"Kuivalla jäällä" tarkoitetaan suosittua kemiallista esittelyä, jossa veteen liuenneen ja pakastimeen asetetun natriumasetaatin liuos jähmettyy heti, kun se kaadetaan astiastaan tai kun yhden kiinteän natriumasetaatin kide putoaa liuokseen. Jähmettymisprosessi vapauttaa lämpöä ja antaa siten ulkonäön kuuman jään muodostumisesta. Kemian ohjaajat käyttävät tätä osoittaakseen ylikyllästymisen ilmiön tai joidenkin liuosten kyvyn sisältää enemmän liuenneita aineita kuin normaalisti pitäisi.
Ioniyhdisteet
Kemiassa termi "yhdiste" viittaa materiaaliin, joka koostuu useammasta kuin yhdestä kemiallisesta elementistä. Esimerkiksi ruokasuola, joka tunnetaan myös nimellä natriumkloridi, sisältää natrium- ja klooriatomeja. Kun yhdiste sisältää sekä metallia että ei-metalolia - kuten erotellaan elementtien jaksollisesta taulukosta - kemistit viittaavat yhdisteeseen "ioniseksi". Jotkut ioniset yhdisteet liukenevat veteen ja liukenemisprosessin aikana positiivisesti varautunut metalli, jota kutsutaan kationiksi, erottuu negatiivisesti varautuneesta ei-metallista, jota kutsutaan anioniksi. Saostumisprosessi edustaa päinvastoin tätä prosessia; ts. kationi ja anioni yhdistyvät muodostaen kiinteitä kiteitä liuokseen.
Liukoisuus
Kemistit kuvaavat yhdisteen kykyä liukenea veteen liukoisuutena. Määritelmän mukaan pienemmässä määrin läsnä oleva yhdiste edustaa liuotettua ainetta ja suuremmassa määrin läsnä oleva yhdiste edustaa liuotinta. Nesteessä liukenevan kiinteän aineen tapauksessa neste on yleensä liuotin. Yleensä kemikot ilmoittavat liukoisuuden yksikköinä, kuten grammoina litraa kohden, mikä tarkoittaa "grammaa liuennettua ainetta, joka liukenee 1 litraan liuotinta" tai "grammaa / 100 ml". Kyllästys tapahtuu, kun suurin määrä liuenneesta aineesta on liuennut määrätyssä määrässä liuotinta. Joillakin yhdisteillä on luonnostaan parempi liukoisuus kuin toisilla, mutta kaikissa tapauksissa liukoisuus vaihtelee lämpötilan mukaan. Yleensä mitä korkeampi lämpötila, sitä enemmän liukenevaa ainetta liukenee määrätyssä määrässä liuotinta. Liiallisten tai "ylikyllästyvien" ratkaisujen prosessi riippuu lämpötilan käsittelystä.
Ylikyllästys
Ylikyllästymisen ilmiö tapahtuu, kun liuenneen määrän liuennut määrätyssä määrässä liuotinta ylittää kyllästymispisteen. Tutkijat eivät ymmärrä täysin mekanismia, jolla ratkaisut tulevat ylikylläiseksi. Saostus vaatii pienen kiinteän kristalliitin muodostumisen liuokseen, prosessia, jota kutsutaan "nukleoitumiseksi". Kristalliittien muodostumisen jälkeen toinen prosessi, joka tunnetaan kasvuna, suurentaa kristalliitit makroskooppiselle tasolle siten, että ne voidaan havaita ja eristää. Mutta kasvua ei tapahdu ilman ytimen muodostumista, ja jotkut liuenneet aineet tietyissä olosuhteissa vastustavat tätä prosessia. Ydinosaaminen vaatii yleensä "karkean" pinnan, jolla aloittaa. Karkea pinta voi olla epäpuhtaus, kuten pölyhiukkaset, tai naarmu lasisäiliön sisäpuolella, jossa liuos sijaitsee. Vaihtoehtoisesti kokeilija voi aloittaa ydinmuodostuksen tarkoituksellisesti lisäämällä saostuneen yhdisteen yhden pienen kiteen. Tämän seurauksena useimmat kuuman jään esittelyä koskevat ohjeet vaativat muutaman jyvän kiinteän natriumasetaatin lisäämistä ylikyllästyneeseen liuokseen kiteytymisen indusoimiseksi.
Natriumasetaattia
Natriumasetaatti on ioninen yhdiste, joka koostuu natriumkationeista, Na (+) - ja asetaatti-ioneista, C2H3O2 (-). Kuten useimmat asetaatit, se osoittaa suurta liukoisuutta veteen: 76 g liukenee 100 ml: aan 0 ° C: ssa. Liukoisuus kuitenkin kasvaa huomattavasti korkeammassa lämpötilassa. Kuuman jään esittely vaatii natriumasetaatin kylläisen liuoksen luomisen kuumaan veteen, sitten liuoksen sijoittamisen pakastimeen. Kun liuos jäähtyy ja lähestyy 0 astetta, natriumasetaatin konsentraatio pysyy yli 76 g / 100 ml, ts. Liuos on ylikyllästetty.
Kuuma jää
Kiinteän aineen saostuminen liuoksesta johtaa järjestelmän häiriöiden vähentymiseen. Toisin sanoen ratkaisussa ionit liikkuvat vapaasti satunnaisiin suuntiin ja siksi osoittavat suurta häiriötä. Kun ionit muodostavat kiinteitä kristalliitteja, niiden liikkumisvapaus rajoittuu. Tutkijat kuvaavat tätä järjestelmän entropian tai häiriön vähenemisenä. Termodynamiikkalaissa säädetään, että prosessin, jolla entropia vähenee, tapahtuu spontaanisti, kuten kiinteän aineen saostuminen liuoksesta, prosessin on myös vapautettava lämpöä. Tämän seurauksena natriumasetaatin kiinteän kristalliitin lisääminen lämmittää itsensä, kun natriumasetaatti saostuu liuoksesta.
