Une explication de l'acétate de sodium et de la glace chaude
La «glace chaude» fait référence à une démonstration chimique populaire dans laquelle une solution d'acétate de sodium dissoute dans de l'eau et placée dans un congélateur se solidifie instantanément lorsqu'elle est versée de son récipient ou lorsqu'un monocristal d'acétate de sodium solide tombe dans la solution. Le processus de solidification libère de la chaleur et donne ainsi l’apparition de la formation de glace chaude. Les professeurs de chimie l'utilisent pour démontrer le phénomène de sursaturation ou la capacité de certaines solutions à contenir plus de matières dissoutes qu'elles ne le devraient normalement..
Faire "glace chaude" de l'acétate de sodium dissous dans l'eau, puis congelé. (Image: unclepodger / iStock / Getty Images)Composés ioniques
En chimie, le terme "composé" désigne un matériau composé de plusieurs éléments chimiques. Par exemple, le sel de table, également appelé chlorure de sodium, contient des atomes de sodium et de chlore. Lorsque le composé contient à la fois un métal et un non-métal - comme l'indique le tableau périodique des éléments - le chimiste le qualifie de "ionique". Certains composés ioniques se dissolvent dans l'eau et, au cours du processus de dissolution, le métal chargé positivement, appelé un cation, se sépare du non-métal chargé négativement, appelé un anion. Le processus de précipitation représente le contraire de ce processus; c'est-à-dire que le cation et l'anion se combinent pour former des cristaux solides dans la solution.
Solubilité
Les chimistes décrivent la capacité d'un composé à se dissoudre dans l'eau en tant que solubilité. Par définition, le composé présent en moindre quantité représente le soluté, et le composé présent en plus grande quantité représente le solvant. Dans le cas d'un solide se dissolvant dans un liquide, le liquide est généralement considéré comme un solvant. En général, les chimistes déclarent la solubilité en unités, telle que grammes par litre, ce qui signifie «grammes de soluté qui se dissoudront dans 1 l de solvant» ou «grammes par 100 ml». La saturation se produit lorsque la quantité maximale de soluté est dissoute dans quantité donnée de solvant. Certains composés présentent une solubilité intrinsèquement plus élevée que d'autres, mais dans tous les cas, la solubilité varie avec la température. Généralement, plus la température est élevée, plus le soluté se dissolvent dans une quantité donnée de solvant. Le processus de sursaturations ou de solutions «sursaturantes» repose sur la manipulation de la température.
Sursaturation
Le phénomène de sursaturation se produit lorsque la quantité de soluté dissous dans une quantité donnée de solvant dépasse le point de saturation. Les scientifiques ne comprennent pas parfaitement le mécanisme par lequel les solutions deviennent sursaturées. La précipitation nécessite la formation d'une petite cristallite solide dans la solution, un processus appelé «nucléation». Après la formation des cristallites, un deuxième processus, appelé croissance, grossit les cristallites au niveau macroscopique de manière à ce qu'elles puissent être observées et isolées. Mais la croissance ne se produit pas sans nucléation et certains solutés résistent à ce processus dans certaines conditions. La nucléation nécessite généralement une surface “rugueuse” sur laquelle commencer. La surface rugueuse peut être une impureté, telle que des particules de poussière, ou une égratignure à l'intérieur du récipient en verre dans lequel réside la solution. Alternativement, un expérimentateur peut déclencher délibérément la nucléation en ajoutant un seul petit cristal du composé en cours de précipitation. Par conséquent, la plupart des instructions pour la démonstration sur glace chaude préconisent l’ajout de quelques grains d’acétate de sodium solide à la solution sursaturée afin d’induire la cristallisation..
L'acétate de sodium
L’acétate de sodium est un composé ionique constitué de cations de sodium, ions Na (+), et d’acétate, C2H3O2 (-). Comme la plupart des acétates, il présente une solubilité élevée dans l'eau: 76 g se dissolvent dans 100 ml à 0 ° C. Cependant, la solubilité augmente considérablement à une température plus élevée. La démonstration sur glace chaude demande de créer une solution saturée d’acétate de sodium dans de l’eau chaude, puis de placer la solution au congélateur. Lorsque la solution se refroidira et s’approchera de 0 ° C, la concentration en acétate de sodium restera supérieure à 76 g pour 100 ml, c’est-à-dire que la solution sera sursaturée..
Glace chaude
La précipitation d'un solide à partir d'une solution entraîne une diminution du désordre du système. C'est-à-dire que dans la solution, les ions se déplacent librement dans des directions aléatoires et présentent par conséquent un désordre élevé. Lorsque les ions se combinent pour former des cristallites solides, leur liberté de mouvement devient limitée. Les scientifiques décrivent cela comme une diminution de l'entropie ou du désordre du système. Les lois de la thermodynamique stipulent que pour qu'un processus présentant une diminution de l'entropie se produise spontanément, tel que la précipitation d'un solide dans une solution, le processus doit également libérer de la chaleur. Par conséquent, l’introduction d’un cristallite solide d’acétate de sodium se réchauffera lorsque l’acétate de sodium précipitera de la solution..
