Sobre el acetato de sodio y el hielo caliente

Escrito por jack brubaker | Traducido por maria gloria garcia menendez
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Sobre el acetato de sodio y el hielo caliente
Haz "hielo caliente" del acetato de sodio disuelto en agua, luego congelado. (Jupiterimages/Comstock/Getty Images)

El "hielo caliente" se refiere a una popular demostración química, en la cual una solución de acetato de sodio disuelto en agua y colocado en un congelador se solidifica al instante cuando se vierte de su envase o cuando se agrega un solo cristal de acetato de sodio a la solución. El proceso de solidificación libera calor y por lo tanto aparenta la formación de hielo caliente. Los profesores de química utilizan esto para demostrar el fenómeno de la supersaturación: la capacidad de algunas soluciones de contener más material disuelto del que normalmente deberían.

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Compuestos iónicos

En química, el término "compuesto" se refiere a un material conformado por más de un elemento químico. Por ejemplo, la sal de mesa - también conocida como cloruro de sodio - contiene átomos de sodio y cloro. Cuando el compuesto contiene un metal y un no metal, como se distingue en la tabla periódica de los elementos, los científicos se refieren al compuesto como "iónico". Algunos compuestos iónicos se disuelven en agua y, durante el proceso de disolución, el metal cargado positivamente, llamado catión, se separa del no metal cargado negativamente, llamado anión. El proceso de precipitación representa lo contrario de este proceso; es decir, los cationes y los aniones se combinan para formar cristales sólidos en la solución.

Solubilidad

Los científicos denominan ‘solubilidad’ a la capacidad de un compuesto de disolverse en agua. Por definición, el compuesto presente en menor cantidad representa el soluto y el compuesto presente en mayor cantidad representa el solvente. En el caso de un sólido disolviéndose en un líquido, el líquido generalmente califica como el solvente. En general, los científicos manifiestan la solubilidad en unidades, como gramos por litro, lo que significa "gramos de soluto que se disolverán en un litro de disolvente", o "gramos por cada 100 ml." La saturación se produce cuando se ha disuelto la máxima cantidad de soluto en una cantidad dada de solvente. Algunos compuestos exhiben una solubilidad inherentemente más alta que otros pero, en todos los casos, la solubilidad varía con la temperatura. Generalmente, cuanto mayor sea la temperatura, más soluto se disolverá en una cantidad dada de solvente. El proceso de sobresaturación, o "supersaturación" depende de la manipulación de la temperatura.

Supersaturación

El fenómeno de la supersaturación se produce cuando la cantidad de soluto disuelto en una cantidad dada de solvente supera el punto de saturación. Los científicos no entienden completamente el mecanismo por el cual las soluciones se vuelven sobresaturadas. La precipitación requiere de la formación de un pequeño grano sólido en la solución, un proceso llamado "nucleación". Después de que se forma el cristalito, un segundo proceso - conocido como crecimiento - agranda los granos al nivel macroscópico, de manera que pueden ser observados y aislados. Pero el crecimiento no se produce sin la nucleación y algunos solutos, bajo ciertas condiciones, resisten este proceso. La nucleación tiende a requerir una superficie "áspera" en la cual comenzar. La superficie áspera puede ser una impureza, como partículas de polvo o un rasguño en el interior del recipiente de vidrio en el que reside la solución. Como alternativa, un experimentador puede iniciar la nucleación deliberadamente mediante la adición de un cristal único y pequeño del compuesto precipitado. En consecuencia, la mayoría de las instrucciones para la demostración de hielo caliente requieren agregar unos granos de acetato de sodio sólido a la solución sobresaturada para inducir la cristalización.

Acetato de sodio

El acetato de sodio es un compuesto químico formado por cationes de sodio, Na (+) e iones de acetato, C2H3O2(-). Como la mayoría de los acetatos, presenta alta solubilidad en agua: 76 g se disuelven en 100 ml a 0 grados centígrados. Sin embargo, la solubilidad aumenta de forma considerable con una temperatura más alta. La demostración de hielo caliente exige crear una solución saturada de acetato de sodio en agua caliente y, a continuación, colocar la solución en un congelador. Cuando la solución se enfría y se acerca a 0 grados centígrados, la concentración de acetato de sodio se mantendrá por encima de los 76 g por 100 ml, es decir, la solución estará sobresaturada.

Hielo caliente

La precipitación de un sólido de una solución resulta en una disminución en el desorden del sistema. Es decir, en la solución, los iones se mueven en direcciones aleatorias y por lo tanto, exhiben un alto trastorno. Cuando los iones se combinan para formar granos sólidos, su libertad de movimiento se restringe. Los científicos describen esto como una disminución en la entropía o desorden del sistema. Las leyes de la termodinámica establecen que, para que ocurra espontáneamente un proceso que exhiba una disminución de la entropía, tal como la precipitación de un sólido de una solución, el proceso también debe liberar calor. En consecuencia, la introducción de un sólido cristalito de acetato de sodio se calentará por sí solo cuando el acetato de sodio se precipite de la solución.

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