La sal nos ayuda a congelar el hielo y también nos ayuda a derretir el hielo. ¿Qué propiedad representa esto?

(Uso los términos “punto de congelación” y “punto de fusión” indistintamente, ya que describen la misma transición de fase, aunque en diferentes direcciones).

Al principio, esta pregunta puede parecer contradictoria con el concepto familiar de depresión del punto de congelación, a menudo ilustrado por cómo se salan las carreteras en invierno para derretir la nieve.

Aun así, la producción tradicional de helados utiliza una mezcla de agua salada y hielo para congelar los ingredientes.

Entonces, ¿cuál es? ¿Se derrite la sal o se congela?

Si consideramos solo la depresión del punto de congelación, entonces un soluto (sal) debe disminuir el punto de congelación del solvente (agua). Por lo tanto, se libera menos energía en el punto de congelación. En la dirección opuesta, esto significa que se requiere menos energía para que el hielo sólido se convierta en agua líquida nuevamente. Por lo tanto, uno podría pensar que el hielo debería derretirse fácilmente en presencia de sal. Entonces, ¿por qué no?

Es útil recordar que la depresión del punto de congelación en realidad está relacionada con el concepto de sistemas eutécticos en la química de estado sólido. ¿Qué es un sistema eutéctico? Es simplemente una mezcla de sustancias con una propiedad interesante: para una mezcla particular, existe una composición química con un punto de fusión inferior al de todas las demás composiciones.

La sustancia A y la sustancia B aquí forman un sistema eutéctico binario. Debajo del sólido (la línea sólida a la temperatura eutéctica), A y B existen solo como sólidos. Por encima del líquido (la línea curva superior), A y B se mezclan como un líquido homogéneo. Entre el solidus y el liquidus, el comportamiento de la mezcla depende de la composición. Si la mezcla es rica en A, entonces el sólido A existe junto con alguna mezcla líquida de A y B. Lo opuesto es válido para una mezcla rica en B; entonces tenemos algo de líquido A y B coexistiendo con sólido B.

Uno puede ver fácilmente cómo los sistemas eutécticos describen la depresión del punto de congelación: la mezcla de soluto y disolvente simplemente mueve el punto de fusión del disolvente puro hacia el punto eutéctico a lo largo del líquido.

Como resultado, el H₂O y el NaCl forman un sistema eutéctico. Su temperatura eutéctica es −21.2 ℃, y su composición eutéctica es 23.3% de sal en masa.

Ahora digamos que tenemos un poco de hielo mezclado con un poco de sal. Digamos también que el hielo comienza a −18 ℃, por encima de la temperatura eutéctica antes mencionada, y estándar para su congelador doméstico típico. ¿Lo que pasa? Algo de hielo en la superficie comienza a derretirse y se convierte en agua.

(Recuerde que la fusión ocurre a temperaturas inferiores a 0 ℃. El punto de fusión es solo cuando las velocidades de fusión y congelación son iguales. A temperaturas inferiores al punto de fusión, la velocidad de fusión es simplemente más lenta que la velocidad de congelación).

Este agua derretida se satura inmediatamente con sal, y la composición se mueve de la sustancia pura más cerca de la composición eutéctica. Esta composición permite que la masa fundida permanezca líquida a -18 ° C. A medida que se derrite más hielo, el agua se vuelve menos saturada y la composición retrocede a lo largo del líquido. Gradualmente, toda la mezcla alcanza un equilibrio determinado por la composición de sal. Si estamos por debajo de la composición eutéctica, algo de hielo permanece sólido, manteniéndose en equilibrio con agua salada. Más importante aún, la temperatura de esta mezcla es inferior a 0 ℃.

Esta es, entonces, la diferencia: la sal permite que el agua de deshielo permanezca a temperaturas bajo cero, mientras que el agua de deshielo puro debe permanecer a 0 ℃. El hielo se derrite más rápidamente en el agua pura y más cálida, y dado que la capacidad calorífica del agua es mayor que la del hielo, el efecto general es que la sal permite que el hielo permanezca congelado por más tiempo.

Imagen de Wikimedia Commons .

La sal disminuye el punto de fusión del agua. Entonces, en lugar de congelar el agua a 32 F o 0 C, se congelaría a 14 F o -10 C (el punto de congelación real variaría dependiendo de la sal utilizada y la concentración general, pero no perdamos de vista la pregunta ) Si la temperatura del suelo o del aire fuera mayor que esto, el hielo se derretiría. Sin embargo, si tuviera que ver la temperatura del suelo y el aire como algo más bajo que esto, el hielo sería más difícil de derretir debido a un cambio en el calor de fusión (o en términos más simples, la cantidad de calor necesaria para causar la fusión a ocurrir.

El proceso por el cual se colocan estos dos efectos es un poco complejo de termodinámica, pero el concepto principal es que las sales pueden reducir el punto de congelación por debajo del nivel habitual. Si se baja el punto de congelación por debajo de la temperatura del aire exterior, el hielo se derretirá. Sin embargo, si hace mucho frío afuera, la sal no hará que el hielo se derrita. Es por eso que en áreas donde las temperaturas son extremadamente frías, como las Dakotas, casi nunca se ve la sal utilizada en la carretera. Mientras que, en áreas como Virginia, donde el aire exterior generalmente está cerca del punto de congelación, la sal se usa comúnmente para derretir el hielo de las carreteras.

La respuesta corta es cuando uno agrega una subsistencia a una solución; aumenta el punto de ebullición y disminuye el punto de congelación. También conocida como la Ley de Raoult.

No recuerdo todos los detalles, ni puedo recitar la ecuación que la acompaña. Dicho esto, sé que algunas sustancias son más efectivas que otras. El cloruro de sodio (“sal de roca”, el mineral Halita) funcionará bastante bien hasta justo debajo del punto de congelación. Otras sales, cloruro de calcio o cloruro de potasio, que se encuentran en productos comerciales como ‘Ice Melter’, funcionarán a temperaturas aún más bajas.

La ley de Raoult también entra en juego mientras cocina. Si agrega sal de mesa al agua hirviendo, hervirá a una temperatura más alta, por lo que el tiempo de cocción se acorta. El mismo proceso se aplica al líquido lavaparabrisas. En ese caso, creo que hay alguna forma de alcohol involucrada. No es alcohol etílico, por lo que no se debe consumir. Pero agregar el líquido al agua disminuye el punto de congelación.

Ryan tiene una gran respuesta, pero aún más simple es que al actuar como una barrera para que las moléculas de agua colisionen entre sí para formar cristales de hielo, la sal no hace que el hielo se derrita, sino que hace que sea más difícil que el agua se congele. Es por eso que las carreteras de pre-salado son más efectivas que esparcir un montón de sal en una carretera ya congelada. Esta es también una de las razones por las cuales los océanos no se congelan incluso cuando la temperatura del aire es muy inferior a 0 grados centígrados.

A2A

Hay algunas buenas respuestas (incluida la mía) a la primera parte de esta pregunta en ¿Por qué la sal reduce el punto de congelación del agua? Sin embargo, no entiendo la segunda parte de esta pregunta, sobre la sal que evita que el hielo se derrita. No lo hace.

El hielo generalmente está cubierto con una película delgada de agua líquida, en un estado de equilibrio dinámico, que es todo lo que se necesita.

El agua pura se congela a 32 ° F (0 ° C). El agua con sal (o cualquier otra sustancia que contenga) se congelará a una temperatura más baja. Qué tan baja será esta temperatura depende del agente de deshielo. Si pone sal en hielo en una situación en la que la temperatura nunca alcanzará el nuevo punto de congelación de la solución de agua salada, no verá ningún beneficio. Por ejemplo, echar sal de mesa (cloruro de sodio) sobre hielo cuando está a 0 ° F no hará nada más que cubrir el hielo con una capa de sal.

Por otro lado, si pones la misma sal en hielo a 15 ° F, la sal podrá evitar que el hielo derretido se vuelva a congelar. El cloruro de magnesio se reduce a 5 ° F, mientras que el cloruro de calcio se reduce a -20 ° F.

Si la temperatura baja a donde el agua salada puede congelarse, se liberará energía cuando se formen enlaces a medida que el líquido se vuelva sólido. Esta energía puede ser suficiente para derretir una pequeña cantidad de hielo puro y mantener el proceso en marcha.

Si agrega sal de roca a una suspensión de agua helada, simplemente reduce la temperatura de congelación del agua. Para derretir el hielo, se le debe transferir energía (calor) desde su entorno para interrumpir el enlace de hidrógeno en la red de hielo. Agregar sal altera el sistema y evita que tantas moléculas de agua en solución lleguen a su superficie reticular. Esto ralentiza la velocidad de fusión y aumenta la velocidad de congelación, causando un resultado neto de fusión más lenta.

Química general en línea: Inicio

Agregar sal al agua (hielo) provocará una depresión del punto de congelación. Como el punto de congelación de la solución es menor que 0 ℃, el hielo comienza a derretirse.
En el nivel de la molécula: las moléculas de agua se juntan alrededor de los iones de Na y Cl, lo que hace que sea más difícil establecer una forma de rejilla y, por lo tanto, alterar la estructura general del hielo => la fuerza que mantiene la estructura es más pequeña => se necesita menos energía en el sistema para moverse .

En cuanto a evitar que el hielo se derrita: nunca he oído hablar de tal efecto. ¿Podría proporcionar alguna fuente o ejemplo?

Un buen enlace:
http://antoine.frostburg.edu/che …

Si la temperatura ambiente es cercana a 0 C, sí, debido al efecto de depresión del punto de congelación.

Normalmente, el hielo se forma a 0 ° C en el nivel del suelo de la Tierra. Sin embargo, si intenta congelar el agua salada, tiene un punto de congelación * inferior a * 0 ° C.

Esto se llama “depresión del punto de congelación” y depende de la masa de la sal por (unidad de volumen de agua) y del número de iones en los que se disuelve la sal. Por ejemplo, el NaCl se disuelve en Na + y Cl- (2 partículas), pero otras sales como CaCl2 producen 3 iones. Cuantos más iones y mayor masa, menor es la temperatura de congelación y de la misma manera más fácil es derretir el hielo.

Sí, usar sal de mesa para derretir el hielo es más efectivo que usar una forma de sal de roca. La sal de roca se usa más comúnmente en carreteras y grandes áreas.

La sal de mesa es más efectiva porque derrite el hielo más rápido. Pero el inconveniente de usar sal de mesa es que es más caro que la sal de roca en grandes cantidades.

Entonces, si tiene una pasarela o escalones helados frente a su casa, la sal de mesa funcionará bien.

http://www.seasalthealth.com/can …

Como desea responder en términos simples, evitaré usar términos científicos. Cuando agregamos sal al hielo, el punto de fusión del agua, que normalmente está a 0 grados centígrados, se reduce debido a la depresión en el punto de congelación / punto de fusión (un fenómeno relacionado con la química). Como cierta cantidad de agua estaría presente con hielo, el bloque de hielo comenzará a derretirse.

La sal de mesa (cloruro de sodio) es la que se usa para derretir el hielo y la nieve en las carreteras.