Punto de congelación de una disolución de sal disuelta en agua

Química. Hipótesis. Objetivos. Material. Procedimiento. Congelamiento de mares y lagos

  • Enviado por: Quillo
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DEPENDENCIAL DEL PUNTO DE CONGELACIÓN DE UNA DISOLUCIÓN DE LA CANTIDAD DE SAL DISUELTA EN AGUA

INTRODUCCIÓN TEORICA:

Punto de congelación: Punto de solidificación o Punto de congelación, temperatura a la que un líquido sometido a una presión determinada se transforma en sólido.

El punto de solidificación de un líquido puro (no mezclado) es en esencia el mismo que el punto de fusión de la misma sustancia en su estado sólido, y se puede definir como la temperatura a la que el estado sólido y el estado líquido de una sustancia se encuentran en equilibrio. El punto de solidificación o el punto de fusión de una sustancia pura puede definirse como la temperatura a la que la solidificación o fusión continúan una vez comenzado el proceso.

Para que un líquido se solidifique, necesita tener un núcleo (un punto de orden molecular) alrededor del cual puedan cristalizar las moléculas desordenadas. La formación de un núcleo depende del azar, pero una vez formado, el líquido sobreenfriado se solidificará rápidamente. El punto de solidificación de una disolución es más bajo que el punto de solidificación del disolvente puro antes de la introducción del soluto (sustancia disuelta).

La cantidad a la que desciende el punto de solidificación depende de la concentración molecular del soluto y de que la disolución sea un electrólito. La masa molecular de una sustancia desconocida o no identificada puede determinarse midiendo la cantidad que desciende el punto de solidificación de un disolvente. Este proceso que determina las masas moleculares se denomina crioscopía. El punto de solidificación de la mayoría de las sustancias puede elevarse aumentando la presión.

Disolución: Disoluciones, en química, mezclas homogéneas de dos o más sustancias. La sustancia presente en mayor cantidad suele recibir el nombre de disolvente, y a la de menor cantidad se le llama soluto y es la sustancia disuelta.

Las disoluciones verdaderas se diferencian de las disoluciones coloidales y de las suspensiones en que las partículas del soluto son de tamaño molecular, y se encuentran dispersas entre las moléculas del disolvente.

Hipótesis: Hipótesis, término procedente del griego que designa, etimológicamente, `aquello que se encuentra debajo de algo sirviéndole de base o fundamento'.

Asimismo, puede definirse como una proposición cuya verdad o validez no se cuestiona en un primer momento, pero que permite iniciar una cadena de razonamientos que luego puede ser adecuadamente verificada. Así, un `razonamiento por hipótesis' es aquel que comienza `suponiendo' la validez de una afirmación, sin que ésta se encuentre fundamentada o sea universalmente aceptada. La formulación de hipótesis adecuadas y correctamente fundamentadas en la experiencia es uno de los rasgos esenciales del método científico

OBJETIVO

Averiguar el punto de congelación de el agua, y del agua con sal.

MATERIAL

  • Congelador

  • 4 vasos pequeños iguales

  • 2 vasos grandes iguales

  • Agua y sal común

PROCEDIMIENTO

  • Preparare el material anteriormente dicho.

  • Are una hipótesis para ver si mis conocimiento concuerdan con el experimento.

  • En los 4 vasos pequeños pondré la misma cantidad de agua, y en cada uno de ellos, iré añadiendo sal, de tal modo que me quedare con 1 vaso sin sal, otro con una cucharada, otro con dos y el cuarto con 3 cucharadas. En los 2 vasos grandes aré lo mismo que en los pequeños, pondré la misma cantidad de agua y en uno no echare sal y en el otro echare 3 cucharadas.

  • Pondré todos lo vasos en el congelador, e iré mirando periódicamente el cambio del agua a hielo. Mientras voy apuntando lo que sucede.

  • Finalmente, si concuerda con mi hipótesis mi experimento estará bien echo, pero si no concuerda con mi experimento tendré que volver a hacerlo.

  • Hipótesis realizada:

    • Creo que cuanta menos sal haya en el vaso de agua la congelación será más rápida.

    • Cuanta más sal y menos agua se congelara más rápido.

    • Cuanta menos sal y más agua se congelara mas lento.

    • Si solo hay agua en el vaso, el punto de congelación del agua no-se vera afectada.

    OBSERVACIONES

    0 min

    15 min

    30 min

    45 min

    60 min

    1:30 min

    3h

    24 h

    Vaso pequeño Sin sal.

    No pasa nada.

    Fina capa de hielo.

    Capa de hielo.

    Capa de hielo, por abajo el vaso esta congelado y por el medio hay agua.

    Capa mas o menos grueso, se va congelando de fuera hacia dentro del vaso.

    Totalmente sólido.

    Totalmente sólido.

    Totalmente sólido.

    Vaso pequeño ·1 cucharada de sal.

    No pasa nada.

    Nada.

    Capa muy fina de hielo, la salga esta congelada, al meter la mano el agua esta mas fría que sin sal.

    Fina capa de hielo.

    Capa de hielo, dentro del vaso ha finas laminas de hielo.

    Totalmente sólido. Con gotas de agua por encima.

    Totalmente sólido.

    Totalmente sólido.

    Vaso pequeño ·2 cucharadas de sal.

    No pasa nada.

    Nada.

    Capa muy fina de hielo, la salga esta congelada, al meter la mano el agua esta más fría que sin sal.

    Fina capa de hielo.

    Capa de hielo, dentro del vaso ha finas laminas de hielo.

    Totalmente sólido.

    Totalmente sólido.

    Totalmente sólido.

    Vaso pequeño ·3 cucharadas de sal.

    No pasa nada.

    Nada.

    Capa muy fina de hielo, la salga esta congelada, al meter la mano el agua esta más fría que sin sal.

    Fina capa de hielo.

    Capa de hielo.

    Aun queda agua por congelarse pero poca.

    Esta granizado.

    Totalmente congelado.

    Vaso grande Sin sal.

    No pasa nada.

    Escarcha a rededor de agua.

    Fina capa de hielo.

    Capa de hielo

    Capa de hielo. El hielo coge la estructura del vaso.

    Aun queda mucho agua.

    Aun queda bastante por congelar.

    Queda muy poco agua por congelar.

    Vaso grande ·3 cucharadas de sal.

    No pasa nada.

    Nada.

    Capa muy fina de hielo.

    Fina capa de hielo, la salga esta congelada.

    Capa de hielo. El hielo coge la estructura del vaso.

    Queda agua.

    Todo congelado.

    Totalmente congelado.


    CONCLUSIÓN

    • Al añadir la sal al vaso con agua, el agua tarda mas en congelarse.

    • Al poner la mano en los diferentes vasos he podido observar que el agua puede sin sal puede congelarse mas rápidamente sin estar tan fría, pero en los vasos que había sal el agua estaba mas helada y no estaba congelada.

    • Según mis pensamientos iniciales realizados en la hipótesis concuerdan con el experimento.

    Congelamiento de lagos y mares

     

    Si bien el agua es una sustancia cuya presencia en nuestro planeta es bastante común, su comportamiento fisicoquímico no lo es. Tiene una de las capacidades caloríficas más elevadas que se conocen, es uno de los mejores solventes que existen y sus temperaturas de fusión y evaporación se alejan mucho de las de los demás hidruros de oxígeno. Pero tal vez la anomalía que mejor caracteriza al agua pura, por ser también la más conocida, está relacionada con la forma en la que depende su densidad con la temperatura. La mayoría de las sustancias aumentan de densidad a medida que las enfriamos, pero el agua pura (o casi pura, es decir, con pocas sales disueltas) no se comporta así. Si enfriamos una porción de agua pura observaremos que su densidad va a aumentando, pero no hasta el punto de fusión, sino que llega a un máximo y después empieza a descender. Dicha temperatura se llama, obviamente, temperatura o punto de máxima densidad y para el agua pura es de casi cuatro grados centígrados. Aún al sufrir la transición de fase al estado sólido, es decir, al convertirse en hielo, la densidad del agua disminuye aún más, lo que es la razón de que el hielo flote. Este no es, precisamente, el comportamiento más común en un fluido.

    Lo anterior tiene como consecuencia un fenómeno natural sin el cual, muy probablemente, la vida lacustre en altas latitudes no se hubiera dado. Se trata de la congelación superficial de los lagos, los cuales constan -en general- de agua con una muy baja salinidad. Supongamos un lago que se encuentre a cualquier temperatura por encima de la de máxima densidad. El viento que sopla sobre su superficie enfría la capa superior de agua, haciéndola más densa y, por lo tanto, obligándola a hundirse. Una nueva masa de agua, menos densa que la anterior, subiría hasta la superficie para substituirla, en un proceso llamado convección. Mientras el viento siga enfriando capas superficiales de agua la convección continuará haciendo bajar la temperatura del lago, hasta que éste alcance la temperatura de máxima densidad. Un enfriamiento posterior de la capa superior de agua hará que ésta se vuelva menos densa y se quede en la superficie, enfriándose más y más hasta alcanzar la temperatura de fusión. Una vez congelada el agua, ésta sigue permaneciendo en la superficie, enfriando las capas inmediatamente inferiores y sustituyendo la acción del viento en un proceso que puede continuar todo el invierno haciendo crecer la capa de hielo (por supuesto hay elementos que se contraponen al congelamiento, si no fuera así el lago se congelaría completamente de arriba hacia abajo). De esta forma, un lago puede estar congelado (siempre superficialmente) aún cuando la temperatura ambiente esté varios grados por encima del punto de fusión (gracias al viento).

    Hemos estado hablando enfáticamente de agua pura o casi pura. ¿Por qué? Porque a medida que aumenta la salinidad del agua disminuye su punto de fusión (por ejemplo, se le puede agregar sal al agua del radiador de un coche, a manera de rudimentario anticongelante). Hemos dicho que el agua pura o casi pura tiene un punto de máxima densidad por arriba del punto de fusión. Pero si el agua tiene cierta salinidad superior a un valor dado, la cosa es al revés, es decir, el agua salada tiene un comportamiento “más normal” que la pura. Así, sustituyamos el lago del ejemplo anterior por el mar. El viento enfriará y enfriará capas superficiales de agua y la convección hará que se homogeneice la temperatura de toda la masa de agua, solo que ahora el proceso se detendrá hasta que una cierta porción de agua se congele. Efectivamente, aún el agua salada sigue teniendo el mismo comportamiento anómalo al fundirse: su hielo es menos denso y flota. El resultado final es el mismo que en el lago, es decir, el mar se congela superficialmente. Si el agua salada fuera más densa en la fase sólida que en la líquida, la convección continuaría, hundiendo trozos de hielo, hasta que la masa completa de agua se hubiera congelado. No es necesario decir que esto no ocurre.

    La diferencia en el proceso de congelación entre un lago y el mar es que para que se congele el agua marina se requiere que la temperatura del aire por encima de la superficie sea menor que la del punto de congelación, requisito innecesario en el caso del lago, como ya habíamos dicho. Esta es la razón principal de que para que se congele el agua de mar se necesite un ambiente más frío que el que se requiere para congelar un lago. Otros factores que intervienen, son la disminución del punto de fusión con la salinidad y el hecho de que, debido a la convección, toda la columna de agua tiene que enfriarse hasta el punto de congelación (a diferencia del caso con el agua dulce). Esta última razón es la causante de que los mares se congelen sólo en zonas someras, como cerca de la costa. Por todo esto, en una misma región del planeta, o en regiones que tienen condiciones atmosféricas similares, pueden existir lagos congelados aún cuando el mar continúa siendo fluido; éste sólo se congela en zonas muy frías, como en los polos o en altas latitudes.