Horký led

Horký led

autor red. | kategorie Chemie 2. stupeň ZŠ

1 Horký led

Čas: 1 hodina

1.2 Pomůcky a chemikálie

Velké kádinky, lžička, voda, octan sodný CH₃COONa.3 H₂O, teploměr, vodní lázeň.

1.3 Princip

Rozpustnost octanu sodného roste velmi rychle s teplotou. Při 100 °C se rozpustí asi 650 g octanu v 250 ml vody. Při opatrném chlazení se vytvoří přesycený roztok a vhozením krystalku octanu sodného lze vyvolat krystalizaci. Místo vhození krystalku můžeme s úspěchem použít jen zamíchání roztoku skleněnou tyčinkou nebo dotyk prstem (je lepší mít na prstu krystalek octanu) apod. Tímto kontaktem vytvoříme krystalizační jádro a roztok se začne pomalu měnit v „horký led“.

Octan sodný krystaluje se třemi molekulami vody. Podobně lze vyvolat rychlou krystalizaci u přesyceného roztoku síranu sodného, který krystaluje s deseti molekulami vody.

1.4 Postup

Do kádinky nalijte 250 ml vody a zahřejte na 60°C.
Do zahřáté vody přidejte asi 10 lžiček octanu sodného a nechte ho rozpustit..
Roztok přelijte do čisté kádinky a nechte ochladit (nejlépe v lednici.
Po ochlazení se prstem lehce dotkněte povrchu roztoku a tím vyvoláte „nucenou“ krystalizaci, popř. vhoďte krystal octanu do roztoku.
Pozorujte a změřte teplotu.

1.5 Otázky a úkoly pro žáky

1) Zapiš rovnicí přípravu octanu sodného:

a) neutralizací

NaOH + CH₃COOH → CH₃COONa + H₂O

b) z příslušné kyseliny a jedlé sody

CH₃COOH + NaHCO₃→ CH₃COONa + H₂O+ CO₂

2) Proč se pro tyto kapesní ohřívače používá název „horký led“?

Octan sodný, kterým je kapesní ohřívač naplněn, vzhledem připomíná led a při používání dochází ke krystalizaci octanu a přitom se uvolňuje teplo.

3) Na jakou teplotu se zahřeje „horký led“?

Krystal horkého ledu dosáhne teploty až 50 °C.

1.6 Metodické poznámky

Po přidání octanu do vody se octan začal ihned rozpouštět a po dotyku začal octan krystalizovat a vylézat z kádinky. Začalo se uvolňovat teplo a můžeme naměřit teplotu až kolem 50°C. Pokus je velmi efektní a nenáročný.
Pokus můžeme obměnit tím, že budeme roztok lít z kádinky na studenou plochu, na sklo, na dlažičku, …. Tím, jak octan začne rychle krystalizovat, začnou se krystaly lepit na sebe a „rostou“ do výšky. Vypadá to jako krápníky.
Pozor: Roztok musí být opravdu přesycený, jinak se pokus nepodaří. Jedině přesycený roztok má tu vlastnost, že když ho zchladíme do bodu, kdy by měl přejít do pevného skupenství, zůstane trvale kapalinou.
Pokus můžeme opakovat se stejným roztokem. Zkrystalizovaný octan zahřejeme na vodní lázni opět zhruba na 60°C. Uzavřeme zátkou, ochladíme a zase vyvoláme vznik krystalizačního centra.
Vzrůst teploty můžeme měřit nejenom přímo teploměrem v roztoku, ale úlohu lze modifikovat tím, že sledujeme ohřev vody, ve které je „ohřívač“ umístěn.

Doprovodné otázky pro žáky:

1) Jaký je rozdíl mezi suchým a horkým ledem?

Suchý led je tuhý CO₂, který má teplotu asi –70°C a postupně sublimuje.
Horký led je přesycený roztok octanu sodného, který se při tuhnutí samovolně ohřeje.

2) Vysvětli, co jsou to reverzibilní a co ireverzibilní chemické ohřívače.

3) Kdo může tyto kapesní ohřívače využívat?

Další možné otázky:

Jaké typy kapesních ohřívačů si můžeme koupit a jaká je v současnosti jejich cena?
Máte nějaký takový výrobek doma?
Co jsou to produkty označované CALDO CALDO?
Jedná se o zahraniční produkty, které fungují jako ohřívače nápojů.
Principem je reakce CaCl₂.
Po přidání malého množství vody se začne okamžitě zahřívat.

Pro ilustraci pro žáky je možné využít modelový experiment k ohřívači Caldo Caldo