¿Cómo conseguimos tener agua líquida a temperatura bajo cero? Ponemos hielo en un recipiente y medimos la temperatura (3,4ºC). Sin embargo, si rociamos sal y dejamos que el hielo se derrita poco a poco, la temperatura baja... ¡a -11ºC! ¿Quieres saber por qué? Para este experimento necesitaremos: sal, un recipiente y hielo.
Ponte manos a la obra con este experimento científico y entenderás qué es el fenómeno conocido como depresión del punto de congelación y su importancia para la vida cotidiana cuando hay hielo. Verás como una de las soluciones para derretirlo es echar sal.
Materiales
- Recipiente
- Sal
- Hielo
Cómo realizar el experimento
- Llenamos el recipiente con hielo.
- Medimos la temperatura, que en este momento, es de 3.4 grados.
- Rociamos con sal por encima y dejamos que poco a poco se derrita el hielo.
- Medimos la temperatura y ahora marca 11 grados
Explicación
¿Por qué ha sucedido esto? El hielo tiene una fina capa de agua líquida sobre su superficie que mantiene el interior en un equilibrio térmico. Al disolverse la sal, las moléculas que mantienen el agua en estado sólido se rompen, provocando que se funda el hielo. El calor necesario para ello lo extrae de la misma disolución de sal, lo que hace descender la temperatura, hasta alcanzar cifras bajo cero.
Esta reacción se debe al fenómeno descrito como depresión del punto de congelación. La depresión del punto de congelación ocurre cuando el punto de congelación de un líquido se reduce o deprime al agregarle otro compuesto. La solución tiene un punto de congelación más bajo que el del solvente puro.
Cuando una sustancia comienza a congelarse, las moléculas se ralentizan debido a la disminución de la temperatura y las fuerzas intermoleculares comienzan a tomar el control. Las moléculas luego se organizarán en un patrón y, por lo tanto, se convertirán en un sólido. Por ejemplo, a medida que el agua se enfría hasta el punto de congelación, sus moléculas se vuelven más lentas y los enlaces de hidrógeno comienzan a “pegarse” más, creando, eventualmente, un sólido. Si se agrega sal al agua, los iones de Na + y Cl – atraen a las moléculas de agua e interfieren con la formación de la gran red sólida conocida como hielo. Para lograr un sólido, la solución debe enfriarse a una temperatura aún más baja.
Ejemplos de depresión del punto de congelación
Por ejemplo, el punto de congelación del agua de mar es más bajo que el del agua pura. El punto de congelación del agua al que se le ha añadido anticongelante es más bajo que el del agua pura. El punto de congelación del vodka es más bajo que el del agua pura. El vodka y otras bebidas alcohólicas de alta graduación generalmente no se congelan en un congelador doméstico. Sin embargo, el punto de congelación es más alto que el del etanol puro (-173.5 ° F o -114.1 ° C). El vodka puede considerarse una solución de etanol (soluto) en agua (solvente). Al considerar la depresión del punto de congelación, observe el punto de congelación del solvente.
Fórmula de depresión del punto de congelación
La depresión del punto de congelación se puede calcular utilizando la ecuación de Clausius-Clapeyron y la ley de Raoult. En una solución ideal diluida, el punto de congelación es:
Punto de congelación total = Punto de congelación disolvente – ΔTf
donde ΔTf = molalidad * Kf * i
Kf = constante crioscópica (1,86 ° C kg / mol para el punto de congelación del agua)
i = factor de Van’t Hoff
Propiedades coligativas de la materia
La depresión del punto de congelación es una propiedad coligativa de la materia. Las propiedades coligativas dependen del número de partículas presentes, no del tipo de partículas o de su masa. Entonces, por ejemplo, si tanto el cloruro de calcio (CaCl2) como el cloruro de sodio (NaCl) se disuelven completamente en agua, el cloruro de calcio bajaría el punto de congelación más que el cloruro de sodio porque produciría tres partículas (un ión de calcio y dos iones de cloruro). ), mientras que el cloruro de sodio solo produciría dos partículas (una de sodio y una de cloruro).
Depresión del punto de congelación en la vida cotidiana
La depresión del punto de congelación tiene aplicaciones interesantes y útiles. Cuando se pone sal en una carretera helada, la sal se mezcla con una pequeña cantidad de agua líquida para evitar que el hielo derretido se vuelva a congelar. Si mezcla sal y hielo en un recipiente o una bolsa, el mismo proceso enfría el hielo, lo que significa que puede usarse para hacer helado. La depresión del punto de congelación también explica por qué el vodka no se congela en un congelador.
