Horký led

Štítky

  • iQ inspirace
  • Chemie

Vyrazili jste na zimní výpravu do hor, kolem zuří sněhová vánice a ledový vichr vás okrádá o cenné teplo? Možná patříte mezi šťastlivce s vyhřívanými rukavicemi a přídavnou baterií, která se ještě nestačila vybít. Anebo dáváte přednost fyzikální chemii a v takových situacích spoléháte na krystalizační teplo. Vytáhnete z batohu hřejivý polštářek naplněný zvláštní kapalinou, zkřehlými prsty prohnete plíšek uvnitř polštářku, a pak už se jen ohříváte příjemným teplem, které se uvolňuje během krystalizace trihydrátu octanu sodného.

Kde se takové teplo bere a není to nakonec v rozporu se zákonem zachování energie? Vždyť přece energie nemůže jen tak vznikat. Ona také nevzniká jen tak z ničeho. Kapalina v polštářku je přesycený roztok trihydrátu octanu sodného. Při její přípravě je potřeba zahřát pevný octan nad teplotu tání (57 °C), to znamená dodat energii z vnějšku. Při ději opačném – tuhnutí – si jen tuto energii bereme zpět. Je to tedy způsob, jak si šikovně uložit teplo na později.

Horký led

Co se konkrétně děje při zahřívání trihydrátu octanu sodného?  Octan sodný začne tát při 57 °C, uvolní se krystalicky vázaná voda, ve které se octan postupně rozpustí, až nakonec vznikne čirý roztok bez pevných krystalků. Pokud necháme roztok v klidu zchladnout na pokojovou teplotu, stane se z něj roztok přesycený, tedy roztok v metastabilním stavu.  Je v něm totiž rozpuštěno větší množství soli, než odpovídá rovnovážnému stavu pro danou teplotu. Je to navíc tzv. podchlazená kapalina – to znamená kapalina, která by už při této teplotě měla být dávno pevnou látkou. Pevnou látkou však ještě není, i když by chtěla, je celá napružená a natěšená, že si pěkně zkrystalizuje. Má v sobě spoustu energie a jen čeká na nějaký vnější impulz, který jí pomůže vytouženou krystalizaci nastartovat a přebytečnou energii uvolnit. Tím impulzem může být malý krystalek octanu, který zafunguje jako krystalizační jádro. Krystalizační jádro však můžete vytvořit i tím, že do roztoku prudce ponoříte skleněnou nebo kovovou tyčinku či dokonce váš prst. Tím dodáte roztoku potřebnou energii pro vytvoření jádra, ze kterého se krystalizace rychle rozšíří do celého objemu kapaliny. Stejně zafunguje i prohnutí kovového plíšku uvnitř hřejivého polštářku. Během krystalizace dochází k uvolňování tepla do okolí, krystalky octanu se přitom mohou zahřát až na teplotu přes 50 °C.

Náš tip: Čím víc zchladíte přesycený roztok, tím rychleji se šíří krystalizace v celém roztoku. Pokud tedy chcete pozorovat pozvolnou tvorbu krystalů (paprsčité šíření krystalů uvnitř baňky), použijte roztok minimálně o pokojové teplotě.