Cómo calcular el punto de congelación

Todos han tenido la experiencia de lidiar con algo congelado. Quizás incluso haya sido testigo de cómo se forma lentamente el hielo en la superficie del agua cuando la temperatura es lo suficientemente fría o de cómo se reemplaza el hielo por agua cuando la temperatura es lo suficientemente cálida.

Diferentes líquidos: agua, alcohol isopropílico, aceite de cocina, etc. cambios de fase a diferentes temperaturas. Es decir, el agua se mueve entre sólido (congelado) y líquido a una temperatura, frotando alcohol en otra y de manera similar para otros líquidos.

Un sólido que se convierte en líquido se llama derritiendo; un líquido que se convierte en sólido se llama solidificación o congelación. Calcular los puntos de congelación y fusión de sustancias mezcladas es complejo, e incluso es posible que pueda pruébelos usted mismo, mientras que puede buscar los puntos de congelación de sustancias comunes en línea mesas.

Antes de explorar el fenómeno de la congelación en particular, es útil revisar qué se entiende por fases y cambios de fase.

La mayoría de las sustancias pueden existir como un sólido, un líquido o un gas si la temperatura (y a veces la presión) se altera lo suficiente. El agua es una sustancia rara, ya que puede existir tanto en forma sólida como líquida a temperaturas relativamente cómodas para humanos, mientras alcanzan el estado gaseoso a una temperatura que, aunque peligrosa, no es especialmente extrema para los humanos (100 ° C o 212 ° F).

Como ya se señaló, la fusión es un cambio de sólido a líquido y la congelación (o solidificación) es lo contrario. Un líquido que se convierte en gas se llama hirviendo, que todo el mundo ha visto. El proceso opuesto se conoce como condensación. En raras ocasiones, un sólido puede "saltarse" la fase líquida y convertirse en gas (sublimación), o puede ocurrir lo contrario (declaración).

Si mezcla pintura azul y amarilla en cantidades iguales, obtendrá un resultado que se verá verde. Sin embargo, si usa principalmente azul o principalmente amarillo, el color resultante se "inclina" hacia el color que usó más y en una medida que se escala con el desequilibrio de los ingredientes.

Los puntos de congelación de mezclas de diferentes líquidos, o de líquidos con sólidos disueltos en ellos, cambian de acuerdo con las propiedades de los constituyentes de una manera igualmente predecible. El agua tiene un punto de congelación relativamente alto para un líquido porque sus enlaces de hidrógeno se "fijan en su lugar" más fácilmente que los de, digamos, alcohol etílico (CH₂CH₃OH), que tiene un punto de congelación de –114 ° C o –174 ° F.

Cuando una sustancia se disuelve en un líquido, el sólido que se disuelve se denomina soluto y el líquido se denomina disolvente. La mezcla de soluto-líquido resultante se llama solución. Siempre que se agrega soluto a un solvente, el punto de congelación del solvente se vuelve más bajo.

Cuando la sal de mesa (cloruro de sodio) se disuelve en agua, reduce el punto de congelación en el agua. Esto explica por qué ves camiones afanosamente salando las carreteras en climas fríos después de una lluvia de invierno: baja la temperatura a la que el agua forma hielo en la carretera.

Además, la reducción del punto de congelación de un disolvente mediante la adición de soluto se denomina propiedad coligativa, lo que significa que el número de moléculas en las que se rompe el soluto, no su composición química, determina el grado de depresión del punto de congelación. El NaCl se rompe en dos átomos, los iones (átomos cargados) Na⁺ y Cl^-. La adición de una sustancia que produzca tres "piezas" por molécula de soluto deprimiría el punto de congelación en una cantidad aún mayor que el NaCl.

Puede buscar los puntos de congelación de una gran cantidad de líquidos comunes en grados Celsius, Fahrenheit y Kelvin usando una calculadora en línea. Intente conciliar lo que sabe sobre la estructura química de los más simples con sus puntos de congelación para ver si puede detectar algún patrón.