του θερμού πάγου είναι διαφορετικές. Είναι βαρύτερο από το νερό και έχει πυκνότητα 1,05 g/cm3.
Άλλη ουσία με το ίδιο όνομα
Η διεξαγωγή του πειράματος "Καυτός πάγος" στο σπίτι για να δοκιμαστεί η θεωρία του Μπρίτζμαν, φυσικά, δεν θα λειτουργήσει. Αλλά η χημεία ως επιστήμη σας προσφέρει μια διαφορετική εμπειρία, όχι λιγότερο θεαματική.
Ονομάζεται "Καυτός πάγος". Το οξικό νάτριο είναι η ουσία που θα χρειαστείτε για να το πραγματοποιήσετε. Δεν άκουσες; Και στην κουζίνα, το παθαίνουμε συχνά όταν ετοιμάζουμε διάφορα αρτοσκευάσματα, ανακατεύοντας σόδα και ξύδι. Απομένει μόνο να καταλάβουμε πώς να φτιάξετε ζεστό πάγο από αυτόν τον αφρό. Ας το καταλάβουμε.
Τύπος και εξίσωση αντίδρασης
Οξεικό νάτριο (ονομάζεται επίσης άλας νατρίου του οξικού οξέος) είναι λευκοί κρύσταλλοι με ελαφρώς αλμυρή γεύση και οσμή που μοιάζει με ξύδι. Ο τύπος του είναι CH3COONa. Στο εργαστήριο, το αλάτι παρασκευάζεται από οξικό οξύ και ανθρακικά άλατα, υδροξείδιο του νατρίου ή διττανθρακικό νάτριο.
Για όσους ενδιαφέρονται, η εξίσωση αντίδρασης είναι η εξής:
CH3COOH + NaHCO3 → CH3-COON a + H 2O + CO2
Οι ερωμένες γνωρίζουν ότι το ποσοστότο οξικό οξύ μπορεί να είναι διαφορετικό. Αλλά δεν υπάρχει διαφορά σε αυτό που θα βρείτε στο ντουλάπι της κουζίνας, απλά χρειάζεστε διαφορετική ποσότητα σόδας. Οι αναλογίες είναι οι εξής:
- 750 g ξύδι 8% και 84 γραμμάρια σόδα;
- 86 g αιθέριου ελαίου 70% και 84 γραμμάρια σόδα;
- 200 g ξύδι 30% και 87,4 g σόδα.
Σαν αποτέλεσμα της αντίδρασης παίρνουμε ένα διάλυμα, αλλά με την εξάτμιση του νερού παίρνουμε 82 g οξικού νατρίου σε μορφή κρυστάλλων.
Η Χημεία είναι μια επιστήμη που δεν ανέχεται την επιλογή «ρίξε στο μάτι». Εάν θέλετε το χημικό πείραμα «Καυτός πάγος» να έχει επιτυχία, συνθέστε ένα ποσοστό των ουσιών χρησιμοποιώντας βάρη. Οι πιο ακριβείς είναι ηλεκτρονικές.
Εμπειρία στο σπίτι
Δεδομένου ότι χρησιμοποιείται οξύ κατά τη διάρκεια του πειράματος και το πείραμα "Καυτός πάγος" απαιτεί επίσης θέρμανση σε υψηλές θερμοκρασίες, η παρουσία ενηλίκων είναι υποχρεωτική. Λοιπόν, ας πάμε στη μαγεία.
Μαγείρεμα "Ζεστού Πάγου" στο σπίτι.
- Σε μια μικρή σμάλτο κατσαρόλα, συνδυάστε ξύδι και σόδα στις αναλογίες που υποδεικνύονται παραπάνω, ανάλογα με το ποσοστό του ξιδιού που βρίσκεται στην κουζίνα. Βάλτε το στη σόμπα, σε μια μικρή φωτιά και θερμαίνετε λίγο την προκύπτουσα μαγεία. Ετοιμαστείτε, θα υπάρχει πολύς αφρός, αλλά μόλις περάσει η αντίδραση και υπάρχει νερό και οξικό νάτριο στο τηγάνι, το διάλυμα θα γίνει τελείως διαφανές.
- Βεβαιωθείτε ότι έχετε ελέγξει εάν το διάλυμά σας είναι έτοιμο ρίχνοντας μια σταγόνα ξύδι. Έχετε αφρό; Έτσι, αρχικά λήφθηκε λάθος βάρος σόδας, συνεχίζουμε λίγοπροσθέστε ξύδι μέχρι να σταματήσει να εμφανίζεται ο αφρός. Λοιπόν, αν η μυρωδιά του ξιδιού χτυπά πολύ έντονα τη μύτη, σημαίνει ότι αρχικά λήφθηκε πολύ οξικό οξύ. Προσθέστε λίγη σόδα στο διάλυμα μέχρι να σταματήσει να σχηματίζεται αφρός στην κατσαρόλα, διαφορετικά η μυρωδιά του ξιδιού από το διαμέρισμα θα αργήσει να διαβρωθεί.
- Μόνο όταν ο αφρός έχει σταματήσει να φουσκώνει, η κατσαρόλα με το αφέψημα μπορεί να βάλει φωτιά για να φύγει το περιττό νερό από αυτό. Μην ξεχάσετε να παρακολουθήσετε τι συμβαίνει. Μόλις αρχίσει να σχηματίζεται κρούστα παρόμοια με πάγο στην επιφάνεια, αφαιρέστε αμέσως το δοχείο από τη φωτιά και αφήστε το μόνο για 5 λεπτά.
- Όσο το μαγικό ρόφημα κρυώνει, βάλτε νερό στην τσαγιέρα να βράσει. Στη συνέχεια σιγά σιγά, κυριολεκτικά σταγόνα-σταγόνα, αρχίζουμε να ρίχνουμε βραστό νερό στο ήδη κρύο μείγμα, εναλλάξ προσθήκη με ανακάτεμα. Κάνουμε τη διαδικασία μέχρι να διαλυθεί τελείως η κρούστα και όλα τα ορατά κομμάτια. Το διάλυμα πρέπει να είναι εντελώς διαυγές, αλλά ελαφρώς παχύρρευστο.
- Παίρνουμε ένα απολύτως καθαρό δοχείο και ρίχνουμε μια μικρή ποσότητα της ουσίας από την κατσαρόλα μέσα σε αυτό. Εάν το βάζο ή η κούπα αποδειχθεί βρώμικο, το διάλυμα δεν θα κρυσταλλώσει όταν θέλετε, αλλά προς το παρόν θα κρυώσει. Βάζουμε στο ψυγείο και κρυώνουμε σε θερμοκρασία δωματίου. Πρέπει να καταλάβουμε ότι έχουμε ένα υπερκορεσμένο διάλυμα, οπότε τώρα η θερμοκρασία της διαδικασίας κρυστάλλωσης είναι χαμηλότερη από τη συνηθισμένη.
- Χαλαρώστε; Εδώ είναι η στιγμή της αλήθειας. Ήρθε η ώρα να ξεκινήσετε το μυστήριο του σχηματισμού του καυτού πάγου!
Αγγίξτε την παγωμένη παρασκευή με μια οδοντογλυφίδασημείο στο επιτραπέζιο αλάτι. Αν όλα γίνουν σωστά, το διάλυμα θα αρχίσει να σκληραίνει, σχηματίζοντας ένα σχέδιο κρυστάλλων που μοιάζουν με πάγο, κάθε φορά νέους και μοναδικούς. Αυτό απελευθερώνει μια μεγάλη ποσότητα ενέργειας που θα αισθανθείτε ως κύμα θερμότητας.
Μετά τον σχηματισμό ζεστού πάγου, μπορεί να χρησιμοποιηθεί για την επανάληψη του πειράματος. Απλώς βάλτε το δοχείο σε ένα λουτρό νερού και αρχίστε να ανακατεύετε με ένα κουτάλι. Είδατε ότι σχηματίστηκε μια κρούστα κρυστάλλων; Επαναλάβετε τα βήματα 4-6 και απολαύστε το αποτέλεσμα ξανά και ξανά.
Γιατί απέτυχε το πείραμα; Αντιμετώπιση προβλημάτων
Δεν υπάρχουν τόσες πολλές επιλογές γιατί η εμπειρία δεν λειτούργησε, αλλά θα τις εξετάσουμε όλες:
- Όταν η σόδα αντέδρασε με το ξύδι, κάποιο αντιδραστήριο αποδείχθηκε ότι ήταν σε περίσσεια και επηρέασε την περαιτέρω παρασκευή ενός υπερκορεσμένου διαλύματος. Την επόμενη φορά, παρακολουθήστε προσεκτικά την ποσότητα των ουσιών στο παρασκεύασμα ή απλώς αγοράστε το άλας νατρίου του οξικού οξέος σε έτοιμη μορφή.
- Το δοχείο στο οποίο ψύχθηκε το παρασκευασμένο διάλυμα αποδείχθηκε ότι ήταν μολυσμένο.
- Η κατσαρόλα αφαιρέθηκε από τη φωτιά πολύ αργά ή η κρούστα που προέκυψε δεν διαλύθηκε εντελώς.
Πού χρησιμοποιείται αυτή η αντίδραση;
Η ίδια η εμπειρία "Hot Ice" έχει και πρακτικές εφαρμογές, είναι ένα υπερκορεσμένο διάλυμα που χρησιμοποιείται σε χημικά θερμαντικά μαξιλάρια και θερμάστρες, το οποίο, όπως είδατε και εσείς, δεν περνάει σε στερεή φάση.
Μόνο στα μαξιλαράκια θέρμανσης ενεργείτε στο διάλυμα όχι με οδοντογλυφίδα, αλλά με ειδικήδίσκος (συχνότερα μεταλλικός). Κατά τη μετάβαση ενός υπερκορεσμένου διαλύματος στη στερεά φάση, απελευθερώνεται από 264 σε 289 kJ/kg. Έτσι σχηματίσατε «καυτό» πάγο και η θερμαντική επιφάνεια δρα στο σώμα με την παραγόμενη θερμότητα, ενώ το έγκαυμα αποκλείεται, αφού η παραγόμενη θερμοκρασία δεν είναι αρκετή.
Παρεμπιπτόντως, ως πηγή θερμότητας, ένα υπερκορεσμένο διάλυμα οξικού νατρίου χρησιμοποιείται επίσης σε ορισμένα μοντέλα διαστημικών στολών. Κανόνες "ζεστός πάγος".
