כשלעצמו, הביטוי "קרח חם" בקושי מתאים לראש שלנו. אחרי הכל, אנחנו רגילים לעובדה שקרח, לא משנה אם זו קובייה קטנה בכוס או קרחון ענק באוקיינוס, הוא קרח. ומשום מה זה חם. בואו להבין באיזה סוג חומר מדובר, איך הוא יוצא ונבצע ניסוי בבית. אז - קרח חם.
חומר בשם זה
כולם יודעים היטב שקרח הוא מים במצב צבירה מוצק, שלתוכם הוא עובר כבר ב-0 מעלות צלזיוס. אבל, בזמן שערך ניסויים על מים, הפיזיקאי האנגלי ברידג'מן גילה שתחת לחץ גבוה, סריג הגביש מסודר מחדש, הוא הופך צפוף יותר.
תחת לחץ של קצת פחות מ-21,000 אטמוספרות, המים הופכים לקרח כבר בטמפרטורה של +76 מעלות צלזיוס. וב-30 אלף אטמוספרות - ב-180 מעלות צלזיוס! זה ממש קרח חם. אתה יכול להישרף הרבה. אבל אי אפשר לגעת בו, כי זה לא ריאלי שאדם יעמוד בלחץ כזה. פיזיקאים חוקרים את התכונות של קרח כזהרק בעקיפין.
הודות לניסויים, האנגלי קבע שיש כמה סוגי קרח, כאשר מתחת לדרגה I נמצא הקרח המוכר שנוצר באפס, ואז, בלחץ גובר, הוא עובר מדרגה אחת לאחרת. ב-30 אלף אטמוספרות, זה הופך לדרגה VII. מכיוון שסריג הגביש משתנה, התכונות של קרח חם שונות. הוא כבד יותר ממים ובעל צפיפות של 1.05 גרם/ס מ3.
חומר אחר באותו שם
לבצע את הניסוי "קרח חם" בבית כדי לבדוק את התיאוריה של ברידג'מן, כמובן, לא יעבוד. אבל כימיה כמדע מציעה לך חוויה אחרת, לא פחות מרהיבה.
זה נקרא "קרח חם". נתרן אצטט הוא החומר שתצטרך לבצע אותו. לא שמע? ובמטבח, אנחנו מקבלים את זה לעתים קרובות בעת הכנת מאפים שונים, ערבוב סודה וחומץ. נשאר רק להבין איך להכין קרח חם מהקצף הזה. בוא נבין את זה.
נוסחה ומשוואת תגובה
נתרן אצטט (נקרא גם מלח הנתרן של חומצה אצטית) הוא גבישים לבנים עם טעם מעט מלוח וריח המזכיר חומץ. הנוסחה שלו היא CH3COONa. במעבדה מכינים מלח מחומצה אצטית וקרבונטים, נתרן הידרוקסיד או נתרן ביקרבונט.
למי שמעוניין, משוואת התגובה היא כדלקמן:
CH3COOH + NaHCO3 → CH3-COON a + H 2O + CO2
מאהבות יודעות שהאחוזחומצה אצטית עשויה להיות שונה. אבל אין הבדל מה אתה מוצא בארון במטבח, אתה רק צריך כמות שונה של סודה. הפרופורציות הן כדלקמן:
- 750 גרם חומץ 8% ו-84 גרם סודה;
- 86 גרם של תמצית 70% ו-84 גרם סודה;
- 200 גרם חומץ 30% ו-87.4 גרם סודה.
כתוצאה מהתגובה נקבל תמיסה, אבל באידוי המים נקבל 82 גר' נתרן אצטט בצורה של גבישים.
כימיה הוא מדע שאינו סובל את האפשרות "לשפוך על העין". אם אתם רוצים שהניסוי הכימי "קרח חם" יצליח, הרכיבו חלק מהחומרים באמצעות משקולות. מדויקים יותר הם אלקטרוניים.
חוויה בבית
מכיוון שבמהלך הניסוי נעשה שימוש בחומצה, וגם הניסוי "קרח חם" דורש חימום לטמפרטורות גבוהות, נוכחות מבוגרים היא חובה. אז בואו ניגש לכישוף.
בישול "קרח חם" בבית.
- בסיר אמייל קטן, שלבו חומץ וסודה בפרופורציות המצוינות למעלה, בהתאם לאחוז החומץ שנמצא במטבח. הניחו אותו על הכיריים, על אש קטנה וחממו מעט את בישול הכישוף שנוצר. תתכוננו, יהיה הרבה קצף, אבל ברגע שהריאקציה תעבור ויש מים ונתרן אצטט במחבת, התמיסה תהפוך לשקופה לחלוטין.
- הקפד לבדוק אם הפתרון שלך מוכן על ידי הטלת טיפת חומץ. יש לך קצף? אז, המשקל הלא נכון של סודה נלקח בתחילה, אנחנו ממשיכים קצתמוסיפים חומץ עד שהקצף מפסיק להופיע. ובכן, אם ריח החומץ פוגע מאוד באף, זה אומר שנלקחה הרבה חומצה אצטית בתחילה. הוסף מעט סודה לתמיסה עד שהקצף יפסיק להיווצר בסיר, אחרת לריח החומץ מהדירה ייקח הרבה זמן להישחק.
- רק כשהקצף הפסיק לעלות, ניתן להעלות את הסיר עם הבישול באש כדי להסיר ממנו עודפי מים. אל תשכח לעקוב אחרי מה שקורה. ברגע שמתחיל להיווצר קרום דומה לקרח על פני השטח, הסר מיד את המיכל מהאש והשאיר אותו לבד למשך 5 דקות.
- בזמן שהמשקה הקסום מתקרר, הכניסו מים לרתיחה בקומקום. ואז לאט, ממש טיפה טיפה, אנחנו מתחילים לשפוך מים רותחים לתוך התערובת שהתקררה כבר, הוספה לסירוגין עם ערבוב. אנו עושים את ההליך עד שהקרום וכל החלקים הנראים נמסים לחלוטין. התמיסה צריכה להיות שקופה לחלוטין, אך מעט צמיגה.
- אנחנו לוקחים מיכל נקי לחלוטין ויוצקים לתוכו כמות קטנה מהחומר מהסיר. אם יתברר שהצנצנת או הספל מלוכלכים, התמיסה לא תתגבש כשתרצו, אבל בינתיים היא תתקרר. מכניסים למקרר ומצננים לטמפרטורת החדר. אנחנו צריכים להבין שיש לנו פתרון רווי-על, אז עכשיו הטמפרטורה של תהליך ההתגבשות נמוכה מהרגיל.
- נרגע? הנה זה, רגע האמת. זה הזמן להתחיל את המסתורין של היווצרות קרח חם!
גע בחליטה המצוננת בעזרת קיסםנקודה במלח שולחן. אם הכל נעשה נכון, התמיסה תתחיל להתקשות ויווצר תבנית של גבישים דמויי קרח, בכל פעם חדשה וייחודית. זה משחרר כמות גדולה של אנרגיה שתרגיש כמו גל של חום.
לאחר היווצרות קרח חם, ניתן להשתמש בו כדי לחזור על הניסוי. פשוט מכניסים את המיכל לאמבט מים ומתחילים לערבב עם כף. ראית שנוצר קרום של גבישים? חזור על שלבים 4-6 ותיהנה מהתוצאה שוב ושוב.
מדוע הניסוי נכשל? פתרון בעיות
אין כל כך הרבה אפשרויות למה החוויה לא הצליחה, אבל נשקול את כולן:
- כאשר סודה הגיבה עם חומץ, התברר שחלק מהריאגנט היה עודף והשפיע על הכנה נוספת של תמיסה רוויה-על. בפעם הבאה יש לפקח מקרוב על כמות החומרים בתכשיר, או פשוט לקנות את מלח הנתרן של חומצה אצטית בצורה מוכנה.
- המכל שבו מקורר התמיסה המוכנה התברר כמזוהם.
- הסיר הוסר מהאש מאוחר מדי, או שהקרום שנוצר לא הומס לחלוטין.
היכן משתמשים בתגובה זו?
לחוויה של "קרח חם" עצמה יש גם יישומים מעשיים, זהו פתרון רווי-על המשמש כריות חימום כימיים ותנורי חימום, שכפי שראיתם בעצמכם, לא נכנס לשלב מוצק.
רק ברפידות חימום פועלים על התמיסה לא עם קיסם, אלא עם מיוחדדיסק (לרוב מתכת). במהלך המעבר של תמיסה על-רוויה לשלב המוצק, משתחרר מ-264 ל-289 קילו-ג'יי/ק"ג. אז יצרת קרח "חם", וכרית החימום פועלת על הגוף עם החום שנוצר, בעוד שהצריבה אינה נכללת, מכיוון שהטמפרטורה שנוצרה אינה מספיקה.
אגב, כמקור חום, משתמשים בתמיסה רוויה של נתרן אצטט גם בחלק מהדגמים של חליפות חלל. חוקי "קרח חם".
