"Vroči led" se nanaša na priljubljeno kemično demonstracijo, v kateri raztopina natrijevega acetata, raztopljena v vodi in postavljena v zamrzovalnik, se takoj strdi, ko jo vlijemo iz posode ali ko v raztopino spustimo en sam kristal trdnega natrijevega acetata. Postopek strjevanja sprošča toploto in tako daje videz tvorbe vročega ledu. Inštruktorji kemije to uporabljajo za prikaz pojava prenasičenosti ali zmožnosti nekaterih raztopin, da vsebujejo več raztopljenega materiala, kot bi ga morali običajno.
Ionske spojine
V kemiji se izraz "spojina" nanaša na material, sestavljen iz več kot enega kemičnega elementa. Na primer namizna sol, znana tudi kot natrijev klorid, vsebuje natrijeve in klorove atome. Kadar spojina vsebuje kovine in nemetale - kot jih razlikujemo v periodični tabeli elementov, kemiki to spojino označujejo kot "ionsko". Nekatere ionske spojine se raztopijo v vodi, med postopkom raztapljanja pa se pozitivno nabita kovina, imenovana kation, loči od negativno nabitih nemetalov, imenovanih anion. Proces padavin predstavlja nasprotje tega procesa; to pomeni, da se kation in anion združita, da tvorita trdne kristale v raztopini.
Topnost
Kemiki opisujejo sposobnost spojine, da se raztopi v vodi, kot topnost. Po definiciji spojina, prisotna v manjši količini, predstavlja topilo, spojina, prisotna v večji količini, pa topilo. Pri trdni snovi, ki se raztopijo v tekočini, se tekočina običajno šteje za topilo. Kemiki običajno navajajo topnost v enotah, na primer v gramu na liter, kar pomeni "gram topila, ki se bo raztopilo v 1 l topila" ali "grame na 100 ml." Do nasičenja pride, ko se je v določeni količini topila raztopila največja količina topljene snovi. Nekatere spojine so značilno večje topnosti kot druge, toda v vseh primerih se topnost razlikuje glede na temperaturo. Na splošno, višja kot je temperatura, več topljenca se bo raztopilo v določeni količini topila. Proces prenasičevanja ali prenasičenosti raztopin je odvisen od manipulacije s temperaturo.
Prenasičenost
Pojav prenasičenosti se pojavi, ko količina topljene snovi, raztopljene v določeni količini topila, preseže točko nasičenja. Znanstveniki ne razumejo v celoti mehanizma, s katerim raztopine postanejo prenasičene. Padavine zahtevajo, da v raztopini nastane majhen trden kristalit, postopek, imenovan "nukleacija". Po nastanku kristalita drugi proces, znan kot rast, kristalite poveča na makroskopsko raven, tako da jih je mogoče opazovati in izolirati. Toda rast se ne zgodi brez nukleacije in nekateri topili se pod določenimi pogoji upirajo temu procesu. Nukleacija ponavadi zahteva "grobo" površino, na kateri se lahko začne. Groba površina je lahko nečistoča, na primer delci prahu ali praska na notranji strani steklene posode, v kateri je raztopina. Alternativno lahko eksperimentator namerno sproži nukleacijo z dodajanjem enega samega majhnega kristala spojine, ki se obori. Posledično večina navodil za demonstracijo vročega ledu zahteva dodajanje nekaj zrn trdnega natrijevega acetata prenasičeni raztopini, da se sproži kristalizacija.
Natrijev acetat
Natrijev acetat je ionska spojina, ki jo sestavljajo natrijevi kationi, Na (+) in acetatni ioni, C2H3O2 (-). Kot večina acetatov ima tudi visoko vodotopnost v vodi: 76 g se raztopi v 100 ml pri 0 stopinjah C. Topnost se pri višji temperaturi znatno poveča. Demonstracija vročega ledu zahteva ustvarjanje nasičene raztopine natrijevega acetata v vroči vodi, nato pa raztopino da v zamrzovalnik. Ko se raztopina ohladi in se približa 0 stopinj C, bo koncentracija natrijevega acetata ostala nad 76 g na 100 ml, kar pomeni, da bo raztopina prenasičena.
Vroči led
Obarjanje trdne snovi iz raztopine povzroči zmanjšanje motnje v sistemu. To pomeni, da se ioni v raztopini prosto gibljejo v naključnih smereh in zato kažejo veliko motnjo. Ko se ioni združijo v trdne kristale, postane njihova svoboda gibanja omejena. Znanstveniki to opisujejo kot zmanjšanje entropije ali motnje v sistemu. Zakoni termodinamike določajo, da mora postopek, ki ima upadanje entropije, da pride spontano, na primer obarjanje trdne snovi iz raztopine, sprostiti tudi toploto. Posledično se bo vnos trdnega kristalita natrijevega acetata segreval, saj se natrijev acetat obori iz raztopine.
