Si pones hielo en agua helada, ¿se derretirá?

Bueno, “agua congelada” significa que está a 0 grados C y si elimina más calor de esa agua, parte de ella se congelaría. Ok, haz eso. Deje que parte del hielo se congele. Ahora deja de eliminar el calor. No agregues ninguno tampoco. Ese hielo se quedará allí en equilibrio con el agua helada. Si saca ese poco de hielo del agua, dejará algo de “agua helada” sin hielo. Ese es el punto de partida de tu pregunta. Ahora vuelve a poner el hielo. ¿Se derretirá? No. Has vuelto justo donde estabas justo antes de quitar ese trozo de hielo. Simplemente se quedará allí quieto en equilibrio.

Si tomó un trozo de hielo que ya se había enfriado a, digamos, menos 200 grados C y lo dejó caer en agua helada, entonces eso enfriaría el agua a su alrededor muy rápidamente y también lo congelaría. Si tiene suficiente agua, entonces ese trozo de hielo mucho más grande eventualmente se equilibrará a 0 ° C. Pero si no tuviera suficiente agua, entonces la congelaría y enfriaría por debajo de 0 ° C también .

A menos que tenga un poco de agua pesada, como lo sugiere Mike Massen, o alguna otra interacción (térmica, nuclear, física, química, etc.), el hielo no se derretirá cuando lo ponga en agua que ya está fría. puede ir sin congelarse.

Es una ley fundamental de la termodinámica (la segunda ley en otro aspecto) que el calor no fluirá “cuesta arriba” por sí solo. Si el hielo y el agua están a la misma temperatura, entonces el calor no puede fluir sin violar esa ley. Es tan simple como eso. Entonces no hay cambio.

Sin embargo, se puede generar calor, y ciertamente se genera cuando una sustancia dinámica como el agua se convierte en una sustancia inmovilizada como el hielo. Eso debería hacerte pensar, porque un refrigerador congela el agua al eliminar el calor. ¿Cómo explicamos eso? Bueno, debe ser que el agua se congela en ese caso como reacción al intento de eliminar el calor, produciendo más calor. Este es un ejemplo del Principio de Le Chatelier, un sistema complejo reacciona a las influencias externas (eliminando el calor) reorganizándose de tal manera que minimiza el efecto de esas influencias (liberando más calor).

¿Pero por sí solo sin un refrigerador funcionando? ¿Hay alguna forma de que el agua pueda liberar calor y calentarse debido a la formación de hielo? En realidad hay un camino. El agua puede estar en un estado sobreenfriado. No es un estado típico, pero se puede preparar. De hecho, el fenómeno de “sobresaturación” es común con muchas soluciones. Es un estado en el que el líquido es “metaestable”, pero se evita que se forme la forma más estable por razones de proceso.

Parte del problema con la formación de sólidos dentro de los líquidos es que las superficies de estas pequeñas partículas de formación son exóticas. No entran en la categoría de líquido o sólido, tienen estados de valencia o formas orbitales y geometrías, y tienen una curvatura muy alta inicialmente, y también pueden ser sitios donde los campos eléctricos altos pueden concentrarse en puntos de alta curvatura (puntiagudo).

A veces, un centro de nucleación puede proporcionar un alto campo eléctrico, como una imperfección en el vidrio. Algunas veces la nucleación ocurre al dejar caer un cristal semilla para darle a la solución una superficie sobre la cual crecer.

En cualquier caso, en el caso del agua sobresaturada, se puede hacer que cristalice rápidamente en total, un proceso que de hecho lo calienta y libera algo de calor.

Entonces su pregunta es completamente al revés. Lo contrario puede suceder si el agua está súper enfriada.

Eso depende de si está calentando o enfriando el agua.

Si el agua está a 0 grados centígrados, y el hielo está a 0 grados centígrados, entonces no habrá transferencia de calor, y el hielo no se derretirá y el agua no se congelará, tiene un equilibrio perfecto.

Si elimina el calor del agua (colocándolo en un ambiente aún más frío, por ejemplo), el agua permanecerá a 0 centígrados, pero se congelará progresivamente. Entonces el hielo que agregaste probablemente crecerá.

Si agrega calor al agua, permanecerá cerca de 0 centígrados mientras el hielo esté presente. Eso sucede porque el hielo se derretirá, lo que absorbe el calor y mantiene el agua en o cerca del punto de congelación. Si eso sucede, el hielo se derretirá en agua y el agua se mantendrá efectivamente a la misma temperatura.

Esa es en realidad una de las razones por las que el punto de congelación es tan útil, siempre que tenga agua líquida y hielo sólido juntos en el mismo recipiente, y estén bien mezclados, puede contar con que se mantenga a una temperatura constante.

Si tanto el hielo como el agua están a 0 ° C, el hielo no se derretirá. Si el agua pierde calor, el hielo aumentará de tamaño. Si hay una fuente de calor para elevar la temperatura del agua incluso por debajo de 0.01C, el hielo se derretirá. Que el hielo se congele más o se derrita depende de si hay energía que pueda ser absorbida o emitida. Si, como lo describe, el agua se está congelando, entonces no hay suficiente energía para derretir el hielo, por lo que se está congelando. Por lo tanto, el hielo aumentará.

Si permite que la energía térmica pase a la mezcla de hielo y agua, el hielo se derretirá. Si evita dicha transferencia, la mezcla de hielo y agua será una mezcla de hielo y agua para siempre.

Depende de la temperatura exacta del agua y el hielo. Y las cantidades relativas de agua y hielo.

El hielo de un congelador estará muy por debajo de cero (-18 ° C) agregando suficiente hielo al agua en o justo por encima de cero reducirá la temperatura del agua a menos de cero y todo el lote se congelará.