"קרח חם" מתייחס להפגנה כימית פופולרית בה מתמיסה תמיסת נתרן אצטט במים ומונחת במקפיא מיידית כשהוא נשפך מהמיכל שלו או כשנוזל גביש יחיד של נתרן אצטט מוצק לתמיסה. תהליך ההתמצקות משחרר חום ובכך מעניק מראה של היווצרות קרח חם. מדריכי הכימיה משתמשים בזה כדי להדגים את תופעת העל-רוויים, או את היכולת של פתרונות מסוימים להכיל חומר מומס יותר ממה שהם צריכים בדרך כלל.
תרכובות יוניות
בכימיה, המונח "תרכובת" מתייחס לחומר המורכב ביותר ממרכיב כימי אחד. לדוגמא, מלח שולחן, המכונה גם נתרן כלורי, מכיל אטומי נתרן וכלור. כאשר התרכובת מכילה גם מתכת וגם לא מתכתית - כפי שמובחנת בטבלה המחזורית של היסודות - כימאים מתייחסים לתרכובת כ"יונית ". כמה תרכובות יוניות מתמוססות במים, ובמהלך תהליך הפירוק המתכת הטעינה בחיוב, המכונה קטיון, נפרדת מהלא-מטאלית נטענת שלילית, המכונה אניון. תהליך המשקעים מייצג את ההפך מתהליך זה; כלומר הקטיון והאיון משתלבים ויוצרים גבישים מוצקים בתמיסה.
מסיסות
כימאים מתארים את יכולתו של תרכובת להתמוסס במים כמסיסות. בהגדרה, התרכובת הקיימת בכמות פחותה מייצגת את המומס, והתרכובת הקיימת בכמות גדולה יותר מייצגת את הממס. במקרה של מתמוסס מוצק בנוזל, הנוזל בדרך כלל מתאים לממיס. באופן כללי, כימאים מציינים מסיסות ביחידות, כמו גרם לליטר, שמשמעותו "גרם מומסים שיתמוססו ב 1 ליטר של ממס", או "גרם ל 100 מ"ל." הרוויה מתרחשת כאשר הכמות המרבית של המומסים התפעלה בכמות נתונה של ממס. תרכובות מסוימות מציגות מסיסות גבוהה מטבען מאשר אחרות, אך בכל המקרים המסיסות משתנה עם הטמפרטורה. באופן כללי, ככל שהטמפרטורה גבוהה יותר, המיסים יתמוססו בכמות נתונה של ממס. תהליך הפתרונות רוויים יתר או "רוויים-יתר" תלוי במניפולציה של הטמפרטורה.
רוויה
תופעת העל-רוויה מתרחשת כאשר כמות המומסים המומסים בכמות נתונה של ממס עולה על נקודת הרוויה. מדענים אינם מבינים לחלוטין את המנגנון שבאמצעותו הפתרונות הופכים לרווחים. משקעים דורשים היווצרות של גבישי מוצק קטן בתמיסה, תהליך המכונה "גרעין". לאחר צורת הקריסטל, תהליך שני, המכונה צמיחה, מגדיל את הקריסטלים לרמה המאקרוסקופית כך שניתן יהיה לצפות בהם ולבודד אותם. אך צמיחה אינה מתרחשת ללא גרעין, וכמה מומסים בתנאים מסוימים עומדים בתהליך זה. גרעין נוטה לדרוש משטח "מחוספס" עליו ליזום. המשטח המחוספס עשוי להיות טומאה, כמו חלקיקי אבק, או שריטה בחלק הפנימי של מיכל הזכוכית בו נמצא הפתרון. לחלופין, נסיין יכול ליזום גרעין במכוון על ידי הוספת גביש קטן וקטן של התרכובת המוזזת. כתוצאה מכך, מרבית ההוראות להפגנת הקרח החם קוראות להוסיף כמה גרגירים של נתרן אצטט מוצק לתמיסה העל-רוויה כדי לגרום להתגבשות.
נתרן אצטט
נתרן אצטט הוא תרכובת יונית המורכבת מקטיוני נתרן, Na (+) ויוני אצטט, C2H3O2 (-). כמו רוב האצטטים, הוא מגלה מסיסות גבוהה במים: 76 גרם מתמוסס ב 100 מ"ל בטמפרטורה של 0 מעלות צלזיוס. עם זאת, המסיסות עולה משמעותית בטמפרטורה גבוהה יותר. הדגמת הקרח החם קוראת ליצור תמיסה רוויה של נתרן אצטט במים חמים, ואז להכניס את התמיסה למקפיא. ככל שהתמיסה מתקררת ומתקרבת ל -0 מעלות צלזיוס, ריכוז הנתרן אצטט יישאר מעל 76 גרם לכל 100 מ"ל. כלומר, התמיסה תהיה רווית-על.
קרח חם
משקעים של מוצק מתמיסה מביא לירידה בהפרעת המערכת. כלומר, בפתרון היונים נעים בחופשיות לכיוונים אקראיים ולכן הם מפגינים הפרעה גבוהה. כאשר היונים מתחברים ליצירת גבישים מוצקים, חופש התנועה שלהם הופך למוגבל. מדענים מתארים זאת כירידה באנטרופיה, או בהפרעה, של המערכת. חוקי התרמודינמיקה קובעים כי כדי שתהליך המציג ירידה באנטרופיה יתרחש באופן ספונטני, כמו משקעים של מוצק מתמיסה, על התהליך לשחרר גם חום. כתוצאה מכך, החדרת גבישי מוצק של נתרן אצטט תחמם את עצמה כאשר נוזל הנתרן יורד מהתמיסה.
