Crystallization of Supercooled Acetic Acid: Metamorphoses of Experiment

Having noticed a mistake in the text, allocate it and press Ctrl-Enter

Supercooled Acetic Acid - Part 3, 4
Переохлажденная уксусная кислота - часть 3

The next day, I came to the laboratory. The windows were covered with frost on the inside, and the thermometer read 2°C. Yet, the acetic acid in the bottle had not frozen, even after remaining in this room for a full day.

I gently shook the bottle, but no crystallization occurred. I then removed the stopper and reached for a glass rod to rub against the inner walls. However, I never got the chance to use it - crystallization began the moment I opened the bottle. The process started on the surface of the liquid and rapidly moved downward. Within seconds, all the acid had transformed into a solid white mass.

I sealed the bottle and turned it upside down. At first, it seemed as though the entire contents had frozen. The brown glass of the bottle made observation difficult, but I soon discovered that a small amount of liquid remained - several milliliters of acetic acid had not frozen. I realized this when the liquid unexpectedly leaked onto my hands through a loose stopper.

The incomplete freezing of the acetic acid can be explained by the presence of water as an impurity. The unfrozen liquid was an aqueous solution of acetic acid with a freezing point below 2°C. To remove this water impurity, the remaining liquid could be drained.

I brought the bottle into a warm room and placed it near a heater. Once the acid had melted, I returned the bottle of glacial acetic acid to the cold laboratory and left it for an hour. During this time, the acid did not freeze. I carefully shook the bottle, but crystallization did not begin.

To trigger crystallization, I needed to open the bottle and introduce a glass rod. Just then, a loud air raid siren sounded. The sudden siren distracted me for a few seconds - I didn't even manage to touch the bottle. In theory, I was supposed to head to the shelter. However, after three years of routine missile and drone attacks, air raid sirens had become background noise. It would be far too much honor for those missiles and drones if I were to abandon my experiment because of them - especially when I had supercooled acetic acid waiting on my desk. So, I went back to work.

When I looked at the bottle again, I noticed that some of the acid had already crystallized - I had missed the exact moment when the process began. A few seconds later, all of the acid had solidified. Interestingly, the crystallization of the supercooled acetic acid had started without any clear trigger. While it's possible that the loud siren somehow initiated the process, I find this unlikely.

Although the experiment was successful, the brown glass of the bottle made observation difficult. To improve visibility, I melted the frozen acid and transferred it into a colorless glass flask. After sealing the flask, I left it overnight in the cold lab.

In the morning, I returned, and the acetic acid...

Photos/Video

Переохлажденная уксусная кислота - часть 3

На следующий день пришел в лабораторию. Окна были покрыты инеем с внутренней стороны стекол. Термометр показывал 2°С. Зато уксусная кислота в бутылке не замерзла, хотя она находилась в этом помещении сутки.

Аккуратно встряхнул бутылку, однако это не инициировало кристаллизацию. Открыл пробку, и взял стеклянную палочку, чтобы потереть палочкой об внутренние стенки. Однако, воспользоваться палочкой я не успел. Оказалось, в момент открытия пробки на поверхности жидкости началась кристаллизация. Фронт кристаллизации прошел сверху жидкости вниз: через несколько секунд вся кислота превратилась в белую массу.

Закрыл бутылочку и перевернул ее горлышком вниз. Сначала мне показалось, что внутри бутылочки не осталось жидкости, поскольку вся кислота замерзла. Стенки бутылки были из коричневого стекла, которое мешало наблюдению. Потом выяснилось, что небольшое количество жидкости в бутылочке таки осталось: несколько миллилитров кислоты не замерзло. Я обнаружил это, когда кислота потекла на руки через неплотную пробку.

Неполное замерзание уксусной кислоты объясняется тем, что она содержала примесь воды. Не замерзшая жидкость представляла собой водный раствор уксусной кислоты с температурой замерзания ниже 2°С. Чтобы избавиться от примеси воды, незамерзшую жидкость можно было слить.

Принес бутылочку в теплое помещение, поставил возле обогревателя. Когда кислота растаяла, вернул бутылку с ледяной уксусной кислотой в холодную лабораторию и оставил ее на час. За час кислота не замерзла. Осторожно встряхнул бутылочку - кристаллизация не началась.

Чтобы инициировать кристаллизацию, необходимо было открыть бутылку и воспользоваться стеклянной палочкой. Неожиданно прозвучала сирена воздушной тревоги - очень громко. Я отвлекся на несколько секунд, не успев даже прикоснуться к бутылке. Теоретически я был обязан спуститься в убежище. Однако, регуляторные ракетные и дроновые атаки продолжаются уже три года, поэтому на воздушные тревоги у нас уже не обращают внимания. Много чести - обращать внимания на всякие ракеты и дроны, когда у меня на столе стояла переохлажденная уксусная кислота. Вернулся к работе.

Когда снова посмотрел на бутылку, оказалось, что часть кислоты уже закристаллизовалось. Момент начала кристаллизации я прозевал. Еще через несколько секунд вся кислота затвердела. Обратите внимание, кристаллизация переохлажденной уксусной кислоты началась без видимой причины. Возможно, "спусковым курком" процесса послужил громкий звук воздушной тревоги, но я считаю это маловероятным.

Хотя эксперимент получился, коричневое стекло бутылки мешало наблюдению. Растопил замерзшую кислоту, перелил ее в колбочку из бесцветного стекла. Закрыл колбу и оставил ее на ночь в холодной лаборатории.

Утром прихожу, а уксусная кислота…

Having noticed a mistake in the text, allocate it and press Ctrl-Enter

Supercooled Acetic Acid - Part 4
Переохлажденная уксусная кислота - часть 4

I arrived at the lab in the morning. The temperature was 2°C. Overnight, the glacial acetic acid had frozen. Instead of a colorless liquid, the flask contained white ice. Let me remind you that under similar conditions, the same acid in a bottle had not frozen.

I brought the flask into a warm room and placed it near a heater to melt the acid. Once it had fully liquefied, I returned the flask to the cold lab. An hour later, I checked it - the acid had cooled but remained liquid. When I opened the flask, crystallization began immediately. Within seconds, the entire acid solidified into white ice. More precisely, almost all of it - when I tilted the flask, I noticed a small amount of liquid remained inside.

I melted the frozen acid again and left the flask in the cold lab overnight. By morning, the acid had frozen once more and had to be melted again.

To repeat the crystallization, I left the flask containing the liquid acid in the 2°C lab for one hour. It cooled to the ambient temperature but remained liquid.

I shook the flask, but crystallization did not start. Then, I removed the stopper - yet the acid still remained liquid. Finally, I inserted a glass rod into the flask and rubbed it along the bottom. This time, rapid crystallization began immediately. Within seconds, the acetic acid had solidified.

Observing the crystallization in a colorless glass flask was easier than in a brown bottle. Unfortunately, I only had 50 mL of glacial acetic acid available. To better film the experiment, a larger volume of supercooled liquid would be preferable. I asked a colleague, and he happened to have a 10-liter canister of acetic acid, though he was unsure of its concentration. I poured some into a flask and left it in my lab. At 2°C, this acid did not freeze - just like the very first sample I used in these experiments.

Photos/Video

Переохлажденная уксусная кислота - часть 4

Утром пришел в лабораторию. Температура была 2°С. Оказалось, что ледяная уксусная кислота замерзла за ночь. Вместо бесцветной жидкости в колбе был белый лед. Напомню, что в аналогичных условиях эта же кислота, находясь в бутылке, не замерзла.

Принес колбу в теплое помещение и поставил возле обогревателя, чтобы кислота растаяла. Потом вернул колбу с жидкой кислотой в холодную лабораторию. Через час вернулся - кислота остыла, но оставалась жидкой. Открыл колбу. Сразу же началась кристаллизация. Через несколько секунд вся кислота превратилась в белый лед. Точнее, почти вся. Когда я наклонил колбу, стало заметно, что внутри осталось небольшое количество жидкости.

Снова растопил замерзшую кислоту и оставил колбу с жидкостью в холодной лаборатории на ночь. До утра кислота замерзла - ее пришлось растапливать.

Чтобы повторить кристаллизацию, оставил колбу с уксусной кислотой в лаборатории при 2°С на один час. Кислота остыла до температуры лаборатории, оставаясь жидкой.

Встряхнул колбу - кристаллизация не началась. Открыл пробку - в этот раз кислота осталась жидкой. Опустил в колбу стеклянную палочку, потер по дну - моментально началась быстрая кристаллизация. Через несколько секунд уксусная кислота была уже твердой.

В колбе из бесцветного стекла было удобнее наблюдать за процессом кристаллизации, чем в коричневой бутылке. К сожалению, кислоты было всего 50 мл. Для съемки эксперимента желательно использовать большее количество переохлажденной жидкости. Спросил у коллеги - оказалось, что у него была целая 10-л канистра уксусной кислоты, но он не знал, какая ее концентрация. Отлил немного кислоты в колбу, оставил в моей лаборатории. Оказалось, что при 2°С данная кислота не замерзает (аналогично самому первому образцу кислоты, с которым я начал данные эксперименты).