FORMACIÓN INSTANTÁNEA DE CRISTALES

FORMACIÓN INSTANTÁNEA DE CRISTALES
“el hielo caliente”
Introducción
El acetato de sodio, utilizado en esta
demostración, tiene muchos usos en la industria
pero probablemente resulte más familiar su uso
como saborizante, dado que es el compuesto
químico que da sabor a las patatas fritas.
También se suele añadir a los alimentos como
conservante y, asimismo, se utiliza en las bolsas
térmicas autoactivables ("hielo caliente").
Cuando se calientan cristales de acetato de sodio trihidratado (punto
de fusión 58 ºC) alrededor de 100 ºC, estos se funden. Si se enfría
tras este proceso, se obtiene una disolución sobresaturada de acetato
de sodio en agua. Esta disolución es capaz de sobreenfriarse a
temperatura ambiente, es decir, por debajo de su punto de fusión, sin
formar cristales. Algunos líquidos se pueden enfriar temporalmente a
temperaturas más bajas que su punto de congelación; en este caso se
dice que están sobreenfriados. Esto es debido a que cuando se alcanza
la temperatura de fusión (en este caso, de solidificación) las
moléculas del líquido están demasiado desordenadas y no tienen la
orientación adecuada para alcanzar la estructura cristalina. En
consecuencia, puede continuar descendiendo la temperatura del
líquido por debajo del punto de fusión sin que llegue a producirse la
solidificación. Un líquido sobreenfriado se encuentra en un estado
metaestable, lo que implica un estado de pseudoequilibrio, en el que el
sistema tiene mayor energía libre que la correspondiente al estado de
equilibrio.
Dada la inestabilidad de los líquidos sobreenfriados cualquier
perturbación, aunque leve, puede provocar que solidifique
rápidamente. Basta con que un pequeño número de moléculas se
ordenen y alcancen la estructura correcta formando un cristal mínimo
que sirva como base de la cristalización, para que, sobre él, se
acumulen moléculas adicionales y se produzca la solidificación del
líquido. Esta perturbación se puede provocar, por ejemplo, por medio
de una agitación leve o por la adición de un cristal de la misma
sustancia que actúa como semilla de la cristalización.
En el momento en que se produce la solidificación del líquido
sobreenfriado, se libera energía (el calor latente de solidificación) y
aumenta la temperatura hasta alcanzar la temperatura de fusión. A
partir de aquí la sustancia se comporta normalmente y sigue
desprendiendo energía hasta la solidificación total.
Por lo tanto, presionando en un disco metálico del interior de la bolsa,
se forma un centro de nucleación que causa la cristalización de la
disolución en acetato de sodio sólido.
Material empleado
• Disolución de acetato de sodio en agua en una relación
aproximada de 200/30 en caliente, que posteriormente se
enfría en una nevera.
Desarrollo
Verter lentamente la disolución de acetato sobre un recipiente de
fondo plano. Se observará la formación de cristales que originarán
columnas cristalizadas de acetato. También se puede dar un pequeño
toque a la superficie del líquido originando un centro de nucleación, a
partir del cual crecen llamativas agujas de cristal que se extienden
rápidamente por todo el volumen del líquido. El proceso desprende un
calor intenso.
Los alumnos pueden observar a través de esta actividad la formación
de los cristales. Al permitirles tocar el sólido formado, bajo la
supervisión del profesor correspondiente, quedan sorprendidos al
comprobar que el sólido está caliente, contra lo esperado, debido a su
similitud con el hielo.