¿Por qué se congela una bolsa de agua fría?

Question

Hace unas 24 horas, compré una caja de 30 piezas de hielo de agua. Los puse en el compartimento de congelación y cuando llegué del trabajo me esperaba un buen hielo frío.

Pero cuando abrí el congelador, vi a través del envoltorio retráctil que casi todas las bolsas siguen llenas de líquido. Me enfadé conmigo mismo y sugerí que debería haber quitado el envoltorio retráctil porque probablemente esa sea la razón.

Así que cuando estaba quitando el envoltorio retráctil, se me cayó una de las bolsas y cayó al suelo; después el líquido se convirtió inmediatamente en hielo. Con ese ejemplo, empecé a golpear cada bolsa contra el borde del congelador y como el 80% de ellas hicieron lo mismo: se convirtieron en hielo más o menos duro.

¿Cómo se produce este fenómeno? ¿Y ocurre en condiciones poco frecuentes o es lo que ocurre con cada hielo de agua si se observa en el momento adecuado?

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Aquí puedes ver una de las bolsas que se acaba de congelar en parte:

Y esta es la caja en la que estaban selladas las bolsas:

Answer 1

Como se menciona en los comentarios, este es un caso de superenfriamiento . Cuando se enfría un líquido por debajo de su punto de congelación, las moléculas siguen moviéndose bastante y las que se pegan pueden romperse por un impacto posterior. Los líquidos se congelan mejor cuando las moléculas tienen algo a lo que agarrarse, ya sea un bloque del mismo hielo que intentan formar o una superficie rugosa.

Parece que las bolsas de plástico son lo suficientemente suaves como para dificultar la formación de hielo. Si el recipiente es liso y está aislado de las sacudidas, el sobreenfriamiento es bastante repetible, como has comprobado. Una vez que un líquido está sobreenfriado, se encuentra en un estado metaestable. Si se le perturba lo suficiente (o se deja caer un cristal de hielo en él), las moléculas se reorganizarán rápidamente en el estado sólido más favorable para la temperatura y la presión dadas.

Hay que tener en cuenta que hay que extraer energía extra de un líquido en su punto de congelación para que se solidifique. Esta es la calor de fusión . Dado que se omite este paso al sobreenfriar un líquido, este calor se libera cuando finalmente se produce la congelación, lo que suele dar lugar a una mezcla granulada en lugar de un bloque sólido de hielo. Es decir, incluso enfriando el líquido por debajo de su punto de congelación, es posible que no se haya extraído tanto calor como en el caso habitual de enfriamiento. $\to$ congelar $\to$ fresco proceso posterior tendría.