Solidificación para niños
La solidificación es un proceso en el que un líquido, como el agua, se convierte en un sólido, como el hielo. Esto puede ocurrir de dos maneras principales:
- Al aumentar la presión a la que está sometido el líquido.
- Al disminuir su temperatura por debajo de su punto de congelación.
Aunque técnicamente hay una diferencia, los términos "solidificación" y "congelación" se usan a menudo como si fueran lo mismo.
Para la mayoría de las sustancias, la temperatura a la que se derriten (punto de fusión) y la temperatura a la que se congelan (punto de congelación) son las mismas. Sin embargo, algunas sustancias son diferentes. Por ejemplo, el agar se derrite a 85 °C, pero se solidifica entre 32 °C y 40 °C.
¿Cómo se forman los sólidos?
Cristalización: La formación de estructuras ordenadas
La mayoría de los líquidos se congelan formando un sólido con una estructura ordenada, llamado cristal. Este proceso se conoce como cristalización. Durante la cristalización, la temperatura del sistema se mantiene casi igual al punto de fusión mientras el líquido se convierte en sólido. Esto se debe a que se libera calor, conocido como calor latente de fusión, lo que ralentiza el proceso.
La cristalización tiene dos pasos principales:
- Nucleación: Es cuando las moléculas empiezan a juntarse en pequeños grupos muy organizados, formando el inicio de un cristal.
- Crecimiento de cristales: Estos pequeños grupos crecen y se hacen más grandes, formando el cristal completo.
Superenfriamiento: Cuando el líquido no se congela a tiempo
A veces, un líquido puro puede enfriarse por debajo de su punto de congelación sin convertirse en sólido. Esto se llama superenfriamiento. Para que la congelación comience, se necesita una pequeña "semilla" o "núcleo" donde los cristales puedan empezar a formarse. Si no hay impurezas, burbujas o superficies rugosas que actúen como núcleos, el líquido puede seguir siendo líquido incluso a temperaturas muy bajas.
Por ejemplo, el agua pura puede superenfriarse hasta -40 °C antes de congelarse. Si se le añade algo que actúe como núcleo, como una pequeña partícula de polvo o un cristal de hielo, se congelará rápidamente.
Exotermicidad: Liberación de calor al congelarse
La congelación es casi siempre un proceso exotérmico. Esto significa que, a medida que un líquido se convierte en sólido, libera calor y presión. Puede parecer extraño, porque la temperatura del material no sube, pero el calor debe ser liberado continuamente para que el proceso de congelación continúe. La energía liberada se llama entalpía de fusión.
Una excepción muy rara es el helio a temperaturas extremadamente bajas. El helio-3 y el helio-4, a ciertas presiones y temperaturas muy cercanas al cero absoluto, necesitan que se les añada calor para poder congelarse.
Vitrificación: Sólidos sin cristales
Algunos materiales, como el vidrio o la glicerina, pueden endurecerse sin formar cristales. Estos se llaman sólidos amorfos. A diferencia de los materiales cristalinos, los sólidos amorfos no tienen un punto de congelación específico. En cambio, sus propiedades cambian gradualmente en un rango de temperaturas. Este cambio se conoce como transición vítrea.
Expansión al congelarse
La mayoría de las sustancias se contraen al congelarse, pero algunas, como el agua y el bismuto, se expanden. Por eso el hielo flota en el agua y por qué las tuberías pueden reventar si el agua dentro se congela.
La congelación en la vida y en la industria
Congelación en organismos vivos
Muchos seres vivos pueden sobrevivir a temperaturas bajo cero. Para protegerse del daño causado por los cristales de hielo, acumulan sustancias especiales llamadas crioprotectores, como proteínas o azúcares.
- Bacterias: Se ha informado que algunas especies de bacterias han revivido después de estar congeladas en hielo por miles de años.
- Plantas: Muchas plantas tienen un proceso llamado "endurecimiento en frío" que les permite soportar temperaturas bajo 0 °C durante semanas o meses.
- Animales: Algunos animales, como ciertos nematodos, reptiles y anfibios, pueden sobrevivir a la congelación. Por ejemplo, el nematodo Haemonchus contortus puede sobrevivir congelado a temperaturas muy bajas.
La preservación de células o tejidos a temperaturas muy bajas, como los gametos o embriones para estudios científicos, se conoce como crioconservación.
Preservación de alimentos
La congelación es un método muy común para conservar alimentos. Al bajar la temperatura, se ralentiza la descomposición y el crecimiento de microorganismos. Además, el agua se vuelve menos disponible para las bacterias, lo que ayuda a mantener los alimentos frescos por más tiempo.
Véase también
En inglés: Freezing Facts for Kids
- Punto de fusión
- Cambio de estado
- Sólido
- Calor latente
- Cristalogénesis
