Разрушая оксюмороны

Долгое время физики были уверены: вода в твёрдом состоянии не может существовать при температуре выше 0 °C. Исследования американского учёного Перси Бриджмена доказали, что это не так. Под высоким давлением вода переходит в твёрдое состояние и остаётся в нём при температуре значительно выше 0 °C. В дальнейшем учёный выяснил, что существует несколько сортов такого льда. «Лёд № 5», о котором Бриджмен писал изначально, образуется под гигантским давлением в 20 600 атмосфер и остаётся твёрдым даже при температуре свыше 70 °C.  Получить его можно посредством мощного пресса и только в толстостенном сосуде из стали. Увидеть или потрогать нельзя.

Однако это не мешает наглядно доказать авторам упомянутых учебников, что они ошибаются: никакого оксюморона — скульптуры из горячего льда можно легко создать в домашних условиях. Правда, речь пойдёт не об обычном льде, ибо кристаллы и сосульки мы будем получать не из воды, а из другого вещества.

Материалы

• Ацетат натрия (продаётся в хозяйственных магазинах, можно заказать через интернет). Если купить готовый ацетат не удаётся, то его несложно сделать в домашних условиях.
• Вода.
• Кастрюля.
• Чистый флакон.
• Холодильник.
• Защитные очки.
• Подготовленная поверхность для будущих ледяных скульптур (подойдёт обычный стол).

Последовательность действий

1. Засыпьте в пустую кастрюлю ацетат натрия. Обычно он продаётся в виде порошка, но может встречаться и в состоянии желе. Для первого опыта достаточно одного стакана вещества. Оставьте немного ацетата про запас, чтобы после использовать его как затравочный кристалл.

2. Залейте ацетат водой, но не переусердствуйте! Эксперимент будет успешным, если вода перенасытится ацетатом натрия. Чем гуще раствор, тем лучше кристаллы.

3. Доведите раствор до состояния, близкого к кипению.

4. Помешивайте содержимое кастрюли, растворяя тем самым кристаллы натрия. Как только наступит насыщение, раствор загустеет настолько, что кристаллы перестанут растворяться — на дне кастрюли появится осадок.

5. Перелейте раствор во флакон и остудите до комнатной температуры.

6. Выливайте остывший до комнатной температуры раствор на подготовленную поверхность, создавая холмы, скалы и горы из моментально застывающего ацетата. Форма «ледяных» конструкций зависит исключительно от вашей сноровки.

Почему так происходит?

Ацетат натрия (CH₃COONa * 3H₂O) образует кристаллогидрат с тремя молекулами воды. Если его осторожно нагревать, он начинает плавиться. Но это плавление не совсем обычное: соль растворяется в собственной гидратной воде.

Когда ацетат остывает до комнатной температуры, растворимость соли значительно понижается, но кристаллизация происходит не сразу — сначала образуется пересыщенный раствор. В закрытой колбе он может храниться дни, недели и даже месяцы. Но стоит внести затравку — маленький кристаллик ацетата натрия (или, скажем, пылинку, которая найдётся даже на самом чистом столе), — как сразу же происходит кристаллизация. 

Опыт можно модифицировать, добавив кристаллы, оставленные для затравки, прямо в колбу. Раствор за несколько секунд затвердеет, а плёнка образует на стенках колбы подобие морозных узоров. Если перевернуть сосуд вверх дном, из него не вытечет ни капли.

За счёт тепла, выделяющегося в процессе кристаллизации, колба нагревается. Это явление используют в солевых грелках.

Для повторного использования раствор достаточно снова вскипятить и остудить. 

Опубликовано в журнале «Кот Шрёдингера» №3 (17) за март 2016 г.

_{Подписаться на «Кота Шрёдингера»}