Derretir Hielo con Sal: Descripción y propiedades

¿Por qué la sal derrite el hielo?

Cuando se vive en un lugar donde cae mucha nieve, como en la Figura 1, es común ver sal esparcida sobre las carreteras heladas para derretirla. ¿Por qué la sal derrite el hielo? Para responder completamente a esta pregunta, a continuación se explicarán en detalle las propiedades químicas de las moléculas de sal y de agua. Para simplificar, la razón por la que la sal derrite el hielo se debe a las cargas positivas y negativas de las dos moléculas.

Agua helada

Para comprender el concepto de cómo la sal derrite el hielo, lo primero que hay que saber es la estructura química y las propiedades de las moléculas de agua. Las moléculas de agua están compuestas por un átomo de oxígeno con una carga ligeramente negativa y dos átomos de hidrógeno con una carga ligeramente positiva. Debido a la diferencia de carga, estas moléculas se consideran polares, lo que se analizará con más detalle a continuación.

El agua dulce tiene un punto de congelación de 32 grados Fahrenheit o 0 grados Celsius. Esto se debe al enlace de hidrógeno que se produce entre moléculas de agua individuales que crean una red ( Figura 2 ).

Los enlaces de hidrógeno se producen entre las moléculas de agua debido a que la carga ligeramente negativa del átomo de oxígeno es atraída por la carga ligeramente positiva de otros átomos de hidrógeno. Cuando la temperatura se enfría lo suficiente, las moléculas pierden energía térmica y no se mueven tanto, lo que cementa la red de enlaces de hidrógeno y produce hielo.

Moléculas de agua polares

Las moléculas de agua son polares porque tienen un lado positivo y otro negativo. Los átomos de hidrógeno crean el lado positivo de la molécula y el lado negativo lo crea el átomo de oxígeno ( Figura 3 ). Dado que estas moléculas están cargadas de esta manera cuando flotan libremente, se adhieren y separan de otras moléculas de agua como los imanes. Este proceso puede ser muy rápido cuando hay calor, como en el estado gaseoso, o muy lento e incluso bloqueado, como en el estado sólido.

Enrejado de hielo

Cuando la temperatura llega al punto de congelación del agua, los enlaces de hidrógeno comienzan a establecerse entre las moléculas de agua creando una red. La falta de energía térmica ralentiza las moléculas lo suficiente como para mantenerlas en su lugar. En agua dulce, esto ocurre a 32 grados Fahrenheit o 0 grados Celsius. Si se agrega sal a esta mezcla, el punto de congelación será menor. Consulte la Figura 2 para ver cómo se forma la red.

¿Qué le hace la sal al hielo?

Ahora que ya se han explicado las propiedades de las moléculas de agua, el siguiente paso es saber de qué está compuesta la sal y las propiedades que tiene. Esto mostrará cómo la sal en realidad no enfría el hielo, sino cómo y por qué interactúa con otras moléculas de la forma en que lo hace.

Composición de la sal

La sal está formada por dos iones o átomos cargados que son sodio (Na) y cloruro (Cl). El sodio tiene carga positiva y el cloruro tiene carga negativa. Estos átomos tienen un enlace fuerte porque cada uno se dona electrones entre sí, uniéndolos estrechamente. Sin embargo, cuando se agrega sal, o NaCl, a otras moléculas polares, como el agua, los iones de sal se rompen y se adhieren a su correspondiente parte de las moléculas de agua con carga opuesta.

El cloruro de sodio no es la sal más común que se usa en aceras y carreteras, pero se tratará más adelante.

Los iones se unen a las moléculas de agua

Como se mencionó anteriormente, cuando se coloca en agua, la nueva solución de agua salada comienza a romper los enlaces de NaCl para que cada ion se una a las moléculas de agua. Esto rompe los enlaces de hidrógeno entre las moléculas a un ritmo que depende de la cantidad de sal que se agrega al agua. Una vez descompuesto, el sodio se une al lado del oxígeno de la molécula de agua, mientras que el cloruro se une al lado del hidrógeno, lo que hace que los enlaces de hidrógeno sean irrelevantes.

Rompiendo la red de hielo

Dado que los enlaces de hidrógeno no son muy comunes debido a la adición de iones de sal, la red que solidifica el hielo se rompe. El ion cloruro se une a los átomos de hidrógeno y el sodio se une a los átomos de oxígeno, rompiendo así los enlaces de hidrógeno entre las moléculas de agua. Esto no significa que el agua salada no pueda congelarse jamás. Una simple observación del océano muestra que hay casquetes polares en los polos norte y sur. El agua salada aún puede congelarse, pero requiere un punto de congelación más bajo. El punto de congelación del agua salada suele rondar los 15 grados Fahrenheit, dependiendo de la concentración de sal del agua.

¿La sal enfría el hielo?

La sal no enfría el hielo; solo reduce el punto de congelación del agua al interrumpir los enlaces de hidrógeno entre las moléculas de agua. Esto se llama depresión del punto de congelación. Entonces, aunque el punto de congelación del agua salada sea más bajo que el del agua dulce, eso no significa que el hielo salado esté más frío que el hielo fresco. Solo significa que se necesita una temperatura más baja para crear la red de hielo, pero una vez formada, los dos tipos de hielo están a la misma temperatura.

¿Cuánto tiempo tarda la sal en derretir el hielo?

No existe un tiempo determinado para que la sal derrita el hielo porque depende de muchos factores diferentes. Dos factores que afectan el derretimiento del hielo con sal son la concentración de sal agregada y la temperatura ambiente. La temperatura ambiente ayuda a determinar la velocidad de reacción para el derretimiento del hielo; sin embargo, el cálculo completo para determinar qué tan rápido se necesita la sal para derretir el hielo es más complicado de lo que una persona promedio necesita para limpiar una acera helada.

Diferentes sustancias para derretir el hielo

El cloruro de sodio es la sal doméstica más común que se encuentra en la despensa y en la mesa de la cocina. Sin embargo, esta no es la sal más común que se usa para descongelar carreteras y aceras. Los otros tipos de sales utilizan el mismo mecanismo para romper los enlaces de hidrógeno, pero están formadas por sustratos atómicos diferentes. Las diferentes sales (junto con otros compuestos inorgánicos) que se utilizan para derretir el hielo son:

• cloruro de calcio
• cloruro de magnesio
• acetato de sodio

Tipos de sales

El cloruro de sodio no se usa comúnmente para derretir o prevenir la formación de hielo porque solo reduce el punto de congelación del agua a 15 grados Fahrenheit. El cloruro de magnesio es más eficaz para reducir el punto de congelación, ya que lo reduce a 5 grados Fahrenheit. Incluso más eficiente que el cloruro de magnesio es el cloruro de calcio, que hace que el agua tenga un punto de congelación de -20 grados Fahrenheit. Esta sal es la más eficaz ya que comprende tres iones que rompen los enlaces de hidrógeno entre las moléculas de agua. Desafortunadamente, el inconveniente ecológico del uso de esta sal para descongelar es la contaminación por metales pesados ​​en el medio ambiente.

Azúcar, bicarbonato de sodio y alcohol

La sal no es la única sustancia que se puede utilizar para derretir el hielo. Aunque no es tan eficaz como la sal, también se puede utilizar bicarbonato de sodio, azúcar y alcohol. Dado que el bicarbonato de sodio es un tipo de sal, reduce el punto de congelación del hielo y es menos corrosivo que la sal más común, el cloruro de calcio. El azúcar y el alcohol también reducen el punto de congelación del hielo y, por tanto, pueden utilizarse para derretir hielo. Todas estas sustancias funcionan de manera similar a la sal al interactuar con los enlaces de hidrógeno entre las moléculas de agua.

Resumen de la lección

Muchas áreas alrededor del mundo usan sales para descongelar las carreteras y aceras. Se utiliza sal porque reduce el punto de congelación del agua, permitiendo que el hielo se derrita. Esto ocurre debido a las propiedades polares del agua y a los enlaces de hidrógeno que se producen entre las moléculas de agua. Los enlaces de hidrógeno se producen entre el átomo de oxígeno cargado negativamente de una molécula y el átomo de hidrógeno cargado positivamente de otra.

Las moléculas de sal interrumpen este enlace de hidrógeno ya que la sal está formada por iones con cargas opuestas. Estos iones se rompen cuando entran en contacto con las moléculas de agua y se unen al oxígeno o al hidrógeno, afectando así los enlaces de hidrógeno del agua y permitiéndole permanecer líquida por más tiempo. Hay tres sales principales que se utilizan para deshielo de carreteras y son: cloruro de calcio, cloruro de magnesio y acetato de sodio. Si bien estos son muy eficientes para deshielo de carreteras, existe una preocupación ecológica al usarlos debido a la contaminación por metales pesados.