Portál PřF UK pro podporu výuky chemie na SŠ a ZŠ

Pokus s octanem sodným (Chemický krápník, Horký led)

Pomůcky

zkumavka, lžička, vodní lázeň (velká kádinka, trojnožka, azbestová síťka, kahan), sirky, Petriho miska

Chemikálie

pevný CH3COONa∙3H2O, voda

Postup

Do zkumavky dejte asi 5 cm vysokou vrstvu trihydrátu octanu sodného a přidejte 10 kapek vody. Zkumavku ponořte do vodní lázně a velmi opatrně zahřívejte – nevařte, využívejte mírný plamen. Teplota by neměla přesáhnout 70 °C. Zkumavku na vodní lázni zahřívejte, dokud nedojde k úplnému roztavení. Roztok ve zkumavce poté nechte zchladnout na pokojovou teplotu. Poté na Petriho misku položte krystalek trihydrátu octanu sodného a postupně na něj nalívejte rozpuštěný trihydrát octanu sodného.
Při přilívání rozpuštěného trihydrátu octanu sodného na krystalek dochází ke krystalizaci – pozorujeme vznik ,,krápníku“.

Princip

Trihydrát octanu sodného (přesněji jeho krystaly) tají při 57 °C. Pokud zahřejeme CH3COONa∙3H2O nad tuto teplotu, krystaly tají a dochází k uvolňování molekul vody, které byly přítomné v krystalové struktuře. Voda následně octan sodný rozpustí a vznikne přesycený vodný roztok octanu sodného. Pokud zchladíme přesycený roztok octanu sodného na teplotu (cca 15 °C), kdy by měl přejít do pevného (krystalického) stavu, zůstává ovšem stále kapalinou – stává se tzv. podchlazenou kapalinou. Ochlazení na 15 °C lze provést v ledničce.
Pokud následně nalijeme tento přesycený podchlazený roztok na krystalek CH3COONa∙3H2O, dochází ihned ke krystalizaci. Krystalek trihydrátu octanu sodného působí jako krystalizační centrum, a tím dochází ke krystalizaci ve všech směrech – k růstu ,,krápníku“.
Na stejném principu funguje i dotknutí se mechanickým předmětem hladiny přesyceného podchlazeného roztoku – bod, v němž jsme se dotkli hladiny roztoku, působí jako krystalizační centrum, na které se nabalují další molekuly octanu sodného, krystalizace tedy prochází celou strukturou.
Při krystalizaci se uvolňuje velké množství tepla – označuje se jako skupenské teplo tání Lt, resp. tuhnutí Lt – (změnu teploty lze změřit teploměrem, teplota stoupá až k 56 °C – viz. první video, odtud plyne také název ,,horký led“), proto se jedná o exotermický proces, čehož se využívá v zahřívacím polštářcích. V hřejících polštářcích je krystalizace spuštěna prolomením plíšku obsaženém v polštářku.

Využití

karboxylové kyseliny (kyselina octová – sůl: CH3COONa∙3H2O)

Typ pokusu

demonstrační (přesycený podchlazený roztok CH3COONa∙3H2O je dobré si připravit předem), (laboratorní)

Bezpečnost

nesahat na rozehřátou baňku či zkumavku, CH3COONa∙3H2O – zapáchá po kyselině octové

Čas

příprava – 10 minut (příprava přesyceného podchlazeného roztoku CH3COONa∙3H2O – 40 minut), vlastní provedení – 40 minut (při využití přesyceného podchlazeného roztoku CH3COONa∙3H2O – 5 minut)

Tipy

– pokus velmi hezký, ovšem velmi často nevychází – potřeba trpělivost a zkoušet a zkoušet, z 10 pokusů vyjde jeden, výhodnější využít video-pokusů, po případě ukázat pokus s hřejivými polštářky běžně dostupnými v obchodech
– existuje více návodu, výse uvedený funguje nejlépe – další varianty:
1) zahřívat nasycený roztok trihydrátu octanu sodného (rozpustnost CH3COONa∙3H2O: 85 g ve 100 g vody při teplotě 0 °C) a nechat jej ochladit
2) do Erlenmayerovy baňky (nebo zkumavky) dát 10 lžiček trihydrátu octanu sodného, a poté zahřívat nad kahanem, dokud nedojde k úplnému roztavení, následně roztok nechat vychladnout na pokojovou teplotu
3) rozpustit 50 g trihydrátu octanu sodného v 1 ml destilované vody na vodní lázni, roztok nechat vychladnout na pokojovou teplotu
– pro pokus je nutné mít čistou zkumavku, baňku či kádinku – výhodné je také ji předehřát
– následně je dobré přikrýt kádinku či baňku hodinovým sklem, aby se vytvořily páry, které by ohřívaly kádinku či baňku při tavení pevného CH3COONa∙3H2O
– zchladnutí trvá cca půl hodiny – dobré je roztok postavit do ledničky po mírném ochlazení
– roztok CH3COONa∙3H2O je dobré si připravit předem, nechat vychladit a na vyučovací hodině předvést už pouze krystalizaci
– v provedení s tvorbou krápníku velmi efektní
– lze ovšem i do roztaveného trihydrátu octanu so

Video

http://www.chem-toddler.com/solutions-and-solubility/chemical-stalagmite.html (Chemical Stalagmite, video s hudebním doprovodem, cca do 1:30, poté měření zvýšení teploty během krystalizace, od 2:25 praktické využití – zahřívací polštářky)
http://www.ceskatelevize.cz/program/port/250-horky-led/video/ (Horký led, video z pořadu PORT (Česká televize) – Michaelovy experimenty, popularizovaný výklad částečně v češtině i angličtině s titulky – postup i vysvětlení, zdlouhavé, možno pustit od 2:35, opět s přesahem na zahřívací polštářky)
http://www.youtube.com/watch?v=mxO9rtVjoR4 (Hot Ice (HD) Crystals (Sodium Acetate), video s hudebním doprovodem, připravené podchlazené roztoky – vznik ,,krápníku“, vlastní krystalizace)
http://www.youtube.com/watch?v=i-xw2zlp_lw (Scientific Tuesdays – Instant Ice Sculptures (hot ice), využitelné do 2:40, s anglickým komentářem, vznik ,,krápníků“ – použit octan sodný z polštářků)