I.

INTRODUCCIN

El agua es el componente principal de la mayora de los alimentos, aunque

estos estn constituidos de varios componentes (en diversas proporciones)
que les dan la marca representativa o caracterstica al sistema, las
propiedades que ms afectan a la composicin del alimento son las del
agua, entre ellas: la actividad de agua y el punto crioscpico, que indica el
punto final de subenfriamiento, cuando se empiezan a cristalizar las
molculas.
El punto crioscpico ocurre cuando el agua de un alimento empieza a
cambiar de estado de lquido a slido, entonces la concentracin de slidos
solubles del alimento aumenta en el agua no congelada remanente.
La curva de congelacin es una forma prctica de conocer la evolucin de
un cambio de estado a travs de una grfica (variacin de la temperatura
vs. tiempo).
El objetivo en la presente experiencia fue: determinar grficamente el punto
crioscpico del agua y soluciones binarias a partir de la curva obtenida al
correlacionar valores experimentales de temperatura y tiempo.

II.

REVISIN LITERARIA

2.1. Comportamiento del agua en alimentos durante la

congelacin
Lewis (1993), afirma que cuando se elimina energa del agua pura, la
temperatura descender y a 0C el hielo empezar a separarse. La
temperatura permanecer constante mientras el calor latente es eliminado
hasta que todo el agua se congela. La temperatura del hielo descender
entonces.
La presencia de solutos disueltos en los alimentos tiende a complicar esta
representacin por disminucin del punto de congelacin. Muchos alimentos
comienzan a congelar a una temperatura por debajo de 1C.
Tambin puede ocurrir un sobreenfriamiento, seguido de un incremento de
temperatura hasta que se forma el primer cristal de hielo y se vence el calor
latente. En la Figura 1, esto se representa por un perodo de parada trmica,
FG, cuando la mayor parte del agua se convierte en hielo. El alimento
presentar un descenso de temperatura, GH, que se aproximar a la
temperatura del medio de enfriamiento.
T

Figura 1: Curvas de enfriamiento

de alimento. D-H, congelacin
lenta y I-K congelacin rpida

F
G
J

H
K
t

La eliminacin del hielo tiene el efecto de concentrar solutos y adems

disminuye el punto de congelacin. As, cuanto ms hielo cristaliza, la
concentracin de solutos en el producto aumenta. Esto es conocido como
concentracin por congelacin, y ocurrir en alimentos slidos y lquidos.
Este aumento en la concentracin puede dar como resultado un incremento
en las velocidades de reaccin, a pesar de la reduccin de la temperatura.
Por esto, ciando la temperatura se reduce entre 0C y 20C, algunas
reacciones qumicas pueden proseguir a mayor velocidad, otras
permanecern casi constantes, mientras que otras se endentecern como
normalmente ocurre. Algunas de estas reacciones han sido estudiadas por
Duckworth (1975).
La concentracin por congelacin ha recibido mucha atencin como una
operacin unitaria para concentrar lquidos. Se congela el lquido hasta que
los cristales de hielo sean grandes y de tamao uniforme. Entonces pueden
ser separados del lquido por centrifugacin u otros mtodos. Los cristales
pueden tambin necesitar un lavado para eliminar algn concentrado
atrapado. Es muy utilizado para lquidos termolbiles, tales como zumo de
uva; no hay prdida de componentes voltiles, y los requerimientos tericos
de energa son bajos, comparados con la evaporacin. Algunos de estos
problemas tericos han sido discutidos por Thijssen (1975).
El hielo es eliminado hasta que se alcanza la temperatura eutctica y toda
la masa congela. Las temperaturas eutcticas para alimentos estn
normalmente por debajo de 30C. Para fines prcticos, muchos alimentos
se consideran congelados a 15C, temperatura a la que entre el 90% y el
95% del agua presente est en forma de hielo. Por lo tanto, el tiempo
efectivo de congelacin viene definido como el tiempo requerido para
reducir la temperatura del punto de enfriamiento desde la temperatura
ambiente hasta 15C. Esto depende del tamao y la naturaleza del
producto, as como del mtodo de congelacin utilizado. Los tiempos de
congelacin estn comprendidos entre menos de un minuto (por Ej.
Guisantes en nitrgeno lquido), hasta ms de 48 horas para grandes piezas
de carne utilizando aire fro.

III.

MATERIALES Y MTODOS

III.1. MATERIALES

III.2.

Soluciones salinas (NaCl al 5%,10%,15% y 20%)

Soluciones azucaradas (Sacarosa pura al 5%,10%,15% y 20%)
Agua destilada
Tubos de pruebas pequeos
Gradilla
Datatrace
Computador
Bao termostatizado a -30 C (utilizando como fluido alcohol)
Cronmetro

MTODOS

Para obtener las curvas de congelacin de cada una de las cuatro

soluciones, se les someter a una temperatura de -30 C, y se registrarn
sus cambios de temperatura conforme avanza el tiempo, gracias a las
termocuplas que la persona sostendr durante el enfriamiento de la
solucin. Cuando se obtenga la curva Tiempo () vs. Temperatura (T), se
determinarn los puntos crioscpicos de cada solucin, y para esto:
Se prepararn las soluciones, aunque en nuestro caso ya estaban
preparadas.
Se programar el Datatrace, el mismo programa utilizado para la prctica
de difusividad trmica, para registrar las temperaturas cada 10 segundos
que ahora, a diferencia de la prctica anterior, bajarn en vez de subir.
En los tubos de ensayo chicos, se pondr 1 ml de la solucin y se pondr la
termocupla en el centro geomtrico del lquido, para despus sumergir el
tubo hasta sus partes en el bao de alcohol, cuidando que no caiga
alcohol dentro de la solucin. El tubo y el sensor sern sostenidos por el
alumno durante el proceso, hasta ver que la solucin se ha solidificado por
completo.
Al ver la congelacin de la solucin se saca el tubo de ensayo chico y se le
sumerge en agua a fin de derretir el hielo formado y extraer el sensor, para
despus ver sus resultados, grabar el archivo y graficar la curva Tiempo ()
vs. Temperatura (T).

IV.

RESULTADOS Y DISCUSIONES

V.
CONCLUSIONES
VI. RECOMENDACIONES
VII. CUESTIONARIO
1. Por qu el punto de congelacin de una solucin salina a una
determinada concentracin es ms bajo que el de una solucin de
sacarosa a la misma concentracin?
Debido a que los electrlitos (como la sal) en disolucin se disocian
iones, por tanto, cuando se disuelve una unidad de un compuesto de
electrlito se separa en dos o ms partculas. El nmero de partculas
soluto es el que determina las propiedades coligativas (entre ellas
disminucin del punto de congelamiento) de una solucin.

en
un
de
la

Por lo tanto, si la sal comn est totalmente disociada en solucin acuosa,

para una misma concentracin de sacarosa en otra solucin acuosa, la
disminucin del punto de congelamiento ser la mitad de la disminucin en
la primera.
Adems, debemos tener presente el concepto de punto de congelacin que
es la temperatura a la cual la solucin est en equilibrio con el solvente
cristalizado. Segn la ecuacin de RAOULT-VAN`T HOFF (1866) el descenso
del punto de congelacin de una solucin diluida es directamente
proporcional a la molalidad de la solucin.

Fuente: Gastn Pons Muzzo

Entonces en el descenso del punto crioscpico lo que depende es saber la
molalidad de los compuestos y esto est relacionado con la cantidad de
partculas habidas en la solucin.
En
una solucin diluida de sacarosa una
partcula
de Fuente:
esta se ve
separada del resto de
Lumbreras
partculas
de sacarosa debido a que se encuentra
rodeada por molculas de agua pero esto no trae consigo una reaccin
qumica muy por el contrario en una solucin salina la sal es disociada casi
en su totalidad por lo que el nuevo nmero de partculas duplica al nmero
de partculas obtenidas en la solucin de sacarosa, de este modo en una
solucin salina se encuentra una mayor molalidad que en la solucin de
sacarosa.
2. Cul es la diferencia entre el punto de congelacin y punto
eutctico?
El punto euctctico de una disolucin es la mxima temperatura a la que
puede producirse la mayor cristalizacin del solvente y soluto, o tambin se
define como la temperatura ms baja a la cual puede fundir una mezcla de
slidos A y B con una composicin fija, mientras que el punto de
congelacin es la temperatura a la que la muestra se solidifica debido a una
reduccin de la temperatura.
Otra definicin para cada uno sera que el punto eutctico se puede
considerar como la interseccin de la curva del punto de congelacin y la
curva de solubildad, en otras palabras es el punto donde se congela el agua
y el soluto juntos, en cambio para el punto de congelacin se podra decir
que aqu se forma el primer cristal.
3. Por qu la pendiente del segmento formado entre el
enfriamiento del hielo es mayor que la pendiente del segmento
formado durante el enfriamiento del agua lquida?
La pendiente del segmento formado entre el enfriamiento del hielo es
mayor porque el calor especfico del hielo 2090 J(Kg./K) es menor que la del
agua en estado lquido 4180 J(Kg./K), por lo que, en estado slido el
enfriamiento ocurre de una forma ms rpida que en el estado lquido. El
hielo necesita menos energa para que su temperatura vare en este caso
disminuya (enfriamiento).
4. Grafique y explique concretamente todas las fases de una curva
de congelacin sealando la ganancia y/o perdida de calor sensible
o latente.

El proceso de congelacin de los alimentos es ms complejo que el proceso

de congelacin del agua pura. Los alimentos al contener otros solutos
disueltos adems de agua, presentan un comportamiento ante la
congelacin similar al de las soluciones.
La evolucin de la temperatura con el tiempo durante el proceso de
congelacin es denominada curva de congelacin. La curva de congelacin
tpica de una solucin se muestra en la siguiente figura.

Esta curva posee las siguientes secciones:

AS: el alimento se enfra por debajo de su punto de congelacin f

inferior a 0 C (prdida de calor sensible). En el punto S, al que
corresponde una temperatura inferior al punto de congelacin, el
agua permanece en estado lquido. Este subenfriamiento puede llegar
a ser de hasta 10 C por debajo del punto de congelacin.

SB: la temperatura aumenta rpidamente hasta llegar al punto de

congelacin, pues al formarse los cristales de hielo se libera el calor
latente de congelacin a una velocidad superior a la que este se
extrae del alimento.

BC: el calor se elimina a la misma velocidad que en las fases

anteriores eliminndose el calor latente con la formacin de hielo,
permaneciendo la temperatura prcticamente constante. El
incremento de la concentracin de solutos en la fraccin de agua no
congelada provoca el descenso del punto de congelacin, por lo que
la temperatura disminuye ligeramente. En esta fase es en la que se
forma la mayor parte del hielo.

CD: uno de los solutos alcanza la sobresaturacin y cristaliza. La

liberacin del calor latente correspondiente provoca el aumento de la
temperatura hasta la temperatura eutctica del soluto.

DE: La cristalizacin del agua y los solutos contina.

EF: La temperatura de mezcla del agua y hielo desciende.

La curva de congelacin de los alimentos resulta algo diferente a la de las

soluciones simples, siendo esa diferenciacin ms marcada en la medida en
que la velocidad a la que se produce la congelacin es mayor.
5. Esquematice un crioscopio Cul es su utilidad?
La tcnica de determinacin del descenso crioscpico es rpida y tiene la
ventaja que utiliza equipos usualmente encontrados en la industria lctea,
evitando as inversiones adicionales.
En muchos pases existe un alto riesgo de transporte de patgenos como
el clera en la leche. El mtodo preferido por la industria lctea en los
crioscopios industriales, es el de punto de congelacin. De esta forma, con
el sistema de identificacin de muestras, una amplia gama de medicin y
requisitos de tamao ptimo de muestras, se pueden conseguir con
resultados precisos en apenas dos minutos.
Un crioscopio determina el contenido de agua en la leche cruda. Como la
leche se vende por peso, los procesadores evitan pagar por un exceso de
agua y el refugio para las bacterias. La tecnologa actual de crioscopa es
semi-automtica y utiliza el mtodo de punto de congelamiento mediante
depresin.
Crioscpio advanced:

Capacidad: 40 muestras, con carrusel automtico

Pantalla tctil muy amplia

Visualizacin del punto crioscpico, del porcentaje de agua

adicionada y del grfico del "plateau" de temperatura en el tiempo
corriente de la medicin.

Enfriamiento del bao con celdas Peltier controladaspor

microprocesador

Temperatura de operacin: de +5C a +36C

Calibracin automtica

Memorias estables de los ltimos 2.000 resultados,incrementables a

pedido del usuario

Password de usuario para proteger los datos de calibracin.

Salida RS 232 de datos con impresora incluida

Agitacin y golpe controlados por el software

Volumen de muestra: 2 o 2,5 ml

Duracin del anlisis: unos 2 minutos/muestra

Tiempo de pre-calentamiento: unos 5 minutos

Resolucin: 0,0005 C

Reproducibilidad (en leche bovina): 0,0025 C

Consumo: max. 200 W

Tamao: 32x57x30 cm (AxLxH con cabezal abajo)

Utilidad:
Respecto al anlisis de la actividad de agua en instalaciones
lcteas, resulta vital analizar con precisin el contenido de agua en la
leche. Como todos sabemos, los equipos de ordeo en la granja,
transporte y almacenamiento pueden permitir la adicin accidental de a g u a
a l a l e che du ran te tod o e l p roce so. E n mu ch os p a se s exi ste
un alto riesgo de transporte de patgenos, como el clera,
e n l a l e c h e . E l m t o d o p r e f e r i d o p o r l a industria lctea en los
crioscopios industriales, es el de punto de congelacin. Un crioscopio
determina el contenido de agua en la leche cruda. Como la leche se vende
por peso, los procesadores evitan pagar por un exceso de agua. De
forma adicional, el agua puede servir de refugio para las bacterias.
La tecnologa actual de crioscopa es semi-automtica y utiliza el
mtodo de punto de congelamiento mediante depresin. El
muestreo de pasteurizacin es uno de los pasos ms importantes
en el proceso
6. Por qu la leche cida aumenta el descenso crioscpico?
La acidificacin de la leche se produce debido a la fermentacin de la
lactosa, sta a su vez produce mayor nmero de molculas de soluto
(lactato). Y a mayor cantidad de soluto, solucin ms concentrada,
presentar un punto de congelacin inferior al del solvente puro.
Esta diferencia entre el punto de congelacin de la leche cida y la del
solvente puro aumentar en comparacin del descenso crioscpico de una
leche no cida.
El descenso crioscpico normal observado en la leche se debe
principalmente a la lactosa y sales minerales que se encuentra en
solucin. La grasa y las protenas no infl uye n signifi cativamente
sobre esta propiedad.
En cambio la acidifi cacin debido a la fermentacin de la lactosa. Si
aumenta el descenso crioscpico por la formacin de un mayor nmero de
molculas de soluto originadas en el proceso fermentativo. Por esta razn
el mtodo crioscpico solo puede ser aplicado a leche fresca, con
una acidez no mayor de 20 ml de NaOH 0,1N/100 ml de leche
(0.18% a.l).
Po r e n c i m a de e s e va l or e s n e ce sa r i o i n t ro du c i r u n
f a c t o r d e correccin (0,006C por unidad). Cuando se le agrega agua a la
leche, se diluyen sus solutos y el punto de congelacin aumenta,
acercndose al del agua. El aumento de congelacin es proporcional
a la cantidad de agua adicionada.

VIII. BIBLIOGRAFA

LEWIS, M 1993. Propiedades fsicas de los alimentos y de los sistemas

de procesado. Editorial Acribia. Espaa.

Ch.ALAIS.2003. Ciencia de la leche. Espaa. Disponible en:

http://www.books.google.com.pe . Consultada el 28 de abril del 2009.

CHANG, 2002. Qumica. Sptima edicin. Editorial McGraw-Hill.

Impreso en Colombia.

DESCENSO
CRIOSCPICO.2000.
Espaa
Disponible
en:
http://www.cuadernodelaboratorio.es. Consultada el 27 de abril del
2009.

OCONNOR, P. 1982. Qumica: experimentos y teoras. EDITORIAL

REVERT S.A. Barcelona, Espaa. Pag 83-85.

ROBERT J. BAER, KIRK A. BALDWIN. 1984. Freezing Points of Bulking

Agents Used in Manufacture of Low-Calorie Frozen Desserts. Journal of
Dairy Science Vol. 67, No. 12. Pag 2861.

LE IGH TO N, A. 1927. O n th e cal cu l at i on of th e f re e zi n g

p o i n t o f t h e i c e c r e a m mixes and of the quantities of ice
separated during the freezing process. J. Dairy Sei. Pag 308.

Pons Muzzo (2002) Fisicoqumica. 274-296 pp. Universidad Mayor de

San Marcos. Lima. Peru.

IX.

ANEXOS

POR QU SE ECHA SAL A LA NIEVE??

Una de las formas de minimizar los efectos negativos de la nieve, en la
ciudad y en la carretera, es echar sal para que se funda. Otra, es retirar
directamente la nieve con palas o quitanieves. La ventaja de la primera es
que es ms efectiva en caso de que contine nevando y que se evita la
formacin de hielo.
El agua pura pasa del estado lquido al slido a 0C (punto de congelacin).
Sin embargo, cuando se disuelve alguna sustancia en ella, como la sal, el
punto de congelacin desciende. Este descenso depende de la cantidad de
sustancia disuelta.
Por tanto, cuanta ms sal se aada a la nieve, mayor ser el descenso en el
punto de congelacin. Por ejemplo, si hay 22 g de sal por cada 100 g de
agua, el punto de congelacin disminuir hasta -21 C. Este fenmeno se
conoce como descenso crioscpico y es debido a que las molculas de la sal
(soluto) se interponen entre las del agua (disolvente) dificultando as su
"cristalizacin".
De la misma forma, se aaden ciertos tipos de alcoholes (soluto) al agua de
los radiadores, en los coches, para evitar su congelacin y que dara lugar a
la rotura de las tuberas por efecto del aumento de volumen del agua al
congelarse. A este tipo de alcoholes se les conoce con el nombre comercial
de anticongelantes.

DESCENSO CRIOSCPICO
Qumicamente, el descenso crioscpico se define como la diferencia entre la
temperatura de congelacin de un disolvente puro y una disolucin de ese
mismo disolvente para una determinada concentracin.
Matemticamente se formula de la siguiente manera:
T = Kc x m
Donde, Kc es la constante crioscpica, caracterstica de cada disolvente y
m, la molalidad de la disolucin (moles de soluto/Kg de disolvente).
Las propiedades que dependen del nmero de partculas disueltas en lugar
de la naturaleza de las mismas se llaman propiedades coligativas. El
descenso crioscpico es una propiedad coligativa.

La determinacin de pesos moleculares a travs del descenso crioscpico

de denomina crioscopa.