¿Qué pasará si le echamos sal al agua hirviendo?

Bien, primero tenemos el fenómeno: Sí. agregar sal aumenta el punto de ebullición del agua, lo que significa que debe ingresar más energía para que el agua hierva, pero su huevo o pasta se cocinarán más rápido una vez que lo haga, porque el agua estará más caliente.

Luego está el por qué. El punto de ebullición de un líquido es la temperatura a la cual la presión de vapor del líquido es la misma que la presión atmosférica sobre el líquido. Si podemos aumentar artificialmente la presión de vapor del líquido, disminuimos la temperatura de ebullición. Si podemos disminuir artificialmente la presión de vapor del líquido, aumentamos la temperatura de ebullición. Entonces, la pregunta ahora es: ¿por qué disminuye la presión de vapor del agua cuando le agregamos sal?

Así que imagina una olla de agua. A cualquier temperatura dada, habrá algunas moléculas de agua en la fase gaseosa sobre la olla (ese es el origen de la presión de vapor), y algunas en la fase líquida dentro de la olla. La proporción en las dos fases está determinada por la interacción de la reducción de la energía potencial (disminuyendo la elevación de la gravedad, formando enlaces de hidrógeno, alineando los extremos polares de las moléculas, etc.) y aumentando la entropía (hay estados más accesibles en la fase gaseosa, la mayoría de los líquidos son incompresibles, etc.). La parte de energía potencial favorece la fase líquida, mientras que la parte de entropía favorece la fase gaseosa. El requisito real aquí es minimizar la energía libre, F = U - TS, siendo F la energía libre, U el potencial, T la temperatura y S la entropía. Como S está emparejado con la temperatura,

Así que ahora echamos un poco de sal, manteniendo la temperatura fija. La fracción de volumen del agua disminuye y, de repente, hay nuevos estados accesibles para las moléculas de agua en la fase líquida, por lo que la presión de vapor disminuye. Seguimos agregando sal y la presión de vapor sigue disminuyendo. Si seguimos adelante, eventualmente no habrá presión de vapor.

La ley de Raoult dice que la presión de vapor de una disolución es proporcional a la presión de vapor del disolvente puro (básicamente que hay una línea recta entre la presión de vapor pura y cero, cuando la hemos enterrado en sal). Eso se toma como la definición de una solución ideal. Las soluciones reales tienen una forma funcional curva entre las dos condiciones de contorno, y las desviaciones de la linealidad provienen de las interacciones entre el soluto (la sal) y el solvente (el agua). Esas interacciones pueden ser cosas como romper la red de enlaces de hidrógeno en el agua, interrumpir el arreglo de polarización (ambos favorecerán la fase gaseosa) o unirse/emparejarse con moléculas de agua (lo que favorecerá la fase líquida). A concentraciones relativamente bajas de soluto, los efectos de interacción son bastante pequeños. por lo que la dependencia de la presión de vapor de la concentración de soluto sigue siendo aproximadamente lineal. Sin embargo, la observación interesante es que a la mayoría de las temperaturas y para la mayoría de los solventes, no importa qué soluto use (siempre que el soluto en sí no tenga presión de vapor), la presión de vapor del solvente aún disminuye al agregar soluto (lo que indica que la contribución entrópica es la parte más importante y las interacciones no juegan un papel importante).

Ahora para resumir: para una concentración dada de sal disuelta en agua, hay más estados accesibles para las moléculas de agua en la fase líquida que en el agua pura. Entonces, a cada temperatura del agua, a medida que vertemos energía para hacerla hervir, habrá una presión de vapor más baja que la que habría habido sin la sal y, por lo tanto, no llegaremos al punto de ebullición hasta que el agua haya alcanzado una temperatura más alta. (hasta que hayamos vertido más energía de la que hubiéramos debido). La sal interrumpe la red de enlaces de hidrógeno en las moléculas de agua, pero el efecto no es muy grande en concentraciones razonables de sal, y nunca es lo suficientemente grande como para contrarrestar el efecto entrópico.

buena teoria

que tal una prueba

mi sobrina acaba de hacer 3 pruebas cada una con 2 tazas de agua y varió la cantidad de cucharadas de sal

0 y 1 cucharadas hervidas a unos 10,5 minutos 2 cucharadas hervidas a unos 9,3 minutos 3 unos 7,5 minutos y 4 hervidas a unos 6 minutos.

y ahora quiere saber por qué obtuvo esos resultados

La competencia es real, y no es competencia. La reducción en el calor específico del efecto polar inunda la minúscula elevación del punto de ebullición.

Cuando disuelve sal en agua, forma iones en solución, y los átomos iónicos atrapan una jaula de agua inmóvil a su alrededor. El efecto neto es que reduce el número de grados de libertad y reduce el calor específico. Entonces, una cantidad dada de energía térmica es más efectiva para calentar agua salada que agua ordinaria. El efecto es grande, vea la respuesta de kwinb para un experimento cualitativo.

Esto significa que cuando agrega sal al agua hirviendo, el acto de disolver la sal (que mantiene fija la energía interna o libera energía interna) es más que suficiente para calentar el agua a la nueva temperatura de ebullición. A menudo he agregado sal al agua hirviendo y esperaba que dejara de hervir momentáneamente para alcanzar el nuevo punto de ebullición. En cambio, constantemente noté hiper ebullición donde agregué la sal, y no hubo retraso de tiempo. La razón es el calor liberado a medida que se disuelve la sal.

Creo que el efecto dominante en realidad podría ser el hecho de que la sal que agrega podría no estar a temperatura de ebullición. Pero esto solo se basa en el hecho de que la elevación del punto de ebullición debido a la sal en el agua es bastante baja para las cantidades típicas de sal que se usan para cocinar, por ejemplo. Sin embargo, no estoy muy familiarizado con el segundo efecto que mencionas.