Punto de congelación

El punto de congelación indica a qué temperatura un líquido se solidifica. Explicamos qué es el punto de congelación, cómo se calcula, ejemplos, características y más.

¿Qué es el punto de congelación?

El punto de congelación se define como la temperatura a la que una sustancia llega a un punto de equilibrio en su transición de estado líquido a estado sólido. La sustancia a la que se alude es posible sea un compuesto, una mezcla o un elemento puro. A su vez, en teoría, toda la materia según la temperatura va decreciendo se va a ir congelando.

Es importante aclarar que no se requiere siempre de una temperatura extrema para encontrar el congelamiento de un líquido. En el caso de los icebergs se encuentra un ejemplo, pues son un tipo de masa de agua congelada. Así mismo, este es un fenómeno posible de ver de primera mano si se hace un seguimiento en tiempo real a lo que sucede con un baño de nitrógeno líquido o si se utiliza un congelador común.

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Según la temperatura va disminuyendo, las moléculas van a irse moviendo de modo más lento, y cuando llega el punto en que disminuye lo suficiente ese movimiento, su fuerza de atracción ocasiona que las moléculas lentas se mantengan casi que inmóviles, razón por la que el líquido va a tender a congelarse.

punto de congelacion

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¿Cómo se calcula el punto de congelación?

Hay cálculos fisicoquímicos con los que se obtiene un valor que se aproxima al punto de congelación respecto a otras presiones que no son de 1 atm o la presión ambiente. De todos modos, son cálculos que van a desembocar en una entalpía de fusión, pues la fusión es un proceso contrario a la congelación.

Cuando la concentración de impurezas en la sustancia es mayor, el descenso del punto de congelación también es mayor. Lo anterior se puede decir también como: entre menos es la fracción molar X de un sólido en una mezcla, se va a congelar a una temperatura menor.

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La ecuación que se comparte es la que se usa para dar cuenta del punto de congelación:

LnX= -(ΔFus/R)(1/T – 1/Tº)   (1)

  • R es la constante de los gases ideales y que se usa casi de manera universal
  • Tº es el punto de congelación normal (a presión ambiente)
  • T es la temperatura a la que se congelará el sólido a una fracción molar X.

Existen simplificaciones de la anterior ecuación, de la cual se obtiene la siguiente:

Tc= Kc . m

  • Tc es la diferencia que hay entre los puntos de congelación de una solución y del disolvente puro.
  • Kc es la constante molal de congelación. Si el disolvente es agua, el valor de la constante es de 1,86 °C Kg/mol.
  • m es la molalidad del soluto o impureza

Ejemplos del punto de congelación

  • Agua – Se congela alrededor de los 0°C. Si contiene un soluto como la sal o azúcar, el valor mengua.
  • Alcohol – Se congela a temperaturas más frías que el agua.
  • Etanol – Un tipo de alcohol con punto de congelación de -114°C.
  • Leche – Se congela a 0,54°C en promedio, aunque oscila entre -0,50°C y -0,56°C.
  • Mercurio – Un metal que se congela a -38.83°C.
  • Gasolina – Es complejo decirlo por sus características, pero se puede hablar de -200°C.

Características del punto de congelación

Denominación – Se conoce como punto de congelación o punto de congelamiento.

Cambio de fase – Describe el cambio de fase de una sustancia desde un estado líquido a un sólido.

Valores teóricos – Sus cálculos y estimaciones se hacen con valores teóricos, pues en la vida real hay otras variables que alteran su cálculo.

Sector alimenticio – Muy útil en sectores como el de alimentos, ya que la congelación de alimentos lo tiene muy en cuenta para la preservación de los productos.

Presión – Una presión de vapor menor relativa al líquido puro va a provocar que el punto de congelación de la solución se vea afectado.

Diferencia entre congelación y solidificación

La congelación es un proceso que depende de la temperatura, además de la pureza que tenga el líquido. Igualmente, es un equilibrio termodinámico. La solidificación se asocia más con un cambio que ocurre en la composición química de la sustancia que se va a solidificar, pero sin que sea totalmente líquida.

En conclusión, una congelación es una solidificación, pero una solidificación no es siempre una congelación. A su vez, si se quiere descartar el uso del concepto de solidificación, es necesario que se dé una fase líquida en equilibrio respecto al sólido de la sustancia en cuestión. Un ejemplo de ello son los icebergs, pues flotan sobre agua en estado líquido.

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