"Gel calent" es refereix a una demostració química popular en què una solució d'acetat de sodi dissolta en aigua i col·locada en un congelador es solidifica immediatament quan s'aboca del seu recipient o quan un sol cristall d'acetat sòdic sòlid es deixa caure a la solució. El procés de solidificació allibera calor i dóna així l’aspecte de la formació de gel calent. Els instructors de química ho fan servir per demostrar el fenomen de la supersaturació o la possibilitat d'algunes solucions de contenir més material dissolt del que haurien de fer normalment.
Compostos iònics
En química, el terme "compost" es refereix a un material format per més d'un element químic. Per exemple, la sal de taula, també coneguda com a clorur de sodi, conté àtoms de sodi i clor. Quan el compost conté un metall i un no metàl·lic, tal com es distingeix a la taula periòdica dels elements, els químics es refereixen al compost com a "iònics". Alguns composts iònics es dissolen en aigua i durant el procés de dissolució el metall carregat positivament, anomenat catió, es separa del no metàl·lic carregat negativament, anomenat anió. El procés de precipitació representa el contrari d’aquest procés; és a dir, el catió i l’anió es combinen per formar cristalls sòlids a la solució.
Solubilitat
Els químics descriuen la capacitat de dissolució d'un compost en aigua com a solubilitat. Per definició, el compost present en menor quantitat representa el solut i el compost present en major quantitat representa el dissolvent. En el cas d’un sòlid que es dissol en un líquid, el líquid sol qualificar-se de dissolvent. Generalment, els químics declaren la solubilitat en unitats, com ara gramos per litre, cosa que significa "grams de solut que es dissoldrà en 1 l de dissolvent" o "grams per 100 ml". La saturació es produeix quan la quantitat màxima de solut s’ha dissolt en una quantitat determinada de dissolvent. Alguns compostos presenten una solubilitat inherentment més elevada que altres, però en tots els casos la solubilitat varia amb la temperatura. Generalment, com més alta sigui la temperatura, més solut es dissol en una quantitat determinada de dissolvent. El procés de sobresaturació o de "supersaturació" de les solucions depèn de la manipulació de la temperatura.
Supersaturació
El fenomen de la supersaturació es produeix quan la quantitat de solut dissolt en una quantitat determinada de dissolvent supera el punt de saturació. Els científics no entenen del tot el mecanisme pel qual les solucions queden superesaturades. La precipitació requereix la formació d'un petit cristallit sòlid a la solució, procés anomenat "nucleació". Després de les formes cristal·lites, un segon procés, conegut com a creixement, amplia els cristal·lits fins a nivell macroscòpic de manera que es poden observar i aïllar. Però el creixement no es produeix sense nucleació i alguns soluts en determinades condicions resisteixen a aquest procés. La nucleació sol exigir una superfície "rugosa" sobre la qual iniciar-se. La superfície rugosa pot ser una impuresa, com ara partícules de pols, o un rascat a l’interior del recipient de vidre on resideix la solució. Alternativament, un experimentador pot iniciar deliberadament la nucleació afegint un sol petit cristall del compost que es precipita. En conseqüència, la majoria d’instruccions per a la demostració de gel calent requereixen afegir uns quants grans d’acetat de sodi sòlid a la solució supersaturada per induir la cristalització.
Acetat de sodi
L’acetat de sodi és un compost iònic format per cations de sodi, Na (+) i ions d’acetat, C2H3O2 (-). Com la majoria dels acetats, presenta una gran solubilitat en aigua: 76 g es dissolen en 100 ml a 0 graus C. La solubilitat, però, augmenta substancialment a temperatures més altes. La demostració de gel calent requereix crear una solució saturada d’acetat de sodi a l’aigua calenta, i després col·locar la solució en un congelador. Quan la solució es refreda i s’acosta a 0 graus C, la concentració d’acetat de sodi es mantindrà per sobre dels 76 g per cada 100 ml, és a dir, la solució quedarà supersaturada.
Gel calent
La precipitació d’un sòlid a partir d’una solució provoca una disminució del trastorn del sistema. És a dir, en la solució els ions es mouen lliurement en direccions aleatòries i per tant presenten un alt desordre. Quan els ions es combinen per formar cristalls sòlids, la seva llibertat de moviment es restringeix. Els científics ho descriuen com una disminució de l'entropia o trastorn del sistema. Les lleis de la termodinàmica estableixen que perquè un procés que tingui una disminució de l’entropia es produeixi de manera espontània, com ara la precipitació d’un sòlid a partir d’una solució, el procés també ha d’alliberar calor. En conseqüència, la introducció d’un cristallit sòlid d’acetat de sodi s’escalfarà a mesura que precipita l’acetat de sodi.
