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Revelado: Por qué el agua caliente se congela antes que la fría

A veces el agua caliente se congela antes que la fría, pero ¿por qué? Es un fenómeno peculiar que ha desconcertado a los científicos durante generaciones, pero ahora hay una evidencia de que el efecto podría depender de impurezas aleatorias en el agua.

La congelación acelerada del agua caliente es conocido como el efecto Mpemba (Ya conté la historia en esta otra entrada). Los físicos han propuesto varias teorías con varias explicaciones posibles, incluyendo una evaporación rápida, reduciendo el volumen del agua, una capa de hielo aislante del agua helada, y diferentes concentraciones de solutos. Pero la respuesta ha sido muy difícil de definir porque no es un efecto fiable - el agua fría es igual de propensa a congelarse rápido.

James Brownride, quien es el responsable de seguridad de la Universidad Estatal de Nueva York en Binghamton, cree que esta aleatoriedad es crucial. Durante los últimos 10 años ha llevado a cabo cientos de experimentos sobre el efecto Mpemba en su tiempo libre, y tiene pruebas de que el efecto está basado en el fenómeno del subenfriamiento.


"El agua rara vez se congela a los 0ºC," dice Brownridge. "Normalmente se subenfría, y solo empieza a congelarse a bajas temperaturas." El punto de congelación depende de las impurezas del agua que son donde se forman los cristales de hielo. Normalmente, el agua contiene varios tipos de impurezas, desde partículas de polvo a sales disueltas y bacterias, cada una provoca la congelación a una temperatura concreta. La impureza con la temperatura más alta de nucleación determina la temperatura a la que el agua se congela.

Brownridge empieza con dos muestras de agua a la misma temperatura - por ejemplo, agua del grifo a 20ºC - en tubos de ensayo cubiertos y los enfría en un congelador. Uno se congelará primero, se supone que debido a su mezcla variada de impurezas que le da un alto punto de congelación.

Si la diferencia es lo suficientemente grande, aparecerá el efecto Mpemba. Brownridge selecciona la muestra con una temperatura de congelación natural más alta para calentarla a 80ºC, calentando la otra a temperatura ambiente, entonces vuelve a poner los tubos de ensayos en el congelador. El agua caliente siempre se congelará más rápido que la fría si su punto de congelación es de al menos 5ºC, dice Brownridge.

Puede parecer sorprendente que una pequeña diferencia de unos 5ºC pueda marcar la diferencia, cuando la muestra más caliente tiene 60ºC de desventaja. Pero cuanto mayor es la diferencia entre el objeto y su entorno - en este caso el congelador - más rápido se enfría. De esta manera la muestra caliente se congelará muy rápido, ayudándole a alcanzar su punto de congelación a los -2ºC, dice, antes de que el agua enfriada llegue a su punto de congelación a los -7ºC.

¿Por qué no lo notó nadie? Brownridge dice que otras personas no han controlado lo suficientemente bien las condiciones experimentales para estudiar un factor como el tiempo. Por ejemplo, es necesario controlar el tipo de contenedor, la localización de la muestra en el congelador y así sucesivamente.

Es improbable que este trabajo termine con el debate Mpemba. Jonathan Katz de la Universidad de Washington de St Louis, Missouri, dice que es escéptico. De acuerdo con la teoría de Katz, el calentamiento aumenta el punto de congelación del agua ya que vaporiza algunos solutos como el dióxido de carbono. Esto significa que calentar el agua aumenta las posibilidades de que se congele primero, a diferencia de los resultados más aleatorios sugeridos por Brownridge. "Tal vez ha encontrado un efecto de subenfriamiento similar al de Mpemba", dice Katz.

Fuente: NewScientist 

Comentarios

  1. Muy curioso, y encima no quieren decir que tampoco es certero nada de lo que han investigado.

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  2. podría deberse también (y hablo a nivel intuitivo)a que las moléculas de agua en estado gaseoso y congelado tienen una disposición mas parecida al estado líquido (con una disposición mas compacta no tan espaciada como puede ser el hielo (con sus agujero entre medio por ejemplo). Resumiendo: el agua caliente tiene mas agitación termica y las moleculas están mas espaciadas=hielo.
    Arturo Fuentes

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  3. deben investigar acerca de la conducción de calor en estado transitorio, de este modo resolverán la incógnita de un gradiente de temperatura significativo proporcional al tiempo de la transferencia de calor.

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