LOS MISTERIOS SIN RESOLVER SOBRE ¡EL AGUA!

Tomemos 2 recipientes idénticos y los llenamos uno con agua a 5ºC y el otro con agua a 35ºC. A continuación introducimos los recipientes en un frigorífico ¿Qué recipiente se congelará antes? La respuesta parece evidente: el agua a 5ºC se enfriará antes ya

que el agua a 35ºC primero consumirá un tiempo hasta enfriarse a 5ªC y luego otro tiempo adicional para congelarse bajando por debajo de 0ºC. ¿Es esta respuesta correcta?

Tomemos ahora 2 recipientes idénticos con agua a la misma temperatura: 15ºC, la única diferencia es que el agua de uno de los recipientes ha sido previamente calentado hasta 100ºC y luego se ha dejado enfriar hasta 15ºC. A continuación metemos los 2 recipientes en la nevera. ¿Cual de los 2 recipientes con agua se congelará primero? De nuevo la respuesta parece evidente: los 2 a la vez puesto que ambos partieron de la misma temperatura inicial.

En 1963 Erasto Bartholomeo Mpemba de 13 años de edad que entonces era un estudiante en la escuela secundaria de Magamba estaba hirviendo leche para prepararse un helado casero como era costumbre en la escuela, entonces observó que otro estudiante para aprovechar el poco espacio disponible en la nevera introdujo su leche con azúcar directamente sin hervir en la nevera, entonces Erasto, por miedo a quedarse sin sitio introdujo su recipiente con leche aún caliente en la nevera. Cuando una hora y media más tarde sacaron sus helados Erasto comprobó que ¡su helado estaba completamente congelado mientras que el de su amigo no! Por supuesto,

cuando le preguntó a su profesor sobre este fenómeno el profesor le dijo que estaba equivocado.

Posteriormente, después de haber estudiado las leyes de Newton y convencido de que el efecto era real, aprovechó la visita a su colegio del Dr. Denis G. Osborne, profesor del University College Dar es Salam y después de su conferencia se levantó y le preguntó: "Si tomas dos recipientes similares con idénticas cantidades de agua, una a 35 °C y la otra a 100 °C y los guardas en un congelador, el que estaba a 100 °C se congela primero. ¿Por qué? Imaginar el desconcierto y la sorpresa del Dr Osborne que no supo que contestar (aunque evidentemente pensó que el chico estaba equivocado). Posteriormente el Dr Osborne y Mpemba realizarían juntos varios experimentos y publicarían los resultados que confirmaban este fenómeno. A partir de entonces este efecto se denominaría el efecto Mpemba.

Pero ¿cual es la explicación de este fenómeno? Aunque parezca increíble aún a fecha de hoy no existe una explicación completamente satisfactoria a este fenómeno debido a que los experimentos varían mucho dependiendo de las condiciones en los que se realice: forma y material de los recipientes, temperaturas, presiones, impurezas del agua, potencias de enfriamiento, etc. Para entender por qué a fecha de hoy no hay una explicación definitiva y detallada de este fenómeno y por qué la explicación puede ser debida a varios procesos físicos diferentes describiremos varios de los procesos más importantes que influyen en el aparentemente simple proceso de enfriamiento del agua:

1º) La evaporación: El agua cuanto más caliente este más masa y calor pierde debido a la evaporación, esto claramente influye en el efecto Mpemba pero no es suficiente para explicar los experimentos.

2º) La convección: Al introducir el líquido caliente en el frigorífico la parte superior del líquido se enfría más rápido que la parte inferior aun caliente, esto hace que el líquido superior frío descienda y el inferior caliente ascienda, entonces el nuevo líquido que ha ascendido se vuelve a enfriar y vuelve a repetirse el ciclo. Esto produce unas corrientes que facilitan que el frío se disperse más rápidamente por todo el líquido. A mayor temperatura mayor serán las corrientes de convección.

3º) Cambios de densidad: el agua caliente es menos denso que el frío (excepto en el rango 0ºC-4ºC y en el agua congelada).

4º) Capas aislantes de hielo: la formación de una capa de hielo en la parte superior del líquido reduce la evaporación y el enfriamiento por convección. Este efecto suele ser mayor en el líquido frío en el que la capa de hielo se forma más rápidamente.

5º) Impurezas del agua: El agua suele tener impurezas cuya cantidad y constitución influyen en el proceso de enfriamiento.

6º) Gases disueltos en el agua: el líquido caliente tiene menos gases disueltos que el frío lo cual influye en el proceso (esto explica la segunda pregunta con la que empieza este artículo: al hervir el agua se evaporan los gases disueltos).

Por si esto fuera poco existen más fenómenos que tienen lugar a temperaturas concretas y que claramente influyen en este proceso, por ejemplo: si el líquido está muy caliente puede fundir la capa de hielo que aísla el recipiente del frío aire del congelador aumentando así la evaporación y el enfriamiento por convección, por debajo de 4ºC cesan las corrientes de convección, etc etc.

Todo esto hace que sea muy difícil reproducir los experimentos de forma exacta (en muchos experimentos el fenómeno no surge) y encontrar una causa concreta al fenómeno. Algunas veces la física de los objetos cotidianos nos sorprende ofreciéndonos fenómenos contraintuitivos.

Así que ya sabéis: cuando se os acaben los hielos para los cubatas en una fiesta y necesitéis más con urgencia ¡ Calentar el agua primero !

Fuentes: http://en.wikipedia.org/wiki/Mpemba_effect, Investigación y ciencia Octubre 2012