Gel, fil i sal

A principi d’estiu i amb una onada de calor a sobre segur que ve de gust experimentar amb glaçons.

Com podem treure un glaçó de l’aigua amb un fil i una mica de sal però sense tocar ni l’aigua ni el glaçó?

Doncs aprofitem que en tirar sal sobre el glaçó aleshores el gel baixa el seu punt de fusió (descens crioscòpic) i es transforma en aigua. Si en aquest moment hi ha el fil just a sobre aquest s’enfonsa en aquesta aigua però que ràpidament es torna a gelar perquè la temperatura del gel que envolta és prou baixa per transformar-lo de nou en sòlid. Així doncs el fil queda dins del glaçó enganxat en la part regelada i per tant podem, estirant el fil, treure’l tranquil·lament del vas d’aigua. Repte aconseguit!

Aquest descens crioscòpic s’utilitza, per exemple, per evitar que es formin plaques de gel a les carreteres en ple hivern per això després d’una forta gelada o una nevada s’acostuma a tirar sal a les voreres, als carrers i a les carreteres. Aquesta sal no sol ser sal de cuina, clorur sòdic, sinó una altra sal com ara clorur potàssic que és menys corrosiva.

Alerta que es gela!

Venen uns amics a sopar i per celebrar-ho posem una ampolla de cava al congelador perquè estigui al punt per les postres. Xerrant, rient i explicant batalletes ens oblidem del cava i quan ja són les tantes de la nit: ospa el cava al congelador!

Uf, respirem alleujats perquè encara no s’ha glaçat ni s’ha trencat l’ampolla. El portem a taula acompanyat d’unes galetes, l’obrim i, sorpresa, observem que instantàniament es glaça i queda dins l’ampolla un granissat de cava. No ens el podrem prendre… ja ho celebrarem un altre dia.

Podem reproduir aquest fenomen sense haver de malbaratar un preuat cava. Ho podem fer amb una ampolla de gasosa, en el nostre cas de mig litre, que posarem al congelador durant una hora i mitja (aproximadament). Al cap d’aquesta estona (que pot variar segons la mida de l’ampolla i el congelador) la traurem tot observant que la gasosa encara està en estat líquid.

Obrim l’ampolla i observem que la gasosa es comença a glaçar per la superfície i mica en mica es va glaçant la resta del líquid (de dalt cap a baix).

Per què passa això? De fet el líquid en treure’l del congelador està a una temperatura inferior a la de congelació però està en estat metaestable: situació de mínima energia local, no absoluta; amb una pertorbació del sistema pot sortir d’aquesta situació per arribar a la situació d’energia mínima. En el nostre cas la situació metaestable és l’aigua líquida a uns quants graus sota zero, en obrir la gasosa les bombolles de CO2 que es produeixen trenquen la metaestabilitat i aleshores l’aigua es gela passant a la situació estable d’energia mínima absoluta (gel) per aquesta temperatura.

Punt 1: Metaestabilitat (aigua líquida per sota 0 ºC) i Punt 3: Estabilitat (gel per sota dels zero graus)

El mateix fenomen el podem observar repetint l’experiència amb aigua destil·lada, metaestable a uns quants graus sota zero. Per l’acció d’un cop també perd la situació metaestable (estat líquid) i passa a la situació estable (estat sòlid).

En la figura del costat observem com la situació 1 de metaestabilitat correspon a un mínim local d’energia (aigua líquida per sota dels zero graus), en canvi la situació 3 és un mínim absolut d’energia (aigua sòlida a uns quants graus sota zero). Per passar d’una situació a l’altra, passant pel punt 2, cal aportar al sistema un mínim d’energia a través d’una pertorbació (bombolles de la gasosa, un cop…).

Aquest fenomen també s’anomena subfusió: permanència d’un cos en estat líquid a una temperatura inferior a la de fusió.