¿El agua salada se derrite más rápido o más lento que el agua pura?

Esta pregunta es interesante ya que se enfoca en qué tan rápido ocurre una transformación de fase, ¡algo que no tengo en un libro de texto! Una serie de factores probablemente juegan un papel aquí.

Pensando en uno, cualitativamente, esperaría que cuanto más lejos esté su sistema (hielo en este caso) de su temperatura de transición, más rápido querrá el sistema pasar a la nueva fase. De todos modos esto parece lógico.

Supongamos que tenemos una muestra de hielo de agua pura que se derrite a 32F y una muestra de hielo de agua salada que se derrite a 28F. Si tomamos estos dos cubos de la misma temperatura inicial (por ejemplo, digamos 20F) y los colocamos a la misma temperatura (por ejemplo, temperatura ambiente que tomaremos como 72F), entonces el cubo de sal es 4 grados más lejos de su temperatura de fusión que el cubo de hielo de agua pura. Entonces esperaría, en igualdad de condiciones, que el cubo de sal se derritiera más rápido.

¡Buena suerte y si intentas el experimento, cuéntanos cómo te va! (Si prueba el experimento, recuerde que necesitará controlar el tamaño de sus muestras. No servirá para medir qué tan rápido se derriten, si un cubo es sustancialmente diferente en tamaño que el otro).

¡Su pregunta y su investigación son muy interesantes y le sugiero que siga adelante a su manera y trate de analizar e interpretar los resultados por su cuenta!

Sin embargo, en el experimento que está sugiriendo aquí hay algunos problemas. ¡Veámoslos! Espero que esta respuesta sea lo suficientemente simple. ¡Al final, te sugeriré algunos experimentos más que puedes hacer en tu cocina!

Solubilidad

Cuando mezclas sal y agua, algo sucede: las moléculas de sal que agregas irán buscando moléculas de agua y se harán amigas. ¡Esto hará felices tanto al agua como a la sal!

¡ Si agrega demasiada sal, algunas moléculas de sal permanecerán solas y se entristecerán y no se mezclarán con el agua! Esto nos dice que existe un número mágico (llamado solubilidad ) que te dice cuánta sal puedes agregar al agua antes de que se pongan tristes. Para el agua y la sal, este número mágico es de aproximadamente 350 g en un litro.

Entonces, lo primero que debe asegurarse es que tiene suficiente sal en el agua para que su experimento sea correcto (si pone muy poca sal, no verá ningún efecto porque la sal es muy poca), pero tampoco demasiada. ¡las moléculas de sal estarán tristes!

En términos más serios: las moléculas de agua disolverán la sal en dos iones (llamados Na+ y Cl-). Eso es lo que significa disolver algo en agua. Para hacerlo, debe tener suficiente agua para disolver todos los iones, o algunos de ellos permanecerán en su forma de "sal" y no se disolverán. ¡Observe también que la solubilidad depende de la temperatura y cada material tiene la suya!

Punto de congelación

Sabes con certeza que el agua se convierte en hielo a 0 C (32 F). Esta temperatura particular se llama el "punto de congelación" del agua. ¿Qué sucede en el punto de congelación? ¡Las moléculas de agua, que estaban corriendo por todas partes en su recipiente, comenzarán a sentirse frías y se moverán más y más lentamente hasta que se detengan donde están y se "congelen"!

Si le echas sal al agua, porque el agua y la sal ahora son amigas, intentarán correr juntas el mayor tiempo posible, ¡ya no les importa el frío! ¡Hasta que hace mucho frío, entonces se detienen!

Así no se congelarán en el punto de congelación sino a una temperatura más baja (que depende de la cantidad de sal que pongas dentro). Por ejemplo, el agua de mar que es un poco salada se congela a -2C (28.4F). ¡Pero si agrega más y más sal, la temperatura puede bajar hasta -20C (-6F)!

¡Así que también debe asegurarse de que su congelador se enfríe lo suficiente como para congelar su hielo salado en la cantidad que decidió usar!

En términos más serios: debido a efectos muy interesantes que tienen que ver con la entropía y con la forma en que se unen las moléculas, agregar sal al agua conduce a una disminución (a veces drástica) de la temperatura de congelación. Es como si el agua y la sal trataran de estar juntas tanto como sea posible y necesitaras temperaturas mucho más bajas para separarlas.

¿Existe el hielo salado?

Este es el mayor problema al que te tienes que enfrentar. El agua forma hielo, lo sabes. Te dije cómo las moléculas de agua comienzan a enfriarse y se detienen. ¡El problema es que las moléculas de sal no se sienten tan frías y seguirán funcionando!

Este es un gran problema porque a medida que hace que el agua salada se enfríe cada vez más, eventualmente (pero aún a una temperatura más fría que el agua pura) las moléculas de agua comenzarán a disminuir, pero la sal seguirá corriendo y, en algún momento, el agua será dejado atrás y la sal habrá corrido tan lejos que el agua y la sal ya no estarán juntas.

El resultado es que el agua se congelará pero la sal seguirá siendo sal, lamentablemente será "expulsada" del hielo.

Entonces, si haces tu experimento, no podrás diferenciar el hielo de agua del hielo salado porque ... ¡ambos son el mismo hielo!

(Hay un truco secreto para congelar agua salada: ¡debes hacer que se enfríe tanto y tan rápido que hasta la sal deje de correr! Pero debes hacerlo en un laboratorio con científicos profesionales ;) )

En términos más serios: el agua comenzará a congelarse muy, muy localmente, formando pequeños cristales de hielo que luego se expandirán. La sal será "expulsada" del cristal de hielo. ¡Es por eso que puedes hacer agua potable (¡ e incluso cerveza! ) a partir de icebergs que flotan en el mar! Esto se debe a que, al formar hielo, las moléculas de agua ahora prefieren estar juntas en una forma más ordenada y "lenta" en lugar de unirse ("jugar con") la sal.

¿Quizás un mejor experimento?

Tal vez un mejor experimento sea: ¿por qué no estudias el punto de congelación del agua salada?

Puedes tomar 10 vasos de agua. Se echa nada de sal en el vaso número 1, un poco de sal en el vaso número 2, un poco más en el vaso número 3 y así sucesivamente (pero recuerda: nunca más de 350g/1 litro, que serían aprox. 50g en un vaso de agua y eso es aproximadamente 8 cucharaditas de sal como máximo).

Luego lo mezclas mucho con una cuchara pequeña (¡muchísimo!), luego coges un sello de hielo y pones el agua del vaso número 1 en el primer sello, el agua salada del vaso número 2 en otro sello y así sucesivamente. . Recuerda marcar cuanta sal pones en cada vaso y que vaso pones en que sello por supuesto!!!)

Por último, mete los sellos en el congelador y espera un tiempo. Luego verifique: ¿se congelaron todos? Si no, ¿a qué cantidad de sal dejó de congelarse? ¡Anota tus resultados y explícalos!

Luego, haz otro experimento: toma todos los cubitos de hielo que se formaron (recuerda cuál es cuál), lávalos rápidamente con agua fresca de tu fregadero, pon cada uno de ellos en un vaso y espera hasta que se derrita (puedes contar el tiempo, ¡Pero todos se derretirán en el mismo tiempo que predigo! ¿Por qué? ¡Recuerda lo que discutimos antes!)

Entonces... ¡bebe el agua! ¿Se siente salado? ¿Por qué por qué no?

Otra cosa que podrías intentar es congelar agua y luego agregar sal encima: ¿cambia el tiempo que tarda el hielo en derretirse?

¡Cuéntanos cuáles son tus resultados!

El problema es interesante y relevante, por ejemplo, en relación con el hielo marino del Ártico o el hielo del glaciar Thwaites.

Supongo que mucho dependerá de si remueves o no. Si no remueves, el derretimiento creará agua dulce que permanecerá encima del agua salada más pesada. Entonces no esperaría que la diferencia fuera muy grande.

Perdón por una respuesta que no es realmente una respuesta. Esta no es mi área de especialización. ¡Buena suerte!

Agregar sal al agua reducirá el punto de congelación del agua, espero que lo mismo sea cierto para el hielo que contiene sal, es decir, el punto de fusión es más bajo cuando el hielo contiene sal.