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#1:
¿Qué ocurre cuando dos sólidos entran en "contacto"?
La pregunta no es baladí para el caso de los cristales de hielo y los cristales de cloruro sódico.
La pregunta no es baladí para el caso de los cristales de hielo y los cristales de cloruro sódico.
#2:
#1 El quid del asunto es que la superficie del hielo no mantiene la estructura cristalina subsuperficial, que se pierde progresivamente, debido a efectos de frontera. Es decir: la superficie del hielo no es sólida, sino líquida, permitiendo así la rápida disolución de sal y el avance de la capa líquida hacia el interior debido al descenso crioscópico.
http://lptms.u-psud.fr/membres/trizac/Ens/L3FIP/Ice.pdf (*)
El planteamiento del autor sólo tendría sentido en hielo sin impurezas y a muy baja temperatura (a menos de -30C, como mínimo). Pero esa temperatura es inferior a la de congelación de la disolución de agua-sal, como se aprecia en el enlace del segundo comentario en el blog (http://en.wikipedia.org/wiki/File:WatNaCl.png). Así que, como mucho, observaríamos el efecto de frontera que comentaba. Desconozco si se ha estudiado detenidamente: velocidad de interacción sólido-sólido en comparación, relación de ésta con la temperatura, si llega a detenerse al bajarla, etc.
*P.S. - Espero que el señor Trizac (http://lptms.u-psud.fr/membres/trizac/) no se meta en un lío por haber colgado ese artículo de pago (http://dx.doi.org/10.1063/1.2169444) en la página habilitada para sus estudiantes (http://lptms.u-psud.fr/membres/trizac/Ens/L3FIP.html) y haber sido luego enlazado desde la wikipedia (https://en.wikipedia.org/wiki/Ice#cite_note-8), nada menos...
http://lptms.u-psud.fr/membres/trizac/Ens/L3FIP/Ice.pdf (*)
El planteamiento del autor sólo tendría sentido en hielo sin impurezas y a muy baja temperatura (a menos de -30C, como mínimo). Pero esa temperatura es inferior a la de congelación de la disolución de agua-sal, como se aprecia en el enlace del segundo comentario en el blog (http://en.wikipedia.org/wiki/File:WatNaCl.png). Así que, como mucho, observaríamos el efecto de frontera que comentaba. Desconozco si se ha estudiado detenidamente: velocidad de interacción sólido-sólido en comparación, relación de ésta con la temperatura, si llega a detenerse al bajarla, etc.
*P.S. - Espero que el señor Trizac (http://lptms.u-psud.fr/membres/trizac/) no se meta en un lío por haber colgado ese artículo de pago (http://dx.doi.org/10.1063/1.2169444) en la página habilitada para sus estudiantes (http://lptms.u-psud.fr/membres/trizac/Ens/L3FIP.html) y haber sido luego enlazado desde la wikipedia (https://en.wikipedia.org/wiki/Ice#cite_note-8), nada menos...
Comentarios
¿Qué ocurre cuando dos sólidos entran en "contacto"?
La pregunta no es baladí para el caso de los cristales de hielo y los cristales de cloruro sódico.
#1 El quid del asunto es que la superficie del hielo no mantiene la estructura cristalina subsuperficial, que se pierde progresivamente, debido a efectos de frontera. Es decir: la superficie del hielo no es sólida, sino líquida, permitiendo así la rápida disolución de sal y el avance de la capa líquida hacia el interior debido al descenso crioscópico.
http://lptms.u-psud.fr/membres/trizac/Ens/L3FIP/Ice.pdf (*)
El planteamiento del autor sólo tendría sentido en hielo sin impurezas y a muy baja temperatura (a menos de -30C, como mínimo). Pero esa temperatura es inferior a la de congelación de la disolución de agua-sal, como se aprecia en el enlace del segundo comentario en el blog (http://en.wikipedia.org/wiki/File:WatNaCl.png). Así que, como mucho, observaríamos el efecto de frontera que comentaba. Desconozco si se ha estudiado detenidamente: velocidad de interacción sólido-sólido en comparación, relación de ésta con la temperatura, si llega a detenerse al bajarla, etc.
*P.S. - Espero que el señor Trizac (http://lptms.u-psud.fr/membres/trizac/) no se meta en un lío por haber colgado ese artículo de pago (http://dx.doi.org/10.1063/1.2169444) en la página habilitada para sus estudiantes (http://lptms.u-psud.fr/membres/trizac/Ens/L3FIP.html) y haber sido luego enlazado desde la wikipedia (https://en.wikipedia.org/wiki/Ice#cite_note-8), nada menos...
#2 "La superficie del hielo no mantiene la estructura cristalina subsuperficial"... Bueno, en superficie el hielo es hielo o deja de ser hielo y es agua líquida. Subsuperficial sería por debajo de la superficie. He entendido lo que has querido decir. No obstante, el quid está en cómo se produce la interacción entre los iones del ClNa cristalino y las moléculas del hielo, sólidas. ¿Cómo se arreglan los átomos de ambas sustancias en estado sólido? ¿Qué aporte energético necesitan (externo) para arreglarse? Una vez se "rearreglan" se encuentra el compuesto eutéctico de iones sal-agua, que es lo que, efectivamente, "penetra" en el cristal, mientras se halle la molalidad adecuada.
#3
Te entiendo, pero el problema es que eso es intrínseco al hielo: el hielo es así hasta temperaturas realmente muy bajas. Su superficie no es cristalina, y la interfase líquido-cristal no está bien definida. No es posible afirmar "aquí se acaba el cristal y empieza el agua" más que de una forma macroscópica.
El autor habla continuamente de nieve, y de cómo podría la sal fundir ésta. Por ello, la explicación según una interacción cristal-cristal no es correcta para las temperaturas, presiones y pureza que se observan habitualmente en la superficie del planeta. Aunque, como decía en el comentario anterior, sería interesante conocer su dinámica cuando sí podría darse: en hielo con muy pocas impurezas y a muy baja temperatura.
No tengo conocimientos de física de superficies suficientes, pero sospecho que en esa situación la solvatación por varias moléculas de agua y consiguiente disociación de una molécula de sal mediada por la vibración (térmica) de ambas redes cristalinas es estadísticamente improbable, haciendo el proceso muy lento.
#4 Suscribo lo que dices. De hecho el artículo comienza así: No he titulado esta entrada "cómo la sal derrite la nieve” porque la mera cuestión ya me produce demasiadas dudas.
El autor está lanzando esa pregunta. Es una pregunta sobre lo cotidiano, sobre lo cercano, pero encierra algo que no resulta nada intuitivo, que va más allá de las propiedades de cambio de fase. Por eso me parece interesante.
#5 Sí, es muy interesante. Pero me temo que el autor no es consciente de lo que comentamos, y asume -induciendo a error a quien lo lea- que el hielo común que forma la nieve es un cristal también en su superficie. Por eso le produce dudas esto y no sólo el caso exótico de hielo realmente muy frío y sin impurezas. Por ejemplo, se refiere a casos cotidianos*:
Y análogamente con las otras sorprendentes hipótesis finales alternativas, para "poder tener líquido" en la nieve, asumiendo que no lo había. Disipación de energía cinética en forma de calor al "chocar" la sal y la nieve, equilibro térmico con la nieve si la sal está a temperatura mayor, "efecto invernadero" de los granos de sal, etc.
*P.S. - Como nota al margen, acabo de ver que la sal (cloruro cálcico) que esparcen en lugares fríos como Viena tiene como razón de ser que su disolución es bastante exotérmica, potenciando así el efecto sin tener que usar enormes cantidades de sal común o si se desea que actúe rápidamente. Y si se ha de lidiar con casos extremos, su temperatura de congelación es bastante inferior a la de una disolución de sal común, alrededor de -50C en el mejor de los casos. ¡Curioso!
http://www.phasediagram.dk/binary/calcium_chloride.htm
http://www.calciumchloride.com/deice.shtml
http://chemistry.about.com/b/2010/12/09/what-is-the-best-deicer.htm
#5 #6
Al ir a cerrar la página y acostarme, acabo de ver que aparentemente eres el editor del blog... La verdad es que ni se me había pasado por la cabeza, al verte hablar en tercera persona... ¿Es un blog colaborativo, o estoy en un error?
Me parece que ahora sí.
#6 Supongo, que, "en contacto", los iones Na+, menos "voluminosos" que los del Cl- pueden "entrar" en la estructura de las moléculas de agua. Cuando se produce "esa interacción", esos iones positivos atraen o "buscan" (enlace covalente) los átomos de oxígeno de las moléculas del agua. Los puentes de hidrógeno se debilitan... y, bueno, se va evitando la congelación. Esto es lo que se discute. Es decir, ¿es suficiente la energía potencial que se produce por la diferencia de electronegatividad? En todo caso, la pregunta parece pertinente tal y como está formulada ("Una pregunta sobre la sal y la nieve", sin más), pues no es que la sal derrita la nieve, sino que, más bien, se disuelve "en" ella.
#8 Las moléculas de NaCl están atrapadas en la red cristalina de la sal, y son las moléculas de agua líquida las que se adaptan a su superficie, modificando continuamente su débil estructura de puentes de hidrógeno. Al ocurrir esto, tanto la zona de carga positiva como la negativa de las moléculas de agua están sometidas a un potencial eléctrico capaz de romper los débiles puentes de hidrógeno entre ellas, debido al alto momento dipolar de las moléculas de NaCl, un enlace iónico. La diferencia de tamaño H Na es pequeña, y la geometría sencilla de la red de NaCl permite que tanto el H como el O puedan actuar sobre el Cl y Na respectivamente, solvatándose progresivamente con varias moléculas de agua y debilitando el enlace iónico hasta romperlo.
(artículo completo -de pago-: http://www.london-nano.com/research-and-facilities/highlight/computer-simulations-reveal-how-salt-crystals-dissolve-in-water )http://www.elmhurst.edu/~chm/vchembook/171solublesalts.html
El primer desencadenante del proceso es la interacción H Cl, debido al gran diámetro de éste y su elevada polarizabilidad (reparto de carga), como se ve en la siguiente simulación computacional:
Sin embargo, en una interacción cristal-cristal las moléculas de agua están atrapadas en una red cristalina también, de modo que el contacto es puntual y no extendido a toda la superficie, y carecen de libertad para adaptarse al otro cristal de sal. Aún así, el proceso debería seguir iniciándose allá donde varios H estén cerca de un Cl, pero esto es ahora menos frecuente. Y además el progreso de la solvatación es más difícil, al depender inicialmente de la vibración térmica de ambas redes para aproximar suficientemente varias moléculas de agua a a una de sal (como bien señala #10 con otros ejemplos de naturaleza diferente, es fundamental el calor aun sin llegar a la temperatura de fusión). Es muy probable que la disolución no se produzca si la temperatura baja apreciablemente y la agitación térmica disminuye, por eso coincido contigo en que es un fenómeno interesante.
#11 Qué va. Todo el mundo tiene aficiones o dos o tres áreas que le interesan. Máxime si estudia algo relacionado. Todos aprendemos de todos, en la medida que haya tiempo, ganas y resulte entretenido.
Si te interesa el asunto, los enlaces que adjunto en #12 -en respuesta a otro comentario-, son bastante ilustrativos de cómo se disuelve una sal en un líquido.
En cualquier caso, éste es un tema intrascendente: hay otros bastante más interesantes técnicamente y mucho más relevantes. Fundamentales, incluso, para la sociedad. Como, por ejemplo, el tema central de esta noticia: El Gobierno abre la veda para buscar hidrocarburos autóctonos
El Gobierno abre la veda para buscar hidrocarburos...
lavozdegalicia.esIba a soltar un chascarrillo sobre el contacto atómico, pero la entrada en parte va de eso. Me quedo con las ganas (eso me pasa por leerme la noticia antes de comentar).
Joder, en 10 putos comentarios la cantidad de conocimientos que me habéis transmitido. Meneantes, sois las hostia cuando queréis.
Respecto a la posibilidad de reacción entre sólidos, es conocida la difusión de iones entre diferentes sales, de hecho depende de la temperatura; y no hace falta llegar al punto de fusión. Eso sí, es un proceso caro, calentar es lo que tiene. Otro ejemplo puede ser poner en contacto un metal y un óxido que den lugar a una reacción redox, no es tan raro. De hecho, controlando ese proceso se obtienen las pilas y las baterías.
El artículo en infumable. Amén de empezar a divagar sobre todo lo habido y por haber. En un blog donde se explican ciertas cosas básicas (como si estuviese orientado a la divulgación de personas no especializadas) no se puede mezclar con conceptos no tan triviales.
Tómese como crítica constructiva, por favor.