La sal no funde el hielo

Despues del parentesis navideño volvamos a la física pura y dura, como el hielo de estos últimos dias. Aprovechando que gran parte de Europa se encuentra helada, la manera de evitar que las carreteras se hielen es echar sal. La mayoría de la gente cree que de esta manera el hielo se funde. No es cierto.

Para entender el por qué se tira sal en las carreteras para evitar que se forme hielo se ha de entender la diferencia entre derretir y disolver. La única manera de derretir una substancia es aplicando calor. Un cubito de hielo sacado del congelador se derrite por que la temperatura ambiente es mayor que 0ºC. El agua pura se convierte en hielo por debajo de los 0ºC, por encima es líquida. Esta es la clave, substancia pura. La temperatura a la que una sustancia líquida se congela está referida a esta sustancia pura. Si esta sustancia líquida se mezcla con otra, tenemos una disolución. La temperatura de congelación de la disolución será diferente del punto de congelación de la sustancia pura.

La mezcla sal i agua es una disolución de una sustancia sólida (la sal) con otra líquida (agua). Veamos que sucede, para ello hay que recurrir al comportamiento molecular de cada sustancia. La sal es un compuesto molecular formado por Sodio (Na) y Cloro (Cl), la formula molecular de la sal es pues NaCl, denominado Cloruro Sódico.

Podemos fundir el hielo aplicando calor, pero esto no es lo que hace la sal con el hielo, la sal disuelve el hielo. El efecto final es parecido a aplicar calor, pues observamos que el hielo se funde, pero no es del todo cierto. Lo que realmente se funde es la disolución agua-sal. La sal no disminuye el punto de congelación del agua, la mezcla sal-agua forma una disolución que tiene su punto de congelación inferior al del agua pura. Para una disolución óptima entre sal y agua (23% de sal y 77% de agua) el punto de fusión seria de -21ºC. De manera que teóricamente se puede impedir la formación de hielo hasta los -21ºC echando sal al agua, aunque en la práctica será una temperatura mayor pues no se puede dosificar la cantidad de sal adecuada a cada situación. ¿Cómo es posible esta transformación?.

Intento explicarlo desde el punto de vista molecular. Los átomos que interviene son: cloro (Cl), sodio (Na), oxigeno (O) y hidrogeno (H). En la siguiente figura pongo sus iones, es decir los átomos que han perdido o ganado electrones.

iones que forman la sal y el agua

iones que forman la sal y el agua

Los átomos de cloro (Cl) tienen tendencia a coger un electrón y los átomos de sodio (Na) tienen tendencia a dar un electrón. De esta manera cuando se encuentran el cloro y el sodio, el cloro coge el electrón que el sodio quiere quitarse de encima, los dos contentos y se unen para siempre formando una molécula, el Cloruro Sodico (NaCl).

 

molecula de sal

molecula de sal

 

Pero no es tan sencillo, la molécula de cloruro sódico no se encuentra sola, existen más moléculas iguales a su alrededor, y se unen todas para formar una  estructura cristalina como se observa en la siguiente figura.

estructura cristalina de la sal

estructura cristalina de la sal

Veamos ahora como está formada la molécula de agua. El Oxigeno (O) tiene tendencia a coger dos electrones y el hidrogeno (H) a dar un electrón. En este caso el Oxigeno se pone de acuerdo con dos hidrógenos, de esta manera el oxigeno obtiene los dos electrones, uno de cada hidrogeno y los dos hidrógenos pueden desprenderse del electrón que le sobra. El resultado es la molécula de agua H2O, o hidróxido de hidrogeno entre otros nombres.

molecula de agua

molecula de agua

¿Pero que ocurre cuando se juntan muchas moléculas de agua?, fíjense en la figura anterior, la molécula de agua es polar, esto significa que su carga eléctrica no está distribuida simétricamente. En la parte de abajo dominan los dos hidrógenos y puesto que han cedido cada uno un electrón se quedan cargados positivamente. La parte de abajo es positiva y la parte de arriba predomina el oxigeno que se ha quedado con los dos electrones que le han dado los hidrógenos, por tanto el oxigeno se queda con carga negativa. Cuando coinciden muchas moléculas estas cargas eléctricas actúan de forma que el oxigeno negativo atrae el hidrogeno positivo de otra molécula de agua. Se forma una unión especial entre las moléculas de agua denominado enlaces de puentes de hidrogeno, como puede ver en la siguiente figura, formando un estado sólido peculiar.

 

puente-hidrogeno

Esta versatilidad entre las uniones entre moléculas de agua es la responsable que no haya dos copos de nieve iguales. Además de proporcionar una característica especial al agua, una de las pocas sustancias que en estado sólido es menos denso que en su estado líquido, por eso el hielo flota sobre el agua.  

Cuando el cristal de sal se une con el hielo, los átomos de cloro y de sodio atraen algunas de las moléculas de agua, rompiendo los enlaces de puentes de hidrogeno. Los iones de sodio al ser más pequeños que los de cloro pueden penetrar dentro de la estructura del agua. Su carga positiva atrae a la carga negativa del oxigeno, rompiendo el puente de hidrogeno. Finalmente se disuelven los iones de cloro y sodio entre las moléculas de agua que han roto todos los puentes de hidrogeno y por tanto la disolución se ha vuelto líquida.

El resultado final es la configuración de la siguiente imagen

disolución de sal en agua

disolución de sal en agua

Los iones de cloro y sodio se interponen entre las moleculas de agua y evitan que ser produzcan los enlaces por puentes de hidrogeno, la disolución se mantiene líquida por debajo del punto de fusión del hielo puro, que son 0ºC.

About these ads

Acerca de Carles Paul

Licenciado en Ciencias Físicas por la Universidad de Barcelona, Máster en Física y Matemática Aplicada por la Universidad Politècnica de Cataluña y Máster en Historia de la Ciéncia por la Universidad Autónoma de Barcelona. Profesor titulado de la Universidad Politècnica de Mataró, Investigador del CERpIE y Eurostars Technical Expert.
Esta entrada fue publicada en Curiosidades, Física. Guarda el enlace permanente.

37 respuestas a La sal no funde el hielo

  1. Jordi Pina, Pinucset dijo:

    Hola!

    Just avui he llegit aquesta entrada i ha estat força curiós perquè també just avui m’han explicat alguna d’aquestes coses a la classe d’enllaç químic :D

    Això sí, tinc un parell de dubtes:

    El primer és si has fet tu les imatges de les molècules i tal, si és així, com ho has fet? Alguna aplicació?

    La segona pregunta ja està més relacionada amb la química, com es podria calcular la temperatura de congelació d’una dissolució? Per exemple, a quina temperatura es congela una dissolució d’aigua en etanol 20%(p/v)? No ho vaig estudiar al batxillerat i no ho he trobat massa clarament explicat enlloc (Google, Atkins i Casabó).

    Així doncs, gràcies per avançat i salut!

  2. Carles Paul dijo:

    La resposta a la primera questio es fàcil, si, les imatges son meves, m’ha costat gairabe una setmana pensarles i tenirles enllestides, per això els hi he posat el nom.
    Utilitzo el 3dStudio Max, ja fa deu anys que hi treballo per ilustrar conferencies, classes i ara el blog. En l’altre blog audiovisual, tinc previst començar uns videotutorials per explicar com funciona. Vol molt de temps i no en tinc gaire.
    La segona resposta es una mica més dificil per a mi, soc físic i no químic i no n’he fet mes desde primer de físiques (segle pasat). He tret les dades de la gráfica del diagrama de fases aigua-sal.
    En tot cas s’hauria de calcular la molalitat m de la disolució i tenint en compte que la constant crioscópica del aigua es Kc = 1,86 ºC/disolucio molal, la variació de temperatura serà Kc m. Per tant la temperatura de congelacio de la disolució seria la temperatura de l’aigua pura (0ºC) + variacio temperatura.
    Es el que he trobat per casa, no creguis que m’ho ser de memoria.
    Pero ho trobaras a books.google si t’hi dediques una estona.
    Records.

  3. Mindchild dijo:

    interesante aportación que me sugiere una duda.
    En mi blog comento que hay dos tipos de enfriadores de botellas, los “buenos”, que aguantan perfectamente una temperatura de -20º en estado líquido, y los “malos”, que pasan a un estado sólido dificultando la adaptación del enfriador a la botella.
    Siempre pensé que estos dispositivos llevaban anticongelante.
    Si es tan fácil conseguir un líquido que aguante -20º sin congelarse, ¿a qué se debe la mala calidad de algunos productos comerciales?
    http://dalpescatore.blogspot.com/2008/10/wine-cooler-vacuvin.html

    Gracias por su interesante blog.
    Mindchild

  4. Carles Paul dijo:

    Apreciado Mindchild,
    La capacidad de una substancia de aguantar bajas temperaturas depende del disolvente (por ejemplo agua) y del soluto (por ejemplo sal) y sobretodo de la concentración del soluto en el disolvente. Para conseguir que la solución agua-sal pueda aguantar hasta -21ºC la concentración de sal tiene que ser exactamente el 23%. La concentración de una solución depende de su molalidad. La molalidad es el número de moles de soluto que hay en 1000 gramos de disolvente. En el caso de la sal esto significa que una solución en agua de 1mol de sal (cloruro sódico) contiene un mol de iones sodio y un mol de iones cloruro en 1000 gramos de agua.
    Puesto que el valor crioscopico del agua es 1,86 ºC/mol la variación de la temperatura de congelación de la solución depende por supuesto del agua y de la cantidad de soluto. Esto significa que existiran tantos iones cloro y sodio para impedir la creación de los puentes de hidrogeno, si no hay suficientes iones cloro y sodio se podran crear puentes entre moleculas de agua y empezara a congelarse.
    La buena calidad de los productos comerciales depende de la cantidad adecuada de soluto que pongan en la solución, si ponen menos la temperatura de congelación sera superior y por supuesto tendrian que verderlo más barato.

    Saludos y que sigas disfrutando, que por lo que veo en tu blog no desperdicias el tiempo.

  5. Yo dijo:

    TE ADMIROOO (L)

  6. Juan Carlos dijo:

    Excelente tu explicacion. Gracias

  7. juan dijo:

    que el agua con la sal se juntan ,el agua la absorbe y se produce el movimiento entrelas particula bajando la temperatura.

  8. Lalu dijo:

    Gracias me sirvio mucho para la escuela!!!

  9. Monica Nogeur dijo:

    Las sales son compuestos q se forman cuando un acido

  10. Alicia dijo:

    Gracias por la explicación, no sabía porqué se derretía (aparentemente) el hielo al echarle agua pues, como bien dices, no hay calor en este proceso.

  11. Matias dijo:

    Una observacion: La sal es un compuesto ionico, no molecular. Por lo tanto es incorrecto decir “una molecula de NaCl” (para que sea molecula los atomos deben unirse por enlaces covalentes).

  12. Carles Paul dijo:

    Apreciado Matias, tienes toda la razón, por el uso y abuso del lenguaje utilizo molecula donde tendria que utilizar cristal iónico. Aunque intento explicarlo brevemente.

    Gràcias

  13. Dani dijo:

    gracias! me ha servido para las prácticas de clase estupendamente.

  14. Carles Paul dijo:

    Muy agradecido por tu comentario.

  15. Anónimo dijo:

    Perfecto. No se me olvidará jamás ;-)

  16. JPMONTOYA dijo:

    Me parece una buena explicación desde el punto de vista molecular. Sin embargo, no es correcto decir que en la molécula de agua los hidrógenos “regalan sus electrones” o que “el oxígeno gana 2 electrones”. Esto es falso ya que el enlace O-H es covalente y no hay transferencia de electrones. Lo que sucede realmente es que la nube electrónica se encuentra más desplazada hacia el oxígeno ya que es un elemento de alta electronegatividad. Por lo tanto, sobre el oxígeno existe una carga parcial negativa y sobre los hidrógenos una carga parcial positiva.

  17. loom dijo:

    Un trabajo muy interesante, las imágenes son muy buenas; solo un pequeño comentario: el cloruro de sodio (NaCl) no forma moléculas, forma una “red iónica”; el sodio al perder un electrón (el único en su último nivel) y el cloro al ganar ese electrón forman iones (Catión (NA+) y Anión (Cl-) estos iones tienen cargas netas (completas) que atraen a otros iones de carga contraria a su alrededor (Na+, atrae a varios Cl- y el Cl- atrae a varios Na+) dando como resultado la “red iónica” que es la imagen donde se encuientran intercalados (Na+ Cl- Na+ Cl-) pero en 3D

  18. Pingback: Cerveza fría en cuestión de minutos « Más que Ciencia

  19. La verdad que me ha quedado bastante claro, se cae un mito de los que tenia hasta el día de hoy excelente explicación!

  20. Anónimo dijo:

    Muchísimas gracias profe! Sabes explicarlo para que lo entienda el mayor número de personas posible. Eres un crack ;)

  21. Carles Paul dijo:

    Bien, primero hay que hacer un par de consideraciones. Primera, se supone que los dos vasos son idénticos y estan a la misma temperatura bajo cero. Segunda, que la temperatura exterior es la misma para los dos vasos.

    En estas condiciones tendremos lo siguiente, el calor exterior ira entrando en las dos sustancias (agua pura y la disolución) mayoritariamente por conducción, calor que aprovecharan las moléculas para ganar energia cinética, es decir, empezaran a moverse con mayor velocidad. El vaso que pasara a líquido antes serà aquel que sus moléculas consigan romper más enlaces con sus moléculas vecinas.

    Como se dice en el post, la disolución de agua y sal esta formada por moleculas de agua y átomos de Cloro y Sodio que se interponen entre las uniones de las moléculas de agua, favoreciendo que estas uniones sean más débiles e impidiendo que actuen mas eficientemente los puentes de hidrogeno.

    En estas condiciones la disolución de agua y sal pasara antes a líquido, pues el vaso con agua pura mantendrá mas tiempo los enlaces por puente de hidrogeno.

    Aunque no todo es tan sencillo, el agua, elemento de vida seguramente en todo el universo, tiene comportamientos no convencionales de otros líquidos. El hielo flota sobre el agua liquida. Se ha observado agua en estado liquido en las nubes a 40 grados bajo cero y se han hecho experimentos que demuestran que puede existir el agua líquida a 41 grados bajo cero.

    Saludos

  22. Melina dijo:

    Muchas gracias! Me sirvió mucho para estudiar las propiedades coligativas del agua. La sencillez con la que lograste explicar el fenómeno es admirable. Saludos desde Argentina!

  23. Anónimo dijo:

    esta informasion no les sirve para nada
    no aberiguen aqui en esta pagina

  24. pepe919 dijo:

    Muy buena información. Mi pregunta es qué fuerzas interviene para formar el cristal de NaCl, sabiendo que la molécula de cloruro de sodio se forma por enlace iónico. Porqué se forma esa estructura?
    Gracias.

  25. Muchas gracias! Me sirvió mucho para estudiar las propiedades coligativas del agua. La sencillez con la que lograste explicar el fenómeno es admirable. Saludos desde colombia

  26. Nuria dijo:

    Muy interesante y muy claro tu post! Acabo de descubrir que me gusta la física, que hace unos añitos tantos quebraderos de cabeza me dio.

  27. Anónimo dijo:

    Buenas tardes, mi pregunta es sencilla. Necesito encontrar una mezcla que puesta sobre el asfalto evite que se congele el agua en la superficie de la carretera y que dure bastante tiempo (p.ej. no me sirve tirar sal horas antes de la helada ya que dura unas horas su accion. Habia pensado utilizar un material poroso, como la bauxita, e introducir sal conjuntamente con un hidrocarburo, como podria ser el diesel, para hacerlo mas manejable y mas liquido. De esta forma podria recubrir el asfalto con esta mezcla y evitar que se congelara.
    mas menos???gracias

  28. Pingback: – Enfriamiento, Subfusión y Calor latente

  29. Saqqara dijo:

    en todas las “idas y venidas” de electrones siempre hay un “toma y daca” de energía ¿no?. ¿Hay reacciones que son exotérmicas, no?. Pues creo que no hay que obviar esto, y no hablar ligeramente en los términos de “La única manera de derretir una substancia es aplicando calor”, ya que, según parece sí que ha habido transferencia de energía calorífica, la liberada al producirse la disolución y que es trasmitida al hielo, por lo cual se derrite.

  30. ????? dijo:

    de que ahora por tanto calor se esta descongelando el hielo en el polo norte y ademas en europa

  31. Pingback: – Enfriamiento, Subfusión y Calor latente

  32. Anónimo dijo:

    todos ustedes son de la recalcadaconchadelareputisimamadrequelosrecontramilpariohijosdemilputas

  33. Anónimo dijo:

    tu solo un “TONTOLABA” guachupino

  34. juan dijo:

    no entendi in choto

  35. juan dijo:

    Perdon, quise decir UN CHOTO

  36. Es lo mismo decir que la sal no baja el punto de fusion por lo que al mezclar sal con agua ya el hielo o el agua no sera una sustancia pura, es decir, que el agua pura continua con su punto de fusion 0ºC y la dislusion de agua y sal ya presentara un punto de fusion menor o mayor dependiendo de la cantidad de soluto?

  37. Carles Paul dijo:

    Exactamente Gary, esta es la idea. No hay que confundir las sustancias puras con las disoluciones. El comportamiento químico y físico es diferente.

Deja un comentario

Introduce tus datos o haz clic en un icono para iniciar sesión:

Logo de WordPress.com

Estás comentando usando tu cuenta de WordPress.com. Cerrar sesión / Cambiar )

Imagen de Twitter

Estás comentando usando tu cuenta de Twitter. Cerrar sesión / Cambiar )

Foto de Facebook

Estás comentando usando tu cuenta de Facebook. Cerrar sesión / Cambiar )

Google+ photo

Estás comentando usando tu cuenta de Google+. Cerrar sesión / Cambiar )

Conectando a %s