¿Por qué el alcohol no se congela fácilmente? » ABC de la ciencia

Las moléculas de alcohol tienen una fuerza intermolecular débil entre ellas. Esta falta de enlaces H fuertes dificulta la congelación del alcohol.

¿Se ha preguntado alguna vez por qué una botella de etanol puro no se congela, incluso cuando la guarda en el congelador? Como sabrá, los alcoholes son característicamente difíciles de congelar en su estado sólido, ya que estas moléculas orgánicas tienden a permanecer en su estado líquido. La solidificación de diferentes líquidos depende de varios factores.

Pero, ¿por qué los líquidos se solidifican en primer lugar? ¿Y qué condiciones conducen a ello?

Dado que el etanol es el alcohol más común, este artículo se centrará principalmente en este tipo. Los términos etanol y alcohol se usarán indistintamente en este artículo.

¿Por qué se congelan los líquidos?

La congelación se puede definir simplemente como un compuesto que se transforma de su estado líquido a su estado sólido, pero ¿qué hace que los líquidos sufran este proceso?

Cada compuesto tiene algo de energía interna que depende de la temperatura a su alrededor. Esta energía interna controla el estado en el que existe la sustancia. Cuando la temperatura alrededor del compuesto se reduce, la energía interna disponible para el compuesto también se reduce. Esto conduce a un aumento en las fuerzas intermoleculares.

Cubos de hielo

La congelación del agua ocurre a 0°C (Crédito de la foto: George Hodan / Public Domain Pictures)

Cuando se elimina el calor, las moléculas del compuesto se acercan. Es por eso que muchos líquidos comienzan a solidificarse a baja temperatura. Sin embargo, diferentes líquidos tienen diferentes puntos de congelación.

El punto de congelación de un líquido es la temperatura a la que ese líquido pasa a estado sólido. El agua tiene un punto de congelación de 0° centígrados, pero el etanol tiene un punto de congelación de -114° centígrados. ¡Esto significa que para congelar el alcohol, debe bajar su temperatura por debajo de -100° C!

La gran diferencia en el punto de congelación de los dos líquidos se debe a la gran diferencia entre sus fuerzas intermoleculares. Las moléculas de agua están más unidas entre sí que las moléculas de etanol.

Fuerzas intermoleculares y enlaces de hidrógeno

Las fuerzas intermoleculares ayudan a unir las moléculas entre sí para que no se separen. Los gases tienen la cantidad más baja de fuerza intermolecular, mientras que los sólidos tienen la más alta. La explicación de esto es bastante simple. Las fuerzas intermoleculares entre las moléculas en estado líquido son menores que las del estado sólido, pero mayores que en los gases.

Estas fuerzas dependen de la distancia de las moléculas entre sí. La distancia es la más alta en gases y la más baja en sólidos. Las fuerzas intermoleculares también dependen de la naturaleza de las moléculas. Por lo tanto, algunas moléculas tienen inherentemente mayores fuerzas intermoleculares.

El enlace más importante que muestra una fuerte fuerza intermolecular es algo llamado enlace H. El átomo de hidrógeno de una molécula de agua forma un enlace de hidrógeno intermolecular con el átomo de oxígeno de otra molécula. A veces, los átomos de hidrógeno forman enlaces más fuertes, según el átomo al que están conectados.

Enlaces de hidrógeno en agua y etanol: una comparación

Por ejemplo, echemos un vistazo a la estructura del agua:

Palo y bola de molécula de agua

Molécula de agua que muestra un átomo de oxígeno central unido a dos átomos de hidrógeno (Crédito de la foto: MsKDinh/ Wikimedia Commons)

Aquí, puedes ver un átomo de oxígeno unido a dos átomos de hidrógeno. Ahora bien, estos dos átomos de hidrógeno deben unirse al oxígeno de otra molécula, lo que da lugar a una estructura como esta:

Enlaces de hidrógeno entre moléculas de agua

Figura que representa enlaces covalentes y enlaces de hidrógeno entre moléculas de agua (Crédito de la foto: OpenStax College/ Wikimedia Commons)

Ahora, veamos cómo se ve una molécula de etanol:

Etanol-estructura.svg

Estructura de etanol que muestra dos átomos de carbono centrales unidos a cinco átomos de hidrógeno y un grupo de alcohol (-OH) (Crédito de la foto: Lukáš Mižoch/Wikimedia commons)

Una molécula de etanol tiene dos átomos de carbono unidos entre sí. Cada átomo de carbono puede formar tres enlaces más. El primer carbono tiene tres hidrógenos, mientras que el segundo tiene dos hidrógenos y un grupo de alcohol (-OH) unidos. Es este grupo -OH el que forma los enlaces de hidrógeno entre las moléculas de alcohol.

Enlaces de hidrógeno

Figura que representa el enlace de hidrógeno entre dos moléculas de etanol

Sin embargo, dado que el oxígeno está conectado a un carbono, la polaridad del oxígeno disminuye. La polaridad aquí es la cantidad de carga negativa o positiva que posee un átomo en una molécula neutra.

Cuanto más polares son los átomos en una molécula, más polar se vuelve la molécula. Aquí, el agua es mucho más polar que el etanol, razón por la cual los enlaces H en el agua son mucho más fuertes.

¿Cómo afecta esto a la congelación?

Volviendo a nuestra pregunta inicial: ¿por qué es difícil congelar el etanol? Sabemos que los alcoholes tienen muy poca polaridad o son apolares. Las fuerzas intermoleculares entre las moléculas de etanol individuales son muy bajas.

Dado que esas fuerzas intermoleculares son bajas, las moléculas tienden a mantenerse alejadas unas de otras. Hasta que las moléculas se unan, el compuesto no puede existir en estado sólido.

Las moléculas de etanol no se juntan solas. Se necesitan temperaturas extremadamente bajas para solidificar el compuesto. En pocas palabras, la falta de atracción entre las moléculas dificulta que el alcohol se congele.

Conclusión

En comparación con líquidos como el agua, es mucho más difícil congelar el alcohol. Incluso en los -15 °C de un congelador doméstico común, una botella de etanol puro se negará a solidificarse.

Esto se debe a que el etanol es un compuesto orgánico no polar y no puede formar enlaces de hidrógeno fuertes. Esto afecta las fuerzas intermoleculares y las debilita. Dado que los enlaces H y las fuerzas intermoleculares son débiles, las moléculas de etanol se niegan a cooperar y unirse.

Esto lleva a que el compuesto tenga mayor energía, por lo que necesita una temperatura mucho más baja para solidificarse. ¡Por eso es tan difícil congelar el alcohol!

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