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Por que o sal promove o derretimento do gelo?

                      
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         É de conhecimento comum o fato de que se adicionarmos sal de cozinha (constituído majoritariamente de cloreto de sódio, NaCl) sobre gelo, acabamos acelerando o derretimento desse último caso a temperatura no ambiente não esteja muito baixa (abaixo de 25°C negativos, por exemplo) e a pressão não esteja muito alta (na prática diária, será quase sempre próxima de 1 atm). Mas porque isso acontece?

          É muito comum vermos as pessoas de países frios jogando sal em montes de neve para facilitar sua retirada de casas e estradas e a explicação para este fenômeno é muitas vezes confundida até mesmo por professores de ensino médio. Vocês talvez já ouviram que isto ocorre porque as interações entre as moléculas de água no gelo são quebradas pela presença do cloreto de sódio, por causa da sua grande afinidade polar com a água. E isso é totalmente errôneo. O abaixamento do ponto de fusão (temperatura onde o sólido transforma-se em líquido) causado pela adição de um soluto (no caso aqui, o cloreto de sódio) ocorre por causa do aumento de entropia no sistema e não depende em quase nada das interações entre soluto e solvente. Ou seja, se você adicionar açúcar, terá o mesmo resultado do que o sal de cozinha!

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ENTROPIA: Apesar do termo entropia ser constantemente e erroneamente associado à ideia de desordem e caos, sob o ponto de vista tanto qualitativo quanto quantitativo, a entropia é melhor descrita como uma medida de dispersão energética dentro de um sistema a uma determinada temperatura. Em termos de termodinâmica molecular, podemos também dizer que um aumento de entropia implica no aumento do número de microestados acessíveis, onde mais energia dispersada pode alcançá-los.
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         Além de abaixar o ponto de fusão, o aumento de entropia aumenta o ponto de ebulição (passagem rápida do líquido para a fase gasosa), a pressão de vapor (volatilidade da solução) e a pressão osmótica. A água, com a adição de qualquer soluto, passa a congelar em uma temperatura mais baixa do que o normal. Da mesma forma, todo mundo já percebeu que, quando colocamos sal ou açúcar em uma água fervendo (ebulindo) no fogão, a mesma para na hora o processo de fervura, porque a entropia aumenta e com ela o ponto de ebulição. No caso da mistura entre gelo e sal, este último acaba sendo dissolvido pelas pequenas quantidades de água líquida na superfície do gelo, e a solução resultante só volta a congelar a temperaturas muito mais baixas. Com o contínuo processo de dissolução do sal na água líquida presente na superfície do gelo, este acaba tendo seu derretimento prático deflagrado mesmo a temperaturas muito baixas ou acelerado em temperaturas acima de 0°C. 

Nos países de clima frio, é comum a adição de sal à neve acumulada nas ruas para facilitar sua retirada devido ao derretimento parcial das camadas mais grossas

             Agora, outro ponto interessante é o uso de sal e gelo para congelar mais rapidamente bebidas e outros alimentos frios. A explicação é a mesma e envolve também outro fator termodinâmico. Como foi dito, o sal, misturado com gelo, acelera ou deflagra o derretimento desse último. Porém, por que a cerveja congela rapidinho em contato com essa mistura? 

           Para a água sólida (gelo) passar para o estado líquido, é necessário fornecer calor para que as interações intermoleculares na estrutura molecular gelo sejam enfraquecidas e quebradas. O sal (soluto) força a passagem para a fase líquida e o calor requerido acaba vindo da própria água (sistema)! Com isso, a temperatura na solução cai muito, atingindo marcas de até 21°C negativos, o que faz sua cerveja, e todo o ambiente ali próximo, esfriar de forma brusca! Essa técnica é muito utilizada em laboratórios de química quando se quer obter temperaturas muito baixas de forma rápida e barata. A solução, neste caso, é chamada 'mistura congelante'. Muitos irresponsáveis de plantão gostam de desafiar os amigos a segurarem ou pressionarem gelo e sal de cozinha contra a pele e ver por quanto tempo suportam a dor sentida pela exposição às temperaturas baixíssimas alcançadas no processo. Além da dor, essa brincadeira mais do que irresponsável pode causar sérias queimaduras de frio e até mesmo danificar permanentemente nervos na pele.

As últimas duas fotos mostram os danos causados pela brincadeira irresponsável

           Depois de ter lido tudo isso, você pode estar se perguntando agora: "Mas se a mistura gelo + sal precisa de calor externo para chegar à fase líquida, esse processo não deveria ser espontâneo, não é mesmo?"  Esse é outro erro também muito propagado. A espontaneidade de uma reação química ou mudança física de estado não depende do valor da entalpia. No ensino médio, aprendemos que a entalpia negativa de um fenômeno envolve a liberação de energia (calor) e entalpia positiva envolve a absorção de energia do ambiente. Isso está correto, mas é incorreto afirmar que entalpia negativa significa reação espontânea e entalpia positiva demanda um trabalho exterior extra para o processo ocorrer. Nesse sentido, precisamos lembrar novamente da entropia.

          Na figura acima, temos uma das mais famosas expressões da termodinâmica. A espontaneidade de um processo químico/físico depende da energia livre de Gibbs, e esta dependerá da variação de entropia concomitante com a variação de entalpia. Se a variação positiva da entropia for muito grande, independentemente do valor da variação de entalpia (se não for muito grande no sentido positivo, claro), a variação de Gibbs será negativa, e, portanto, o processo será espontâneo. Assim, o sal promove o derretimento do gelo em um processo endotérmico e de forma espontânea.

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            Outra pergunta relacionada ao derretimento do gelo com sal de cozinha: "Por que não usam outro soluto sem ser o sal, se a natureza química deste último não influencia no fenômeno aqui descrito?" A resposta é simples: ele é barato e não faria uma meleca como ocorreria se usássemos, por exemplo, açúcar... Imagina limpar a rua cheia de neve usando açúcar! O gelo sumiria, mas todos teriam que se preparar para um exército de formigas e outras tropas famintas logo depois, além disso provocar um aumento absurdo no preço do etanol (Risos)!


REFERÊNCIAS CIENTÍFICAS
  1. Físico-química - Vol. 1 e 2 - 9ª Ed. 2012 Atkins,P.w. / Paula, Julio de
  2. https://van.physics.illinois.edu/qa/listing.php?id=1580
  3. https://daim.idi.ntnu.no/masteroppgaver/008/8325/masteroppgave.pdf
  4. https://van.physics.illinois.edu/qa/listing.php?id=1608&t=ice-melting-rates-with-salt