Mezcla frigorifica

Mezcla frigorífica: mezcla de hielo y sal.
Al mezclar hielo machacado o nieve a 0 ºC con alguna sustancia soluble en agua, tiene lugar una disminución de la temperatura que depende de la cantidad de sustancia añadida: para un valor determinado de dicha sustancia se alcanzará una disminución máxima.

Cada sistema (agua + sal soluble) tendrá una proporción característica con la que se lograráel máximo descenso de temperatura.
Para lograr que se solidifique una disolución salina de agua debemos lograr que su temperatura disminuya por debajo de 0 ºC tanto más cuanto más concentrada esté. Este fenómeno es semejante al que ocurre al calentar una disolución de sal en agua a la presión de 1 atmósfera: si el agua contiene sales no hierve a 100 ºC, necesita una temperatura mayor.Explicación
Al añadir sal a temperatura ambiente al hielo troceado, el calor pasa de la sal al hielo y éste empieza a fundirse. En las caras de los trozos de hielo que están en contacto con la sal ésta se disuelve en el agua.
Cada vez se funde más hielo porque la disolución concentrada tiende a diluirse y el hielo al fundirse absorbe calor de la disolución en una proporción equivalente al calor latentede fusión del hielo (80 calorías por gramo fundido). Al perder esta energía la disolución saturada se enfría y su temperatura va descendiendo por debajo de 0 ºC.
Finalmente se alcanza el equilibrio entre el hielo, la sustancia sólida en exceso y la disolución saturada, que en unas condiciones de presión dadas y para cada sal, queda perfectamente definido. Cada mezcla frigorífica alcanza unatemperatura mínima determinada.
Las mezclas así obtenidas producen descensos notables de la temperatura y se denominan mezclas frigoríficas.
Las sales utilizadas deben ser muy solubles en agua a bajas temperaturas.
Nuestra experiencia

En nuestra experiencia hemos mezclado en capas alternativas hielo machacado y sal en un vaso de 600 ml en la proporción de cuatro partes de hielo por una de sal.Logramos una temperatura de -18 ºC.
Para machacar el hielo, colocamos los cubos de hielo en un paño, hicimos un hatillo, lo anudamos y lo golpeamos contra un suelo de plaquetas.
Metiendo un tubo de ensayo con agua dentro de este vaso logramos congelarla y que su temperatura descendiera por debajo de cero grados.
El agua de este tubo de ensayo la utilizamos para estudiar los cambios de estadoen otra práctica.

La mezcla frigorífica (o criogénica): El papel de la sal
La mezcla frigorífica, como se ha dicho, está formada por hielo y sal gruesa. Vamos a tratar de explicar cómo actúa de dos formas diferentes. La primera, centrándonos en el mecanismo de interacción entre las moléculas e iones presentes en el sistema, un modo bastante intuitivo y no por ello menos riguroso (Walker,1984). La segunda explicación que vamos a dar, más rigurosa, está basada en la termodinámica.
El funcionamiento de la mezcla frigorífica
Supongamos que se parte de agua pura que se enfría, no importa ahora por qué mecanismo. El enfriar significa extraer energía de líquido, concretamente, energía cinética de sus moléculas. Cuando se alcanza los 0 ºC, a 1 atm, empiezan a producirse cristales de hielo.Si se continua extrayendo calor las moléculas de agua que se van ralentizando chocan con el hielo y se incorporan al cristal (no se olvide que la temperatura representa una medida promedio de la energía cinética molecular). Sin embargo, en estas condiciones, algunas de las moléculas del cristal de hielo se liberan y vuelven al líquido.
Existe pues un estado de equilibrio y la temperaturapermanece constante. En algunos casos, por ejemplo si se enfría muy lentamente, es posible bajar del punto de congelación sin que se forme hielo, es el subenfriado (se trata de un estado metaestable), existe un equilibrio entre sólido y liquido. Cuando prácticamente toda el agua se ha solidificado continúa el descenso de la temperatura, pero ahora el calor específico ha cambiado de valor, ha pasado,...