Depresión del punto de congelación: ¿enfriar mi bebida con el mismo método que la sal en una carretera?

Agregar sal al agua hace que se congele a una temperatura más baja. Este hecho se está utilizando de dos maneras diferentes en los dos escenarios que mencionas. Disolver cloruro de sodio en agua es ligeramente endotérmico, pero este efecto es pequeño y, según mi conocimiento, no es importante en el proceso de enfriamiento de bebidas.

Poner sal en la carretera es bastante sencillo: no queremos que se forme hielo, así que ponemos sal en el agua para evitarlo. Esto no solo cambia la cantidad de tiempo que tarda en formarse el hielo, sino que evita por completo que se forme hielo, a menos que la temperatura baje tanto que el agua se pueda congelar incluso con sal.

Enfriar tu bebida es un poco más complicado, porque en este caso la velocidad a la que suceden las cosas es importante. No quieres que tu bebida sea menos de$0^\circ C$porque se congelaría; en su lugar, desea enfriarlo a unos pocos grados centígrados agradable y rápidamente.

La velocidad a la que se enfría depende de dos cosas: la temperatura de su entorno (cuanto más frío, mejor) y la conductividad térmica entre él y ellos. Podría intentar enfriarlo colocándolo en un recipiente con hielo en$0^\circ C$, pero el problema es que el hielo es sólido y solo tocará la botella en algunos puntos. Esto da como resultado una conductividad térmica deficiente, por lo que la bebida solo se enfriará lentamente.

Para evitar esto, podría intentar mezclar el hielo con un poco de agua. Ahora la botella está en contacto con el líquido sobre una gran superficie y el líquido en sí tiene una conductividad térmica más alta que el hielo sólido debido a la mezcla, por lo que el calor se transferirá mucho más rápido. Pero el problema es que el agua ya no estará a cero grados, al menos no al principio (supongo que el agua proviene de un grifo, por lo que inicialmente no está fría). Tienes que esperar a que se derrita bastante hielo antes de que baje la temperatura del agua. Además, una vez que pongas tu bebida caliente en el agua, calentará el agua a medida que la bebida se enfríe, por lo que nuevamente debes esperar a que el hielo se derrita para que el agua se enfríe nuevamente.

La solución a esto es hacer que el hielo se derrita más rápido. Puedes hacer esto agregando sal. Esto reduce el punto de congelación, haciendo que el agua esté menos "feliz" por estar en estado líquido, por lo que se derrite más rápidamente. Esto significa, en primer lugar, que el agua del grifo que ha agregado al hielo se enfriará hasta casi$0^\circ C$mucho más rápido, y en segundo lugar, una vez que haya puesto su bebida allí, el agua se mantendrá fría mientras el hielo continúa derritiéndose.

También es posible que, con la sal añadida, el agua pueda bajar$0^\circ C$, pero esto solo sucederá si el hielo está un poco más frío que$0^\circ C$. Este podría ser el caso, pero mi intuición es que la tasa de enfriamiento debido a que el hielo se derrite más rápido es más importante aquí que la temperatura final. Puede probar esto fácilmente colocando un termómetro en el agua helada salada y viendo si baja mucho por debajo del punto de congelación.

También está el hecho de que disolver la sal es endotérmico, como mencionaste. Para comprobar si esto es importante, puede intentar agregar sal a un poco de agua fría sin hielo y ver si la temperatura desciende mucho. Mi sensación es que solo caerá en una pequeña cantidad que será difícil de medir con un termómetro de cocina normal, pero siempre puedes probar el experimento.

Como notó, agregar sal al hielo hace que baje el punto de congelación del hielo. Cuando el hielo (o cualquier otra sustancia) está en proceso de derretirse, siempre lo hace a la temperatura constante del punto de congelación, que acabas de bajar agregando sal. La nueva temperatura de punto de congelación más baja mantiene el hielo más fresco y, por lo tanto, enfría su bebida más rápido.

Cuando agrega sal al hielo, solo está disminuyendo su punto de congelación/fusión. (Entonces, a una temperatura baja, como -5 grados centígrados, el hielo se derretiría) "En el mundo real, en una acera real, el cloruro de sodio puede derretir el hielo solo hasta aproximadamente -9 °C (15 °F)". [1]

No ayuda a que una bebida se enfríe porque lo que realmente importa es la tasa de transferencia de calor de la bebida al hielo/hielo+NaCl (que no cambia significativamente cuando agregas sal al hielo)

Si pones hielo+sal y hielo en un congelador durante mucho tiempo, la temperatura final del hielo+sal sería más baja que la temperatura final del hielo. Por lo tanto, cuando se usa hielo+sal para enfriar la bebida, la tasa de transferencia de calor del hielo+sal a la bebida sería más rápida que la transferencia de calor del hielo a la bebida porque la diferencia de temperatura entre el hielo+sal y la bebida es mayor que la diferencia de temperatura entre el hielo y la bebida.

Wikihow explica cómo enfriar bebidas rápidamente: "Agregue sal de mesa al hielo. Un puñado pequeño debería ser suficiente. La sal se disociará en sus iones constituyentes de sodio y cloruro. Las moléculas de agua, al ser polares, se orientarán en consecuencia. Esto es trabajo, y el trabajo requiere energía que proviene de la energía térmica en el agua, lo que reduce aún más la temperatura ambiente".