Оглавление Видео опыты по химии Видео опыты по физике На главную страницу

Химия и Химики № 2 2010

Журнал Химиков-Энтузиастов




"Замерзание воды" при комнатной температуре
(кристаллизация ацетата натрия)
Сосульки В.Н. Витер
Сосульки
Crystallization of Supersaturated Solution of Sodium Acetate. (''Freezing of Water'' at Room Temperature)


Обнаружив ошибку на странице, выделите ее и нажмите Ctrl + Enter


Ацетат натрия CH3COONa·3H2O представляет собой бесцветные кристаллы, легко растворимые в воде. Как видно из формулы, соль образует кристаллогидрат с тремя молекулами воды.

Если кристаллогидрат ацетата натрия осторожно нагреть - он расплавится. Но это плавление не совсем обычное - соль растворяется в собственной кристаллогидратной воде. При охлаждении такой раствор застывает, превращаясь в белую массу, похожую на лед - произойдет кристаллизация, которая к тому же сопровождается значительным выделением тепла.

Подобным образом ведут себя и некоторые другие соли, например - алюмокалиевые квасцы KAl(SO4)2·12H2O. Однако ацетат натрия склонен образовывать пересыщенные растворы - т.е. растворы, которые содержат вещества больше, чем может раствориться при данной температуре. Если твердый ацетат натрия (с небольшими добавками воды) нагреть на водяной бане в закрытой колбе, он постепенно расплавится, образуя насыщенный раствор. Насыщенный - при температуре горячей водяной бани.

Теперь снимем колбу с водной бани и оставим охлаждаться. Раствор постепенно остынет до комнатной температуры, растворимость соли значительно понизится, но кристаллизации не произойдет - образуется пересыщенный раствор. В закрытой колбе пересыщенный раствор может храниться днями, неделями, месяцами и даже годами. Но стоит внести затравку - небольшой кристаллик ацетата натрия - и сразу же произойдет кристаллизация.

Итак, проведем эксперимент. Возьмите колбу на 200-300 мл и насыпьте в нее ацетат натрия CH3COONa·3H2O - приблизительно на 2/3 объема. Добавьте примерно 7-10 мл дистиллированной воды. При этом постарайтесь смыть вниз кристаллы, прилипшие к горлышку колбы. Колбу плотно закройте резиновой или корковой пробкой и поставьте на водяную баню. По мере того, как вода будет нагреваться, ацетат натрия начнет растворяться в собственной кристаллизационной воде. Аккуратно перемешивайте содержимое колбы. Необходимо добиться полного растворения соли - чтобы внутри колбы не осталось кристаллов. Если на поверхности раствора образуется пленка или в нем плавают кристаллы, которые не желают растворяться - откройте колбу и добавьте немного воды (примерно 5-10 мл) [1]. После полного растворения соли снимите колбу с водяной бани и дайте ей остыть до комнатной температуры. Этот процесс можно ускорить, поставив колбу под струю холодной воды.

В результате у нас есть колба с пересыщенным раствором ацетата натрия. Поставьте колбу на стол, можно предложить нескольким желающим убедиться, что она имеет комнатную температуру. Слегка смочите водой кончик пальца и прилепите к нему несколько кристалликов ацетата. Откройте колбу и незаметно для зрителей стряхните кристаллики в раствор.

В месте, где затравки попадут на поверхность раствора, начнется быстрая кристаллизация. Весь раствор в колбе за несколько секунд превратится в белую массу, похожую на лед. Затвердеет даже пленка раствора на стенках колбы - образуя подобие морозных узоров. Колбу можно перевернуть вверх дном - из нее не вытечет ни капли. За счет тепла кристаллизации колба нагреется, в чем могут убедиться все желающие. Это явление используют в "соляных грелках". Иногда кристаллизация начинается в момент открытия колбы - к пробке могли прилипнуть кристаллики, которые при ее открытии падают в раствор. Роль затравки могут играть не только кристаллы ацетата натрия, но и пыль или другие посторонние частицы, поэтому соблюдайте чистоту.

__________________________________________________
1Перед плавлением в колбу с твердым ацетатом натрия нужно добавить немного воды. Если в растворе будет слишком мало воды, то при охлаждении раствор ацетата натрия начнет кристаллизоваться еще горячим (т.е. холодный пересыщенный раствор не образуется). В некоторых случаях наблюдается неполное плавление (растворение) соли: часть кристаллов останется, несмотря на нагревание.

Однако нетрудно догадаться, что если добавить воды слишком много, жидкость после охлаждения может застыть не полностью.



Приготовление пересыщенного раствора ацетата натрия / Preparation of Supersaturated Solution of Sodium Acetate
Приготовление пересыщенного раствора ацетата натрия
Preparation of Supersaturated Solution of Sodium Acetate. (''Freezing of Water'' at Room Temperature)

Приготовление пересыщенного раствора ацетата натрия / Preparation of Supersaturated Solution of Sodium Acetate

Приготовление пересыщенного раствора ацетата натрия / Preparation of Supersaturated Solution of Sodium Acetate

Приготовление пересыщенного раствора ацетата натрия / Preparation of Supersaturated Solution of Sodium Acetate

Кристаллизация пересыщенного раствора ацетата натрия / Crystallization of Supersaturated Solution of Sodium Acetate. (''Freezing of Water'' at Room Temperature)
Кристаллизация пересыщенного раствора ацетата натрия
Crystallization of Supersaturated Solution of Sodium Acetate. (''Freezing of Water'' at Room Temperature)

Кристаллизация ацетата натрия

Кристаллизация ацетата натрия

Кристаллизация ацетата натрия

Кристаллизация ацетата натрия

Кристаллизация ацетата натрия

Кристаллизация ацетата натрия



После окончания эксперимента закройте колбу и поставьте ее на водяную баню. Включите плитку. Ацетат натрия снова расплавится. Эксперимент можно повторять много раз.

Есть и другие варианты этого опыта.

Кристаллизация пересыщенного раствора ацетата натрия (вариант 2)
Аккуратно налейте пересыщенный раствор ацетата натрия в чашку Петри или стеклянную кювету (все должно быть чистым). Смочите внутреннюю сторону указательного пальца водой и прилепите к ней несколько кристалликов. Быстро прикоснитесь пальцем к поверхности раствора - жидкость сразу же застынет, вы почувствуете тепло. Через несколько секунд чашку Петри можно будет перевернуть - из нее не вытечет ни капли.



Кристаллизация ацетата натрия
Кристаллизация пересыщенного раствора ацетата натрия в чашке Петри

Кристаллизация ацетата натрия

Кристаллизация ацетата натрия

Кристаллизация ацетата натрия

Кристаллизация ацетата натрия

Кристаллизация ацетата натрия

Кристаллизация ацетата натрия

Кристаллизация ацетата натрия

Кристаллизация ацетата натрия

Кристаллизация ацетата натрия
Раствор ацетата натрия полностью застывает и не выливается, даже если наклонить чашку



Кристаллизация пересыщенного раствора ацетата натрия (вариант 3)
В центр чашки Петри положите немного кристалликов ацетата натрия. Откройте колбу с пересыщенным раствором и налейте тонкой струйкой небольшое количество раствора на кристаллы. Жидкость сразу же превратиться в белую массу. Осторожно продолжайте лить раствор в центр этой массы, в результате все новые порции раствора будут кристаллизоваться, в чашке Петри вырастет перевернутая сосулька. В нашем случае удалось вырастить сталагмит высотой примерно 35 см, после чего вся конструкция красиво рухнула.

Если вы поднесете колбу достаточно близко к застывшей массе, фронт кристаллизации может подняться по струйке раствора и перекинуться в колбу. В результате вся жидкость в колбе через несколько секунд застынет.



Кристаллизация ацетата натрия
Выращивание сталагмита ("сосулька наоборот")

Кристаллизация ацетата натрия

Кристаллизация ацетата натрия

Кристаллизация ацетата натрия

Кристаллизация ацетата натрия

Кристаллизация ацетата натрия

Кристаллизация ацетата натрия

Кристаллизация ацетата натрия
В нашем опыте удалось вырастить сталагмит высотой около 35 см

Кристаллизация ацетата натрия
... после чего вся конструкция красиво рухнула подобно Пизанской башне



Кристаллизация ацетата натрия
Если вы поднесете колбу достаточно близко к застывшей массе, фронт кристаллизации может подняться по струйке раствора и перекинуться в колбу. В результате вся жидкость в колбе через несколько секунд застынет.

Кристаллизация ацетата натрия

Кристаллизация ацетата натрия

Кристаллизация ацетата натрия

Кристаллизация ацетата натрия

Кристаллизация ацетата натрия



Кристаллизация пересыщенного раствора ацетата натрия (вариант 4)
Можно также нарисовать тонкой струйкой пересыщенного раствора фигуры или сделать надписи. Для этого нужна темная, ровная и чистая поверхность. Если коснуться края такой надписи палочкой с кристалликом, раствор застынет в белую массу, что выглядит очень эффектно.

Кристаллизация пересыщенного раствора ацетата натрия (вариант 5)
Во время кристаллизации пересыщенного раствора ацетата натрия происходит разогрев, что усиливает гидролиз соли и делает среду более щелочной. Поэтому если к ацетату натрия были добавлены универсальный индикатор и фенолфталеин, во время кристаллизации произойдет переход окраски из синей в малиновую.

Смотреть (1 Мб, .avi ) Автор видео - Всеволод Панов


Кристаллизация ацетата натрия
Кристаллизация пересыщенного раствора ацетата натрия в присутствии индикаторов

Кристаллизация ацетата натрия

Кристаллизация ацетата натрия

Кристаллизация ацетата натрия



Заключение
Как уже отмечалось, чтобы эксперимент получился, к ацетату натрия необходимо добавить немного воды. Сначала автор этого не сделал, в результате раствор ацетата начинал кристаллизоваться еще теплым. Поскольку раствор был теплым, он застывал медленно и не полностью. Возникло впечатление, что в растворе мало воды, на самом же деле все было с точностью до наоборот: содержание соли было слишком высоким, поэтому раствор не выдерживал охлаждения до комнатной температуры.

Если у вас нет ацетата натрия, его можно приготовить из раствора уксусной кислоты и соды. Для этих целей подойдет даже обыкновенный уксус. Налейте примерно 0.5 л уксуса в железную или эмалированную кастрюлю (разумеется - не новую) и небольшими порциями добавляйте к нему соду (пищевую или кальцинированную). При этом будет выделяться углекислый газ. Соду добавляйте до тех пор, пока не прекратится выделение газа (не забывайте перемешивать раствор), после этого добавьте немного уксуса и поставьте раствор упариваться на медленном огне. Через некоторое время подуйте на раствор, если при этом на его поверхности образуется твердая корка, которая потом исчезнет - упаривание закончено. Если корка будет образовываться сама собой, а в объеме раствора появятся игольчатые кристаллы - значит, вы упарили раствор слишком сильно. Снимите кастрюлю с плитки и добавьте чуть-чуть воды.

Если в растворе слишком много воды - при полном охлаждении (до комнатной температуры!) он будет застывать не полностью. В таком случае слейте с кристаллов избыток жидкости, потом растопите кристаллы в колбе (как сказано выше). Приготовив раствор нужной концентрации, вы сможете повторять эксперимент много раз.



Сталактиты и сталагмиты
Сталактиты и сталагмиты


<Кристаллы> <Выращивание кристаллов>

<Химические вулканы и Фараоновы змеи ч.2> <Химические вулканы ч.1> < Опыты со щелочными металлами > < Опыты со щелочными металлами 1 > [Эксперименты с ацетиленом, метаном, пропаном и бутаном] <Эксперименты с пропан-бутановой смесью 1> <Эксперименты с пропан-бутановой смесью 2> <Эксперименты с фосфором ч.1> <Эксперименты с фосфором ч.2> <Эксперименты с водородом 1> <Эксперименты с водородом 2> <Эксперименты с водородом 3> <Хлористый азот (трихлорид азота). Иодистый азот (нитрид иода)> <Перекись ацетона, ГМТД, органические перекиси> <Черный порох> <Кумулятивный эффект (№5 2011)> <Нитроглицерин, Этиленгликольдинитрат, Нитроэфиры, Нитропроизводные> <Огонь от капли воды (№1 2012)> <Огонь на ладони (Холодный огонь)> <Ртуть, Амальгамы, Соединения Ртути>
<Пересыщенный раствор ацетата натрия (и аналоги) (Обсудить на форуме)> <Выращиваем кристаллы (Обсудить на форуме)> [Отправить Комментарий / Сообщение об ошибке]