¿Por qué añadir sal al agua disminuye el punto de congelación?

Escrito por kyle turpin | Traducido por laura de alba
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¿Por qué añadir sal al agua disminuye el punto de congelación?
La sal en el océano evita que se congele. (ocean image by sergey2008 from Fotolia.com)

El agua regularmente se congela a 0 °C o 32 °F. En un sistema a esta temperatura, la frecuencia de congelación es la misma que la frecuencia de fusión. Esto se conoce en química como equilibrio dinámico. Cualquier cambio en la temperatura cambiará los rangos de congelación y fusión, y el sistema entero se congelará o derretirá. Añadir sal cambia estas frecuencias, pero sin cambiar la temperatura. La sal provoca que la frecuencia de congelación suceda de forma más lenta que la frecuencia del rango de fusión, provocando que el hielo se funda y requiera una menor temperatura para retener el equilibrio.

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Equilibrio dinámico

En un equilibrio dinámico, suceden diferentes reacciones a la misma frecuencia. Imagina un cubo de hielo en un tazón de agua. Si el tazón está a temperatura ambiente, el hielo se fundirá. Esto es debido a que la frecuencia de fusión es más rápida que la de congelamiento. De forma inversa, si colocas el sistema en un congelador, la frecuencia de congelamiento será mayor y toda el agua se congelará. Si el sistema fuera a mantenerse a exactamente 0 °C, el hielo ni se derretiría ni aumentaría, debido a que la frecuencia de congelamiento sería igual a la de fusión.

Proceso de congelamiento

Congelar agua está bajo el proceso de la nucleación y el crecimiento de cristales. La nucleación es cuando un número mayor de moléculas de agua forman costras alrededor de un punto en específico. Este punto es regularmente una partícula microscópica, como el polvo, que tiene una ocurrencia natural en el agua no destilada. El agua verdaderamente pura de hecho no se congela hasta que llega a 32 °F, debido a la falta de estas micropartículas. Durante la nucleación, las moléculas se acomodan en formas que harán los cristales de hielo. Una vez que una costra de moléculas de agua fría se forma, el crecimiento de cristales comienza, y se forma el hielo.

Efectos de la sal en el congelamiento

Cuando se añade sal al agua, se disuelve en iones de sodio y cloro. Estos iones se unen con el hidrógeno y los iones de hidróxido de los que está hecho el agua, formando pequeñas cantidades de ácido hidroclórico, o HCl, e hidróxido de sodio, o NaOH. Éste proceso provoca que algo del agua sea removida efectivamente del sistema, y ahora sea parte de un compuesto químico diferente y, por lo tanto, no esté disponible para el proceso de congelamiento. Debido a que hay menos agua para utilizar, la frecuencia de congelamiento disminuye, y el hielo en el sistema comienza a fundirse. Para poder retener el equilibrio, la temperatura se debe disminuir para acomodar el cambio en las frecuencias. La adición de sal al agua por lo tanto disminuye el punto de congelamiento, removiendo algo de agua del proceso.

Usos

El efecto de disminuir la temperatura de congelamiento es útil en algunas aplicaciones prácticas. Por ejemplo, el helado era tradicionalmente hecho tomando ventaja del efecto rápido de enfriamiento del agua salada. Si añades sal al hielo, el hielo se fundirá, pero el agua se mantendrá bajo los 0 °C. Debido a que el agua puede conducir la temperatura de forma más fácil que el hielo, puedes entonces utilizar el agua superfría para enfriar un contenedor de crema rápidamente, lo que lo cristalizará en forma de helado. La sal en nuestros océanos evita que se congelen, permitiendo a los peces y a otras formas de vida acuáticas continuar viviendo durante las temporadas frías. Muchas aplicaciones industriales utilizan agua salada en lugar de agua regular para enfriar la maquinaria, debido a que el agua salada puede ser más fría que el agua sin sal.

Otra información

Las sales metálicas además del cloruro de sodio tienen el mismo efecto en el agua, pero la pueden volver tóxica. Esto es debido a que prácticamente todas las sales están formadas por iones que son capaces de unirse con el hidrógeno y el hidróxido. Los ejemplos comunes incluyen el cloruro de calcio, el bisulfato de sodio y el bicromo de potasio. El agua salada se puede convertir en agua regular por medio de la desalinización. Este proceso se utiliza para crear agua potable en los veleros náuticos.

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