Congelar agua, tarea ¿sencilla?

Si buscamos evitar el congelamiento, debemos entender cómo es que este ocurre. ¿Es tan sencillo como parece?

Oswaldo Lescano Osorio 

20 de enero de 2020

¿Cómo se explican estos resultados? Para empezar, el fenómeno que esperábamos que ocurra en las pruebas realizadas es la nucleación homogénea; es decir, la agregación de las moléculas de agua sin la ayuda de otra sustancia [1]. No obstante, esta tiene una alta energía de activación y ocurre de forma espontánea a temperaturas cercanas a -40 °C [3,4]. En el intervalo de 0 a -38 o -40 °C, el agua líquida es denominada agua superenfriada y se encuentra en un estado metaestable [1,4]. Con el fin de acelerar y favorecer la nucleación se añaden agentes nucleantes, en los cuales se lleva a cabo la agregación inicial de las moléculas de agua [1,3]. En presencia de esta clase de catalizadores, el proceso es llamado nucleación heterogénea [4]. Por este motivo, en los próximos experimentos se realizarán pruebas con diferentes agentes nucleantes, de modo que simulen la acción de las bacterias nucleadoras de hielo (INA) presentes en las plantas.

Bibliografía:

  1. Lundheim R. Physiological and ecological significance of biological ice nucleators. Philosophical Transactions of the Royal Society of London. Series B: Biological Sciences. 2002 Jul 29;357(1423):937-943.

  2. Castellan GW. Fisicoquímica. 2a ed. México: Addison Wesley Longman; 1998. p. 305-306.

  3. Montes JM, Cuevas FG, Cintas J. Ciencia e Ingeniería de los Materiales. Madrid: Ediciones Paraninfo; 2014. p. 183.

  4. Hirano SS, Upper CD. [54] Bacterial nucleation of ice in plant leaves. In Methods in enzymology 1986 Jan 1 (Vol. 127, pp. 730-738). Academic Press.

Se conoce que el punto de fusión y de congelación del agua (H2O) es 0 °C (273.15 K) [1,2]. Por ello, cuando en el grupo de “Prueba de Actividad” comenzamos con los experimentos, esperábamos que se forme hielo en tubos de plástico y/o de vidrio por debajo de 0 °C. Sin embargo, tras numerosos intentos, nos llevábamos la sorpresa de que el agua se mantenía líquida. En uno de los experimentos más recientes se usaron nuevos tubos de vidrio y se colocó 1 mL de agua destilada en tres tubos y 5 mL en otros tres. Después de estar por más de 1 hora en el baño recirculante a -5 °C y no notar cambio físico alguno, se introdujo un termómetro para verificar la temperatura del líquido al interior del tubo. Al removerlo, pudimos notar que se formaron pequeños cristales de hielo. En cuestión de minutos, todo el agua se había congelado.

Tubos con agua destilada en un baño recirculante a -5 °C. Solo al tubo del medio se le introdujo el termómetro.

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