La Solución Acuosa
Una solución acuosa es aquella en la que el disolvente, el medio que disuelve, es el agua. Es una solución en la que el agua actúa como disolvente y los demás componentes -sales, azúcares, gases, fármacos- quedan disueltos en ella. De ahí que "solución acuosa" y "disolución acuosa" nombren lo mismo: una mezcla homogénea cuyo medio es el agua.
Esta clase de solución es la más frecuente en medicina: la sangre, el contenido del interior de las células y la mayoría de los medicamentos líquidos son soluciones acuosas. De hecho, una solución de sal en agua es una solución acuosa, y lo mismo ocurre con los demás tipos de solución salina y con la mayor parte de los líquidos que se administran en el hospital. El adjetivo acuoso procede del latín aquosus, "abundante en agua", derivado de aqua.
Propiedades del Agua como Disolvente
La molécula de agua es eléctricamente asimétrica: un extremo tiende a la carga positiva y el otro a la negativa. Esa polaridad le permite rodear y separar las partículas de muchas sustancias, sobre todo las que llevan carga. Cuando una sal como el cloruro de sodio se disuelve, no permanece entera: se descompone en sus iones, y por eso el agua salada conduce la electricidad.
Sin embargo, no todo se disuelve en agua. Las grasas y los aceites, sin carga y poco afines a ella, no se mezclan y se separan en fases; cuando se consigue dispersarlos a la fuerza, lo que se obtiene no es una solución sino una emulsión.
Disolución de Sales y Conductividad Eléctrica
La sal, o cloruro de sodio (NaCl), es un compuesto iónico. Cuando se disuelve en agua, se separa en iones de sodio positivos (Na+) e iones de cloruro negativos (Cl-). Los extremos negativos de oxígeno de las moléculas de agua atraen a los iones de sodio positivos, y los extremos positivos de hidrógeno de las moléculas de agua atraen a los iones de cloruro negativos. Estas fuerzas de atracción separan los iones.
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Estas soluciones son electrolitos. Uno de los electrolitos más empleados en la vida cotidiana es la sal común (cloruro de sodio NaCl). Al disolverse en agua la sal se disocia en los iones correspondientes (el catión sodio Na+ y el anión cloruro Cl-). Estos iones pueden moverse en el seno de la disolución, por lo que si en la misma introducimos los extremos de un circuito eléctrico, el movimiento de los iones permitirá el paso de la corriente eléctrica.
Electrólisis del Cloruro de Sodio Acuoso
La electrólisis de una solución acuosa de cloruro de sodio produce gas de cloro en el ánodo y gas de hidrógeno en el cátodo. Puede ser lógico suponer que la electrólisis del cloruro de sodio acuoso, llamado salmuera, produciría el mismo resultado a través de las mismas reacciones que el proceso en fundido NaCl. Sin embargo, la reacción de reducción que se produce en el cátodo no produce sodio metálico; en cambio, el agua se reduce. Esto se debe a que el potencial de reducción para el agua solo es -0.83 V, en comparación con -2.71 V para la reducción de iones de sodio. Esto hace preferible la reducción del agua porque su potencial de reducción es menos negativo.
La Sal Fundida
El cloruro de sodio sólido tiene un patrón geométrico sistemático de iones de sodio y cloruro, donde los iones pueden vibrar en su propia posición. A medida que el cloruro de sodio sólido se calienta, el aumento en la energía hace que los iones vibren intensamente. En el punto de fusión, estos iones obtienen suficiente energía para moverse fuera de la red cristalina. El resultado es cloruro de sodio fundido, en el cual los iones son libres de moverse.
Electrólisis del Cloruro de Sodio Fundido
El cloruro de sodio fundido (líquido) se puede electrolizar para producir metal de sodio y gas cloro. En una celda de Down, los iones de sodio líquidos se reducen en el cátodo a metal de sodio líquido. En el ánodo, los iones de cloro líquido se oxidan a gas cloro. La batería debe suministrar más de 4 voltios para llevar a cabo esta electrólisis. Esta reacción es una fuente importante de producción de gas cloro y es la única manera de obtener sodio metálico puro.
Sales Fundidas como Fluidos de Transferencia de Calor
Los sistemas de fluidos térmicos utilizan todo tipo de fluidos de transferencia para proporcionar calor. El fluido de transferencia de calor es calentado por un calentador de circulación y fluye hacia el objetivo final, calentándolo a su vez. Aunque el agua y los aceites son los fluidos de transferencia de calor más comunes, las sales fundidas ocupan un lugar importante.
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Los fluidos de transferencia de calor con sales fundidas son ideales para las operaciones a alta temperatura. A diferencia del cloruro de sodio (sal de mesa), los minerales utilizados en las sales fundidas no son agresivamente corrosivos. Las sales de nitrato son el mineral más común para el fluido de transferencia de calor de sales fundidas. Para obtener estas ventajas y reducir aún más los puntos de fusión, el nitrato de sodio se suele mezclar con el nitrato de potasio para crear estos fluidos de transferencia.
Aunque son una gran opción para aplicaciones de alta temperatura, los fluidos de sales fundidas tienen un límite superior. En temperaturas mayores que 565℃, este fluido de transferencia comienza a degradarse. Las sales de cloruro y de fluoruro son más estables que las de nitrato, por lo que pueden utilizarse cuando el fluido de transferencia de calor debe ser superior a 600℃. Sin embargo, estas sales son más corrosivas que los nitratos y tienen puntos de fusión más altos, por lo que existe un mayor riesgo de congelación.
Comparación de Fluidos de Transferencia de Calor
| Tipo de Fluido | Rango de Temperatura Típico | Características Clave |
|---|---|---|
| Agua | Hasta 100°C | Barata, fácil de conseguir, baja temperatura de funcionamiento, mala elección para >100°C. |
| Aceites (incl. sintéticos) | 100°C a 390°C | Temperaturas de funcionamiento más altas que el agua, propensos a la degradación. |
| Sales Fundidas (Nitrato) | Hasta 565°C | Ideales para alta temperatura, no agresivamente corrosivas, degradación a >565°C. |
| Sales Fundidas (Cloruro y Fluoruro) | Superiores a 600°C | Más estables a muy altas temperaturas, más corrosivas, puntos de fusión más altos. |
Los fluidos de transferencia de calor del agua son una gran opción cuando se aplican. En la mayoría de los lugares, el agua es barata y fácil de conseguir. El inconveniente es que el agua ofrece la temperatura de funcionamiento más baja. Debido a su bajo punto de ebullición, los fluidos de transferencia a base de agua son una mala elección en los procesos que operan por encima del 100℃.
Los fluidos de transferencia de calor a base de aceite son capaces de operar a temperaturas más altas, a menudo utilizadas para 100℃ a 350℃. Los sintéticos más caros, como el óxido de difenilo, pueden ayudar a estos fluidos de transferencia de calor a funcionar hasta 390℃. Sin embargo, siguen siendo propensos a la degradación.
Es importante elegir el fluido térmico adecuado y el equipo de calefacción para cada proyecto. Ya sea que su operación se adapte mejor a la sal fundida, al agua o a los fluidos de transferencia a base de aceite, Wattco es su mejor opción para los sistemas de calentamiento. Wattco fabrica a medida calentadores de proceso industrial para todos los sectores.
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