¿Por qué el agua caliente se congela más rápidamente que el agua fría?


En los tiempos modernos, esta propiedad ha sido nombrada el efecto Mpemba, por un estudiante de la escuela secundaria de Tanzania que re-descubrió este fenómeno (los primeros registros son de la época de Aristóteles) en 1963.

Erasto Mpemba y otros niños en su escuela a menudo hacían helados en el congelador de la escuela (hirviendo la leche y mezclandola con azúcar, que enfriaban y colocaban en el congelador). Un día, Mpemba precipitó el proceso y metió la leche aún caliente, y para su sorpresa, el helado se formó más rápido. Mpemba se asoció con un profesor de física que visitó su escuela, y en 1969 se publicó un documento, que desde entonces ha sido replicado muchas veces.

 

Para que el efecto se produzca hay varios factores en juego, no entendemos del todo por qué funciona, pero existen varias especulaciones científicas, aquí están algunas versiones.

Una hipótesis es que el agua caliente se evapora más rápidamente, perdiendo masa y por lo tanto necesita perder menos calor para congelarse. Sin embargo, los científicos también han demostrado el efecto Mpemba con recipientes cerrados donde no hay evaporación.

Otra especulación es que el agua desarrolla corrientes de convección y gradientes de temperatura a medida que se enfría (un enfriamiento rápido de un vaso de agua caliente tendrá mayores diferencias de temperatura), y pierde calor más rápidamente de la superficie, mientras que un vaso de manera uniforme de agua fresca tiene menos diferencia de temperatura, y hay menor convección para acelerar el proceso. Pero esta idea no ha sido completamente verificada tampoco.

Otras teorías se han propuesto, incluyendo sobreenfriamiento, o el efecto que los gases disueltos en el agua tendrían en el proceso de congelación.

A finales de 2013, un equipo de investigadores de Singapur propuso en un documento en arXiv.org que la paradoja Mpemba deriva de las propiedades únicas de los enlaces químicos en el agua. Una molécula de agua estándar contiene un átomo de oxígeno y dos átomos de hidrógeno unidos a ella por enlaces covalentes que comparten pares de electrones entre los átomos.

Pero cuando se ponen varias moléculas de agua en conjunto, los átomos de hidrógeno también forman enlaces con átomos de oxígeno en otras moléculas. Estos enlaces de hidrógeno son los que dan al agua algunas de sus propiedades, tales como tener un punto de ebullición relativamente alto, y cada vez menos denso al congelarse.

Según los investigadores, cuando el agua hierve, las moléculas se extienden, alargando los enlaces de hidrógeno. Si el agua se congela en este estado, los enlaces liberan energía en forma de un resorte desenrollado, enfriándose más rápidamente. Esta teoría a pesar de ser convincente aún no está comprobada.

 

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