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sábado, 13 de agosto de 2011

Termodinámica para la canícula (iii)


-¡Vaya tostón que nos está pegando el amigo con la dichosa Termodinámica!¡Qué si el botijo!¡Qué si el aire acondicionado!

Es lo que tienen las tardes de agosto: Son largas y cunden. Además que hacía algún tiempo que tenía ganas de repasar algunos conceptos que, con el tiempo, nos son tan familiares (a algunos) que les perdemos la perspectiva.

Y la voz de manos a la obra sonó la otra tarde gracias a @jcmolinillo :

¿Un reto veraniego?
Hechos triviales, trucos.

¿Necesitas enfriar rápidamente una botella de vino, cava o unas cervezas? (Está claro que los imprevistos invitados no son abstemios) ¿Quién no ha leído: "Prepara un recipiente con hielo al que añadirás sal"? Y en invierno ¿no se echa sal a las carreteras heladas para "fundir" el hielo o prevenir su aparición?

En condiciones habituales aquí en la superficie terrestre, el agua, en su inmensa mayoría, se encuentra en forma líquida (en realidad las disquisiciones teóricas serían para agua químicamente pura; pero en este caso nos va a servir la de lluvia o del grifo).


Ya apunté como era, muy por encima, la estructura molecular del agua:

Agua
Simulación de agua líquida
Las moléculas de agua son como pequeños imanes que se orientan unos con otros como harían los imanes que conocemos. El átomo de oxígeno de una molécula atrae a uno de los átomos de hidrógeno de una molécula cercana. Es lo que se conoce como enlaces o puentes de hidrógeno.

A 0ºC el agua congela o el hielo funde. Es la temperatura de fusión del agua (pura). Las moléculas de agua pierden movilidad y se ordenan (de formas curiosas) formando el hielo. ¿Qué ocurre si añadimos sal?
La sal común, o cloruro sódico, es un compuesto formado por átomos de cloro y sodio unidos como imanes. No son moléculas, sino átomos con carga eléctrica que forman estructuras sólidas que pueden ser "rotas" al contacto con el agua: se disuelven.
Cloruro Sódico en Agua
Estructura del Cloruro Sódico
Y ¿por qué se disuelve en el hielo? ¿Recodáis que el agua líquida convive con moléculas de agua gaseosa en su superficie? Pues el hielo convive en su superficie con agua líquida.Y es aquí donde se disuelve la sal.
Y en esa situación ya no tenemos agua con sus puentes de Hidrógeno, sino una disolución de sal en agua. Cosa que es bien distinta. Para que os hagáis una idea, una disolución de un litro de agua con 230 gramos de sal (aproximadamente) congela a -21ºC. Y como seguramente hemos puesto más sal de la que el agua líquida que hay puede admitir, se ha de fundir más hielo para disolver ese exceso de sal (Qué sabia es la Naturaleza. Esto tiene su explicación termodinámica, pero lo dejamos para otra vez, si gustan). Y de dónde se saca calor para fundir ese hielo: del entorno, o sea de las botellas calientes que habéis puesto. El hielo se calienta y se funde y las botellas se enfrían.
Y vuestros invitados tan contentos gracias a vuestra diligencia en aplicar vuestros conocimientos de Termodinámica.