Způsobů, jak si v zimě zahřát ruce, existuje hned několik. Mezi ty modernější patří tzv. hřejivý polštářek. Lze jej koupit například ve sportovních potřebách. Před výpravou do zimy se hřejivý polštářek na chvíli ponoří do vroucí vody a poté se opět nechá na vzduchu vychladnout. Venku pak postačí jediné, přehnout polštářek zkřehlými prsty a počkat si, až se za pár vteřin silně rozehřeje. Teplo unikající z polštářku vzniká prostřednictvím látky obsažené uvnitř. Jedná se o chemickou sloučeninu, octan sodný, které se přezdívá horký led. Proč, to snadno pochopíte v následujícím experimentu.
Nejprve se vyvalí bublinky Nejdříve si ovšem budete muset octan sodný „uvařit“. Nalijte do vyššího hrnce jeden litr klasického lihového octa a pozvolna v něm rozpusťte 112 gramů jedlé sody. Postupujte jen pomalu a sodu přidávejte kávovou lžičkou, jelikož směs silně pění. Ocet je vlastně roztok kyseliny octové ve vodě a balíček jedlé sody zase ukrývá hydrogenuhličitan sodný. Při reakci těchto dvou sloučenin dochází ke vzniku octanu sodného, vody a plynného oxidu uhličitého, jenž v podobě obrovského množství drobných bublinek uniká z roztoku.
Poté co v octě rozpustíte všechnu jedlou sodu, postavte hrnec na vařič a jeho obsah přiveďte k varu. Vzniklý octan sodný je rozpuštěn ve velkém množství vody a tu je potřeba odpařit. Již při tomto kroku bude octan sodný krystalizovat na stěnách hrnce, vyplatí se je proto občas opláchnout horkou směsí z hrnce, kterou naberete na lžičku.
Část octanu se tak vrátí zpět do roztoku. Až bude mít kapalina v hrnci přibližně třetinu původního objemu, zkontrolujte, zda se v ní neobjevily nějaké nečistoty či kal. Pokud ano, je dobré kapalinu ještě za horka rychle přefiltrovat.
Použít lze například kávový filtr vložený do malého trychtýře nebo můžete ústí trychtýře ucpat smotkem vaty. Přefiltrovanou kapalinu následně přelijte do menšího hrnce a na mírném plameni ji ještě chvíli zahřívejte. Tekutina zhoustne a na jejím povrchu se bude vytvářet potah z droboučkých krystalků octanu sodného (zvláště v okamžiku, kdy na hladinu fouknete chladný vzduch). Na konci zahřívání by vám měl zůstat přibližně jeden decilitr tekutiny. Ještě horkou směs přelijte do uzavíratelné silnostěnné skleničky (takové, již můžete posléze zahřívat ve vroucí vodě), zakryjte její hrdlo kouskem papíru a nechte obsah sklenice vychladnout.
Zatímco čistý octan sodný má sněhobílé krystalky a skutečně se podobá ledu, ten podomácku připravený bude zabarven do hněda. Na vině je karamelové barvivo z octa. Budete se proto muset spokojit s tím, že váš horký led bude mít spíše medovou barvu.
Krystalky čistého octanu sodného tají při teplotě 58 °C, kdy přecházejí v kapalinu. Podstatné je, že každá molekula octanu na sebe v normálním stavu váže ještě i tři molekuly vody. Při zvýšení teploty se voda uvolní a z původně krystalického octanu vznikne vlastně jeho vodný roztok. Výjimečnost octanu však spočívá v tom, že je schopen vytvářet i tzv. podchlazený roztok. To znamená, že při poklesu teploty pod 58 °C nepřechází roztok octanu zpět do krystalické podoby, ale může zůstat kapalný. V tomto stavu je však velice citlivý na jakékoliv podněty, které mohou fungovat doslova jako roznětka pro extrémně rychlou krystalizaci.
Stačí se podchlazeného roztoku dotknout, zatřepat s ním nebo do něj vhodit malý krystalek octanu sodného a během pár vteřin překrystalizuje do pevného skupenství celý roztok. I když krystalky vypadají ledově chladně, uvolní při svém vzniku velké množství tepla, které octan sodný přijal v okamžiku tání, kdy se měnil z pevné látky na kapalinu. Stejný proces rychlé krystalizace probíhá i ve hřejivém polštářku.
Vraťme se ale ke kapalině, kterou jste naplnili menší skleničku. Jak asi tušíte, je to roztok octanu sodného. Pokud se vám podařilo připravit octan v dostatečné koncentraci a čistotě, měl by být roztok ve sklenici schopen podchlazení.
Ponechte roztok zcela v klidu a počkejte, až se ochladí na pokojovou teplotu. Poté se zkuste několikrát dotknout jeho hladiny. Použít lze špejli, lžičku nebo špičku prstu. V okolí vloženého předmětu se ihned objeví trsy krystalků, které se začnou bleskově šířit celou sklenicí až k jejímu dnu. Rukou si přitom snadno ověříte, že se sklenice silně zahřála. Do kapalného stavu převedete octan opět tím, že sklenici vložíte do hrnce s vroucí vodou a obsah ohřejete. Velmi důležité je, aby se rozpustily všechny krystalky. Pokud by se tak nestalo, jejich zárodky by mohly fungovat jako spouštěče krystalizace ještě před podchlazením roztoku.
Může se stát, že roztok ve sklenici vždy překrystalizuje již během ochlazování. V takovém případě vložte sklenici na hodinu či dvě do chladničky a poté z ní opatrně vylijte kapalinu, která se neproměnila v krystalický octan sodný. Zbylý obsah sklenice zahřejte v hrnci s horkou vodou, dokonale rozpusťte všechny krystalky octanu sodného a celý proces pozvolného chladnutí opakujte.
Octan sodný připravený doma se k plnění hřejivých polštářků nehodí. Kvůli vysokému obsahu nečistot se chová poněkud nevypočitatelně a krystalizuje už při nepatrných podnětech. Polštářek by se tak často rozehřál i samovolně, aniž byste o to zrovna stáli.
***
LED, KTERÝ HŘEJE
Víte, jak funguje polštářek s kapalinou, který po přehnutí několik desítek minut zahřívá třeba ruce v kapse? Princip objasní pokus, při kterém vznikne horký led.
Pomůcky a chemikálie
vyšší hrnec malý hrnec lžička trychtýř smotek vaty
průhledná silnostěnná sklenice vyšší sklenice litr octa jedlá soda
Při rozpouštění jedlé sody směs v hrnci silně pění
Přebytečnou vodu odpařte na vařiči
Jemné krystalky octanu sodného na povrchu chladnoucího roztoku
Nalijte do velkého hrnce jeden litr octa a pomalu v něm rozpusťte 112 gramů jedlé sody
Pokud je to nutné a směs v hrnci obsahuje nečistoty, ještě za horka ji přefiltrujte přes trychtýř, do kterého strčíte smotek vaty
Přefiltrovaný roztok, jehož objem by se měl pohybovat kolem jednoho decilitru, zahusťte dalším zahříváním v menším hrnci a potom s ním naplňte silnostěnnou sklenici
Podchlazeného roztoku se stačí dotknout špičkou prstu a během chvíle překrystalizuje celý obsah sklenice
Vzniklé krystaly mají světlejší barvu než původní tekutina
Krystalky octanu sodného vzniklé při postupné krystalizaci ve sklenici (přebytečný roztok byl odstraněn)
O autorovi| JAN PÍŠALA, Autor je chemik a pracuje ve Hvězdárně a planetáriu v Brně
