Какое вещество называют горячий лед и можно ли его получить в домашних условиях?

Само по себе выражение "горячий лед" с трудом укладывается в наших головах. Ведь мы привыкли, что лед, неважно, маленький это кубик в стакане или огромный айсберг в океане, ледяной. А тут почему-то горячий. Разберемся, что же это за вещество, как получается и проведем опыт в домашних условиях. Итак — горячий лед.

Вещество с таким названием

Все прекрасно знают, что лед — это вода, находящаяся в твердом агрегатном состоянии, в которое переходит уже при 0 °C. Но, проводя опыты над водой, английский физик Бриджмен обнаружил, что под большим давлением происходит перестройка кристаллической решетки, она становится более плотной.

Под давлением чуть меньше 21 тыс. атмосфер вода становится льдом уже при температуре +76 °C. А при 30 тыс. атмосфер — при 180 °C! Вот это действительно горячий лед. Обжечься можно сильно. Но прикоснуться к нему невозможно, ведь такое давление выдержать человеку нереально. Физики изучают свойства такого льда лишь косвенно.

Благодаря опытам англичанин определил, что лед бывает нескольких сортов, где под сортом I находится всем знакомый лед, образованный при нуле, и дальше, с возрастанием давления, переходит из одного сорта в другой. При 30 тыс. атмосфер он становится сортом VII. Так как кристаллическая решетка изменяется, то и свойства у горячего льда другие. Он тяжелее воды и его плотность составляет 1,05 г/см³.

Еще одно вещество с таким названием

Провести в домашних условиях эксперимент "Горячий лед", чтобы проверить теорию Бриджмена, естественно, не получится. Но химия как наука предлагает вам другой опыт, не менее эффектный.

Он так и называется - "Горячий лед". Ацетат натрия — вещество, которое понадобится вам для его проведения. Не слышали? А на кухне мы часто получаем его при приготовлении различной выпечки, смешивая соду и уксус. Остается лишь разобраться, как сделать горячий лед из этой пены. Давайте разбираться.

Формула и уравнение реакции

Ацетат натрия (еще ее называют натриевой солью уксусной кислоты) представляет собой белые кристаллы со слегка солоноватым вкусом и запахом, который напоминает уксусный. Его формула — CH₃COONa. В лаборатории соль получают из уксусной кислоты и карбонатов, гидроксида или гидрокарбоната натрия.

Кому интересно, уравнение реакции следующее:

CH₃COOH + NaHCO₃ → CH₃-COON a + H₂O + CO₂

Хозяйки знают, что процент уксусной кислоты может быть разным. Но нет разницы, какой вы найдете в шкафчике на кухне, просто понадобится разное количество соды. Пропорции следующие:

• 750 г уксуса 8% и 84 грамма соды;
• 86 г эссенции 70% и 84 грамма соды;
• 200 г уксуса 30% и 87,4 г соды.

В результате реакции у нас получается раствор, но путем выпаривания воды мы получим 82 г ацетата натрия в виде кристаллов.

Химия — наука, которая не терпит варианта "насыпать на глаз". Если хотите, чтобы химический опыт "Горячий лед" удался, составляйте пропорцию из веществ с помощью весов. Более точными являются электронные.

Опыт в домашних условиях

Так как при проведении опыта используется кислота, а эксперимент "Горячий лед" требует еще и нагревания до высоких температур, то присутствие взрослых обязательно. Итак, приступим к колдовству.

Готовим "Горячий лед" в домашних условиях.

1. В небольшой эмалированной кастрюльке смешайте уксус и соду в указанных выше пропорциях, в зависимости от процентного содержания уксуса, найденного на кухне. Поставьте ее на плиту, на маленький огонь и немного подогрейте полученное колдовское варево. Готовьтесь, пены будет много, но как только реакция пройдет и в кастрюле останется вода и ацетат натрия, раствор станет абсолютно прозрачным.
2. Обязательно проверьте, готов ли ваш раствор, капнув капелькой уксуса. Появилась пена? Значит, изначально взят неправильный вес соды, продолжаем по чуть-чуть добавлять уксус, пока пена не перестанет появляться. Ну а если запах уксуса очень сильно бьет в нос, значит, было взято изначально много уксусной кислоты. Добавляйте в раствор понемногу соды, пока не перестанет в кастрюльке образовываться пена, иначе запах уксуса из квартиры долго придется выветривать.
3. Только когда пена перестала подниматься, кастрюльку с варевом можно ставить на огонь, чтобы убрать из нее лишнюю воду. Не забываем следить за происходящим. Как только на поверхности начала образовываться корочка, похожая на лед, сразу снимаем тару с огня и на 5 минут оставляем в покое.
4. Пока колдовской напиток остывает, в чайнике ставим кипятиться воду. Затем медленно, буквально по каплям, начинаем лить кипяток в уже остывшую смесь, чередуя добавление с помешиванием. Делаем процедуру до полного растворения корочки и всех видимых кусочков. Раствор должен быть абсолютно прозрачным, но при этом слегка вязким.
5. Берем абсолютно чистую емкость и наливаем в нее небольшое количество вещества из кастрюльки. Если баночка или кружечка окажутся запачканными - раствор станет кристаллизоваться не тогда, когда вам захочется, а пока будет охлаждаться. Ставим в холодильник и охлаждаем до комнатной температуры. Нужно понимать, что у нас получился перенасыщенный раствор, так что теперь температура процесса кристаллизации ниже, чем обычно.
   
6. Охладился? Вот он, момент истины. Пора приступить к таинству образования горячего льда!

Прикоснитесь к охлажденному вареву зубочисткой, опущенной острием в поваренную соль. Если все сделано правильно, раствор начнет затвердевать, образуя рисунок из кристаллов, похожих на льдинки, каждый раз новый и неповторимый. При этом высвобождается большое количество энергии, которую вы прочувствуете как волну тепла.

После образования горячего льда его можно использовать для повтора опыта. Просто поставьте емкость на водяную баню и начинайте помешивать ложечкой. Увидели, что корочка из кристаллов образовалась? Повторяем пункты 4-6 и наслаждаемся результатом снова и снова.

Почему не получился эксперимент? Работа над ошибками

Вариантов, почему не получился опыт, не так и много, но рассмотрим их все:

1. При реагировании соды с уксусом какой-то реагент оказался в избытке и повлиял на дальнейшее приготовление перенасыщенного раствора. В следующий раз внимательно следите за количеством веществ при приготовлении или просто купите натриевую соль уксусной кислоты в уже готовом виде.
2. Емкость, в которой охлаждали приготовленный раствор, оказалась загрязненной.
3. Слишком поздно была снята кастрюлька с огня, или не до конца растворили образовавшуюся корочку.

Где используют эту реакцию?

Сам опыт "Горячий лед" имеет и практическое применение, в химических грелках и обогревателях используется именно перенасыщенный раствор, который даже при комнатной температуре, как вы сами видели, не переходит в твердую фазу.

Только в грелках вы воздействуете на раствор не зубочисткой, а специальным диском (чаще всего металлическим). В процессе перехода перенасыщенного раствора в твердую фазу выделяется от 264 до 289 кДж/кг. Так у вас образовывался "горячий" лед, а грелка действует на тело выделяемым теплом, при этом ожег исключен, так как выделяемой температуры недостаточно.

Кстати, как источник тепла, перенасыщенный раствор ацетата натрия используют и в некоторых моделях скафандров. "Горячий лед" рулит.