Copos de hielo en leche congelada y jugo de naranja

Cuando era niño, mi familia solía poner nuestras jarras de leche y jugo de naranja en el congelador cuando nos íbamos de vacaciones para que se conservaran por más tiempo. Según recuerdo, si nos ausentábamos por una semana o más, las jarras estarían congeladas, pero si solo nos ausentáramos un par de días, en cambio, estarían llenas de finas y crujientes escamas de hielo suspendidas en su respectivo líquido. . Además, cuando empezábamos a descongelar una jarra completamente congelada, se descongelaba en una mezcla de hielo en escamas y líquido (generalmente con un gran trozo de hielo en escamas flotando justo en el medio). Y justo hoy me di cuenta de que el cartón de leche en la parte trasera de mi refrigerador se había congelado parcialmente y formó estos copos.

¿Por qué la leche y el jugo de naranja se congelan de esta manera? ¿Qué efecto tiene esto sobre la rapidez con que la leche y el jugo de naranja se congelan y descongelan en comparación con el agua?

(Por cierto, el jugo de naranja siempre fue sin pulpa).

Respuestas (2)

Sospecho que esto se relaciona con el diagrama de fase del agua azucarada. Cuando un líquido contiene un soluto (azúcar por ejemplo) que baja el punto de fusión del agua, al enfriarlo se produce una segregación: se forma un pequeño cristal de hielo, y en la punta de ese cristal cristalizará agua pura. El azúcar se empuja a la solución donde reduce aún más el punto de fusión. Ahora, así como los copos de nieve tienden a crecer como copos, estos copos crecerán preferentemente en 2D porque las puntas de los copos son energéticamente más favorables para que crezca el hielo (y dado que tienes que empujar el azúcar para hacer el hielo, esto hace que sentido).

El siguiente diagrama de fase genérico (fuente: http://www1.lsbu.ac.uk/water/images/glass_transition.gif ) le da una idea de lo que está pasando:

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Comenzando en algún lugar de la parte superior izquierda, el enfriamiento lento lo llevará al punto donde comienza a formarse hielo y el líquido restante se satura más; por lo tanto, después de moverse inicialmente verticalmente, sigue la curva roja hasta llegar al punto eutéctico (etiquetado como T mi tu donde todo se vuelve sólido. Si el enfriamiento ocurre más rápido, puede tomar un camino diferente (que no lo lleva hasta la mezcla eutéctica).

¡Eso sería genial! De hecho, esa es otra cosa que me preguntaba: no estás diciendo que los copos son hielo puro, ¿verdad? Seguramente hay algunas impurezas en los copos. ¿Sabe cuál sería el aumento relativo en la concentración de la solución descongelada?
Estoy diciendo que los copos son agua "bastante pura", no exactamente, pero la entropía impulsa el azúcar a la solución mientras que el hielo prefiere ser "puro". En realidad, una variante de esto se conoce como "purificación de zona": se usa para crear cristales muy puros moviendo una zona de fusión a través del material (especialmente silicio). Las impurezas permanecen fundidas y el cristal se vuelve más y más puro. Esto se puede repetir varias veces para aumentar la pureza, así que no, en una sola pasada no obtienes hielo puro.
Mi ignorancia se nota, pero ¿qué significa "vidrio" en el diagrama? Estoy un poco confundido porque asumiría que T gramo es el punto donde todo se solidifica. T mi tu parece a primera vista ser el punto donde la solución que queda comienza a estar sobresaturada.
Estrictamente hablando, el punto eutéctico es el punto más bajo donde puede existir un líquido con soluto; el régimen sobresaturado existe porque las cosas no siempre se congelan de inmediato, y si alcanza la temperatura del vidrio, el líquido se inmoviliza sin haber cristalizado adecuadamente ("sólido pero microscópicamente desordenado" como lo llama www1.lsbu.ac.uk/water/rheology.html ). Es un poco complicado de explicar en un comentario de 600 caracteres... mira ese enlace para más información.

Es porque el jugo de naranja y la leche son suspensiones coloidales.

Ese material suspendido ( proteínas y lípidos en general ) no se congelará hasta mucho después de que lo haga el hielo. Algunos quedan atrapados en la red de hielo, transformándola hasta cierto punto. Dado que sucede algo al azar en todo momento, se forman muchos fragmentos distintos.

La concentración de ese material en suspensión aumenta en el líquido restante, lo que reduce el punto de congelación, hasta que eventualmente la suspensión restante puede congelarse y cementar esos copos. Cuando se derrite, el proceso procede a la inversa.

El agua carbonatada con azúcar hace algo similar, pero en lugar de hojuelas obtienes aguanieve. La congelación sólida puede abrir la lata. Si abre una lata a la temperatura adecuada, todo se convertirá en aguanieve casi instantáneamente a medida que disminuya la presión en la lata.

Copos de hielo en leche congelada y jugo de naranja
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