¿Alguna vez te has preguntado por qué el agua calentada a 82 grados C se congela más rápido que el agua fría? Lo más probable es que no, incluso estoy más que seguro de que nunca se te ha ocurrido la pregunta: ¿qué agua se congela más rápido, la fría o la caliente?
Sin embargo, este sorprendente descubrimiento lo hizo un colegial africano corriente, Erasto Mpemba, en 1963. Esta era la experiencia habitual de un niño curioso, por supuesto que no podía interpretar correctamente el significado de la suya y, además, los científicos de todo el mundo hasta 1966 no podían dar una respuesta clara y fundamentada. respuesta a la pregunta: ¿por qué agua caliente? se congela más rápido que el frío.
El agua fría tiene mucho oxígeno disuelto., es él quien mantiene la temperatura de congelación del agua en 0 grados. Si se elimina el oxígeno del agua, y esto es lo que sucede cuando el agua se calienta, las burbujas de aire disueltas en el agua, como está de moda decir ahora, colapsan, el agua se convierte en hielo no a cero grados como de costumbre, y ya a 4°C. Es el oxígeno disuelto en agua el que rompe los enlaces entre las moléculas de agua, evitando que el agua pase del estado líquido al sólido, y simplemente se convertirá en
En 1963, un escolar tanzano llamado Erasto Mpemba le hizo a su maestro una pregunta estúpida: ¿por qué el helado caliente en su congelador se congelaba más rápido que el frío?
Como estudiante en la escuela secundaria Magambi en Tanzania, Erasto Mpemba realizó trabajos prácticos como cocinero. Necesitaba hacer helado casero: hervir la leche, disolver el azúcar, enfriarla a temperatura ambiente y luego ponerla en el refrigerador para que se congelara. Aparentemente, Mpemba no era un estudiante particularmente diligente y retrasó la finalización de la primera parte de la tarea. Temiendo no poder llegar al final de la lección, puso leche aún caliente en el refrigerador. Para su sorpresa, se congeló incluso antes que la leche de sus compañeros, preparada según la tecnología dada.
Se dirigió al profesor de física para pedirle una aclaración, pero se limitó a reírse del estudiante y le dijo lo siguiente: “Esto no es física universal, sino física Mpemba”. Después de esto, Mpemba experimentó no sólo con leche, sino también con agua corriente.
En cualquier caso, ya siendo estudiante en la escuela secundaria de Mkwava, preguntó al profesor Dennis Osborne del University College de Dar Es Salaam (invitado por el director de la escuela a dar una conferencia sobre física a los estudiantes) específicamente sobre el agua: “Si tomas dos recipientes idénticos con volúmenes iguales de agua para que en uno de ellos el agua tenga una temperatura de 35°C, y en el otro - 100°C, y mételos en el congelador, luego en el segundo el agua se congelará más rápido. ¿Por qué?" Osborne se interesó por este tema y pronto, en 1969, él y Mpemba publicaron los resultados de sus experimentos en la revista Physics Education. Desde entonces, el efecto que descubrieron se llamó efecto Mpemba.
¿Te interesa saber por qué sucede esto? Hace apenas unos años, los científicos lograron explicar este fenómeno...
El efecto Mpemba (paradoja de Mpemba) es una paradoja que establece que el agua caliente bajo algunas condiciones se congela más rápido que el agua fría, aunque debe superar la temperatura del agua fría durante el proceso de congelación. Esta paradoja es un hecho experimental que contradice las ideas habituales según las cuales, en las mismas condiciones, un cuerpo más calentado tarda más en enfriarse a una determinada temperatura que un cuerpo menos calentado en enfriarse a la misma temperatura.
Este fenómeno fue observado en su época por Aristóteles, Francis Bacon y René Descartes. Hasta ahora nadie sabe exactamente cómo explicar este extraño efecto. Los científicos no tienen una única versión, aunque hay muchas. Se trata de la diferencia en las propiedades del agua fría y caliente, pero aún no está claro qué propiedades juegan un papel en este caso: la diferencia en el sobreenfriamiento, la evaporación, la formación de hielo, la convección o el efecto de los gases licuados en el agua en diferentes temperaturas. La paradoja del efecto Mpemba es que el tiempo durante el cual un cuerpo se enfría hasta la temperatura ambiente debe ser proporcional a la diferencia de temperatura entre este cuerpo y el medio ambiente. Esta ley fue establecida por Newton y desde entonces ha sido confirmada muchas veces en la práctica. En este efecto, el agua con una temperatura de 100°C se enfría a una temperatura de 0°C más rápido que la misma cantidad de agua con una temperatura de 35°C.
Desde entonces se han expresado diferentes versiones, una de las cuales era la siguiente: parte del agua caliente primero simplemente se evapora y luego, cuando queda menos, el agua se congela más rápido. Esta versión, debido a su simplicidad, se convirtió en la más popular, pero no satisfizo del todo a los científicos.
Ahora, un equipo de investigadores de la Universidad Tecnológica de Nanyang en Singapur, dirigido por el químico Xi Zhang, dice haber resuelto el antiguo misterio de por qué el agua caliente se congela más rápido que el agua fría. Como han descubierto los expertos chinos, el secreto está en la cantidad de energía almacenada en los enlaces de hidrógeno entre las moléculas de agua.
Como sabes, las moléculas de agua están formadas por un átomo de oxígeno y dos átomos de hidrógeno unidos por enlaces covalentes, lo que a nivel de partícula parece un intercambio de electrones. Otro hecho conocido es que los átomos de hidrógeno son atraídos por los átomos de oxígeno de las moléculas vecinas: se forman enlaces de hidrógeno.
Al mismo tiempo, las moléculas de agua generalmente se repelen entre sí. Los científicos de Singapur se dieron cuenta: cuanto más caliente está el agua, mayor es la distancia entre las moléculas del líquido debido al aumento de las fuerzas repulsivas. Como resultado, los enlaces de hidrógeno se estiran y, por tanto, almacenan más energía. Esta energía se libera cuando el agua se enfría: las moléculas se acercan unas a otras. Y la liberación de energía, como se sabe, significa enfriamiento.
Estas son las suposiciones propuestas por los científicos:
Evaporación
El agua caliente se evapora más rápido del recipiente, lo que reduce su volumen, y un volumen menor de agua a la misma temperatura se congela más rápido. El agua calentada a 100°C pierde el 16% de su masa cuando se enfría a 0°C. El efecto de evaporación es un efecto doble. En primer lugar, disminuye la masa de agua necesaria para la refrigeración. Y en segundo lugar, debido a la evaporación, su temperatura disminuye.
Diferencia de temperatura
Debido a que la diferencia de temperatura entre el agua caliente y el aire frío es mayor, el intercambio de calor en este caso es más intenso y el agua caliente se enfría más rápido.
Hipotermia
Cuando el agua se enfría por debajo de 0°C no siempre se congela. En algunas condiciones, puede sufrir un sobreenfriamiento y permanecer líquido a temperaturas bajo cero. En algunos casos, el agua puede permanecer líquida incluso a una temperatura de -20°C. La razón de este efecto es que para que los primeros cristales de hielo comiencen a formarse, se necesitan centros de formación de cristales. Si no están presentes en el agua líquida, el sobreenfriamiento continuará hasta que la temperatura baje lo suficiente como para que se formen cristales espontáneamente. Cuando comiencen a formarse en el líquido sobreenfriado, comenzarán a crecer más rápido, formando hielo granizado, que se congelará para formar hielo. El agua caliente es más susceptible a la hipotermia porque al calentarla se eliminan los gases y las burbujas disueltos, que a su vez pueden servir como centros para la formación de cristales de hielo. ¿Por qué la hipotermia hace que el agua caliente se congele más rápido? En el caso del agua fría que no está sobreenfriada, ocurre lo siguiente: se forma una fina capa de hielo en su superficie, que actúa como aislante entre el agua y el aire frío, evitando así una mayor evaporación. La tasa de formación de cristales de hielo en este caso será menor. En el caso del agua caliente sometida a sobreenfriamiento, el agua sobreenfriada no tiene una capa superficial protectora de hielo. Por lo tanto, pierde calor mucho más rápido a través de la parte superior abierta. Cuando finaliza el proceso de sobreenfriamiento y el agua se congela, se pierde mucho más calor y por tanto se forma más hielo. Muchos investigadores de este efecto consideran que la hipotermia es el factor principal en el caso del efecto Mpemba.
Convección
El agua fría comienza a congelarse desde arriba, empeorando así los procesos de radiación y convección de calor y, por tanto, la pérdida de calor, mientras que el agua caliente comienza a congelarse desde abajo. Este efecto se explica por una anomalía en la densidad del agua. El agua tiene su máxima densidad a 4°C. Si enfrías el agua a 4°C y la colocas en un ambiente con una temperatura más baja, la capa superficial de agua se congelará más rápido. Debido a que esta agua es menos densa que el agua a 4°C, permanecerá en la superficie formando una fina capa fría. En estas condiciones, en poco tiempo se formará una fina capa de hielo en la superficie del agua, pero esta capa de hielo actuará como aislante, protegiendo las capas inferiores de agua, que permanecerán a una temperatura de 4°C. . Por lo tanto, el proceso de enfriamiento posterior será más lento. En el caso del agua caliente la situación es completamente diferente. La capa superficial de agua se enfriará más rápidamente debido a la evaporación y a una mayor diferencia de temperatura. Además, las capas de agua fría son más densas que las de agua caliente, por lo que la capa de agua fría se hundirá, llevando la capa de agua tibia a la superficie. Esta circulación de agua asegura un rápido descenso de la temperatura. Pero ¿por qué este proceso no llega a un punto de equilibrio? Para explicar el efecto Mpemba desde el punto de vista de la convección, sería necesario suponer que las capas de agua fría y caliente se separan y que el proceso de convección continúa después de que la temperatura promedio del agua cae por debajo de 4 ° C. Sin embargo, no hay evidencia experimental que respalde esta hipótesis de que las capas de agua fría y caliente estén separadas por el proceso de convección.
Gases disueltos en agua.
El agua siempre contiene gases disueltos: oxígeno y dióxido de carbono. Estos gases tienen la capacidad de reducir el punto de congelación del agua. Cuando se calienta el agua, estos gases se liberan del agua porque su solubilidad en agua es menor a altas temperaturas. Por lo tanto, cuando el agua caliente se enfría, siempre contiene menos gases disueltos que el agua fría sin calentar. Por tanto, el punto de congelación del agua calentada es mayor y se congela más rápido. Este factor se considera a veces como el principal para explicar el efecto Mpemba, aunque no existen datos experimentales que lo confirmen.
Conductividad térmica
Este mecanismo puede desempeñar un papel importante cuando se coloca agua en el compartimento frigorífico-congelador en recipientes pequeños. En estas condiciones, se ha observado que un recipiente con agua caliente derrite el hielo en el congelador que se encuentra debajo, mejorando así el contacto térmico con la pared del congelador y la conductividad térmica. Como resultado, el calor se elimina de un recipiente con agua caliente más rápido que de uno frío. A su vez, un recipiente con agua fría no derrite la nieve que hay debajo. Todas estas (y otras) condiciones se estudiaron en muchos experimentos, pero nunca se obtuvo una respuesta inequívoca a la pregunta de cuál de ellas garantiza la reproducción del 100% del efecto Mpemba. Por ejemplo, en 1995, el físico alemán David Auerbach estudió el efecto del sobreenfriamiento del agua sobre este efecto. Descubrió que el agua caliente, al alcanzar un estado sobreenfriado, se congela a una temperatura más alta que el agua fría y, por tanto, más rápido que esta última. Pero el agua fría alcanza un estado sobreenfriado más rápido que el agua caliente, compensando así el retraso anterior. Además, los resultados de Auerbach contradicen datos anteriores de que el agua caliente podía alcanzar un mayor sobreenfriamiento debido a que tenía menos centros de cristalización. Cuando se calienta el agua, se eliminan los gases disueltos en ella, y cuando se hierve, precipitan algunas sales disueltas en ella. Por ahora sólo se puede afirmar una cosa: la reproducción de este efecto depende en gran medida de las condiciones en las que se lleva a cabo el experimento. Precisamente porque no siempre se reproduce.
Pero como dicen, la razón más probable.
Como escriben los químicos en su artículo, que se puede encontrar en el sitio web de preimpresión arXiv.org, los enlaces de hidrógeno son más fuertes en agua caliente que en agua fría. Por lo tanto, resulta que se almacena más energía en los enlaces de hidrógeno del agua caliente, lo que significa que se libera más energía cuando se enfría a temperaturas bajo cero. Por este motivo, el endurecimiento se produce más rápido.
Hasta la fecha, los científicos han resuelto este misterio sólo teóricamente. Cuando presentan pruebas convincentes de su versión, la cuestión de por qué el agua caliente se congela más rápido que el agua fría puede considerarse cerrada.
efecto mpemba(Paradoja de Mpemba) es una paradoja que afirma que el agua caliente bajo algunas condiciones se congela más rápido que el agua fría, aunque debe pasar la temperatura del agua fría durante el proceso de congelación. Esta paradoja es un hecho experimental que contradice las ideas habituales según las cuales, en las mismas condiciones, un cuerpo más calentado tarda más en enfriarse a una determinada temperatura que un cuerpo menos calentado en enfriarse a la misma temperatura.
Este fenómeno fue notado en un momento por Aristóteles, Francis Bacon y René Descartes, pero no fue hasta 1963 que el escolar tanzano Erasto Mpemba descubrió que una mezcla de helado caliente se congela más rápido que una fría.
Como estudiante en la escuela secundaria Magambi en Tanzania, Erasto Mpemba realizó trabajos prácticos como cocinero. Necesitaba hacer helado casero: hervir la leche, disolver el azúcar, enfriarla a temperatura ambiente y luego ponerla en el refrigerador para que se congelara. Aparentemente, Mpemba no era un estudiante particularmente diligente y retrasó la finalización de la primera parte de la tarea. Temiendo no poder llegar al final de la lección, puso leche aún caliente en el refrigerador. Para su sorpresa, se congeló incluso antes que la leche de sus compañeros, preparada según la tecnología dada.
Después de esto, Mpemba experimentó no sólo con leche, sino también con agua corriente. En cualquier caso, ya siendo estudiante en la escuela secundaria de Mkwava, preguntó al profesor Dennis Osborne del University College de Dar Es Salaam (invitado por el director de la escuela a dar una conferencia sobre física a los estudiantes) específicamente sobre el agua: “Si tomas dos recipientes idénticos con volúmenes iguales de agua para que en uno de ellos el agua tenga una temperatura de 35°C, y en el otro - 100°C, y mételos en el congelador, luego en el segundo el agua se congelará más rápido. ¿Por qué? Osborne se interesó por este tema y pronto, en 1969, él y Mpemba publicaron los resultados de sus experimentos en la revista Physics Education. Desde entonces, el efecto que descubrieron se ha denominado efecto mpemba.
Hasta ahora nadie sabe exactamente cómo explicar este extraño efecto. Los científicos no tienen una única versión, aunque hay muchas. Se trata de la diferencia en las propiedades del agua fría y caliente, pero aún no está claro qué propiedades juegan un papel en este caso: la diferencia en el sobreenfriamiento, la evaporación, la formación de hielo, la convección o el efecto de los gases licuados en el agua en diferentes temperaturas.
La paradoja del efecto Mpemba es que el tiempo durante el cual un cuerpo se enfría hasta la temperatura ambiente debe ser proporcional a la diferencia de temperatura entre este cuerpo y el medio ambiente. Esta ley fue establecida por Newton y desde entonces ha sido confirmada muchas veces en la práctica. En este efecto, el agua con una temperatura de 100°C se enfría a una temperatura de 0°C más rápido que la misma cantidad de agua con una temperatura de 35°C.
Sin embargo, esto todavía no implica una paradoja, ya que el efecto Mpemba puede explicarse en el marco de la física conocida. Aquí hay algunas explicaciones para el efecto Mpemba:
Evaporación
El agua caliente se evapora más rápido del recipiente, lo que reduce su volumen, y un volumen menor de agua a la misma temperatura se congela más rápido. El agua calentada a 100 C pierde el 16% de su masa cuando se enfría a 0 C.
El efecto de evaporación es un efecto doble. En primer lugar, disminuye la masa de agua necesaria para la refrigeración. Y en segundo lugar, la temperatura disminuye debido a que disminuye el calor de evaporación de la transición de la fase de agua a la fase de vapor.
Diferencia de temperatura
Debido a que la diferencia de temperatura entre el agua caliente y el aire frío es mayor, el intercambio de calor en este caso es más intenso y el agua caliente se enfría más rápido.
Hipotermia
Cuando el agua se enfría por debajo de 0 C, no siempre se congela. En algunas condiciones, puede sufrir un sobreenfriamiento y permanecer líquido a temperaturas bajo cero. En algunos casos, el agua puede permanecer líquida incluso a una temperatura de –20 C.
La razón de este efecto es que para que los primeros cristales de hielo comiencen a formarse, se necesitan centros de formación de cristales. Si no están presentes en el agua líquida, el sobreenfriamiento continuará hasta que la temperatura baje lo suficiente como para que se formen cristales espontáneamente. Cuando comiencen a formarse en el líquido sobreenfriado, comenzarán a crecer más rápido, formando hielo granizado, que se congelará para formar hielo.
El agua caliente es más susceptible a la hipotermia porque al calentarla se eliminan los gases y las burbujas disueltos, que a su vez pueden servir como centros para la formación de cristales de hielo.
¿Por qué la hipotermia hace que el agua caliente se congele más rápido? En el caso del agua fría que no está sobreenfriada, sucede lo siguiente. En este caso, se formará una fina capa de hielo en la superficie del recipiente. Esta capa de hielo actuará como aislante entre el agua y el aire frío y evitará una mayor evaporación. La tasa de formación de cristales de hielo en este caso será menor. En el caso del agua caliente sometida a sobreenfriamiento, el agua sobreenfriada no tiene una capa superficial protectora de hielo. Por lo tanto, pierde calor mucho más rápido a través de la parte superior abierta.
Cuando finaliza el proceso de sobreenfriamiento y el agua se congela, se pierde mucho más calor y por tanto se forma más hielo.
Muchos investigadores de este efecto consideran que la hipotermia es el factor principal en el caso del efecto Mpemba.
Convección
El agua fría comienza a congelarse desde arriba, empeorando así los procesos de radiación y convección de calor y, por tanto, la pérdida de calor, mientras que el agua caliente comienza a congelarse desde abajo.
Este efecto se explica por una anomalía en la densidad del agua. El agua tiene una densidad máxima a 4 C. Si enfrías el agua a 4 C y la pones a una temperatura más baja, la capa superficial de agua se congelará más rápido. Debido a que esta agua es menos densa que el agua a una temperatura de 4 C, permanecerá en la superficie formando una fina capa fría. En estas condiciones, en poco tiempo se formará una fina capa de hielo en la superficie del agua, pero esta capa de hielo servirá como aislante, protegiendo las capas inferiores de agua, que permanecerán a una temperatura de 4 C. Por lo tanto, el proceso de enfriamiento posterior será más lento.
En el caso del agua caliente la situación es completamente diferente. La capa superficial de agua se enfriará más rápidamente debido a la evaporación y a una mayor diferencia de temperatura. Además, las capas de agua fría son más densas que las de agua caliente, por lo que la capa de agua fría se hundirá, elevando la capa de agua tibia a la superficie. Esta circulación de agua asegura un rápido descenso de la temperatura.
Pero ¿por qué este proceso no llega a un punto de equilibrio? Para explicar el efecto Mpemba desde este punto de vista de la convección, sería necesario suponer que las capas de agua fría y caliente están separadas y que el proceso de convección continúa después de que la temperatura promedio del agua cae por debajo de 4 C.
Sin embargo, no hay evidencia experimental que respalde esta hipótesis de que las capas de agua fría y caliente estén separadas por el proceso de convección.
Gases disueltos en agua.
El agua siempre contiene gases disueltos: oxígeno y dióxido de carbono. Estos gases tienen la capacidad de reducir el punto de congelación del agua. Cuando se calienta el agua, estos gases se liberan del agua porque su solubilidad en agua es menor a altas temperaturas. Por lo tanto, cuando el agua caliente se enfría, siempre contiene menos gases disueltos que el agua fría sin calentar. Por tanto, el punto de congelación del agua calentada es mayor y se congela más rápido. Este factor se considera a veces como el principal para explicar el efecto Mpemba, aunque no existen datos experimentales que lo confirmen.
Conductividad térmica
Este mecanismo puede desempeñar un papel importante cuando se coloca agua en el compartimento frigorífico-congelador en recipientes pequeños. En estas condiciones, se ha observado que un recipiente con agua caliente derrite el hielo en el congelador que se encuentra debajo, mejorando así el contacto térmico con la pared del congelador y la conductividad térmica. Como resultado, el calor se elimina de un recipiente con agua caliente más rápido que de uno frío. A su vez, un recipiente con agua fría no derrite la nieve que hay debajo.
Todas estas (y otras) condiciones se estudiaron en muchos experimentos, pero nunca se obtuvo una respuesta clara a la pregunta de cuál de ellas proporciona una reproducción cien por cien del efecto Mpemba.
Por ejemplo, en 1995, el físico alemán David Auerbach estudió el efecto del sobreenfriamiento del agua sobre este efecto. Descubrió que el agua caliente, al alcanzar un estado sobreenfriado, se congela a una temperatura más alta que el agua fría y, por tanto, más rápido que esta última. Pero el agua fría alcanza un estado sobreenfriado más rápido que el agua caliente, compensando así el retraso anterior.
Además, los resultados de Auerbach contradicen datos anteriores de que el agua caliente podía alcanzar un mayor sobreenfriamiento debido a que tenía menos centros de cristalización. Cuando se calienta el agua, se eliminan los gases disueltos en ella, y cuando se hierve, precipitan algunas sales disueltas en ella.
Por ahora sólo se puede afirmar una cosa: la reproducción de este efecto depende en gran medida de las condiciones en las que se lleva a cabo el experimento. Precisamente porque no siempre se reproduce.
Hay muchos factores que influyen en qué agua se congela más rápido, si caliente o fría, pero la pregunta en sí parece un poco extraña. La implicación, y esto se sabe por la física, es que el agua caliente todavía necesita tiempo para enfriarse hasta la temperatura del agua fría que se compara para convertirse en hielo. Esta etapa se puede omitir y, en consecuencia, ella gana a tiempo.
Pero la respuesta a la pregunta de qué agua se congela más rápido, fría o caliente, en el exterior cuando hace frío, la conoce cualquier residente de las latitudes del norte. De hecho, científicamente resulta que, en cualquier caso, el agua fría simplemente se congelará más rápido.
El profesor de física, a quien en 1963 se acercó el colegial Erasto Mpemba, pensó lo mismo y le pidió que explicara por qué la mezcla fría del futuro helado tarda más en congelarse que una similar pero caliente.
En ese momento, el maestro solo se rió de esto, pero Deniss Osborne, profesor de física, que en un momento visitó la misma escuela donde estudiaba Erasto, confirmó experimentalmente la presencia de tal efecto, aunque entonces no había explicación para ello. En 1969, se publicó en una revista científica de divulgación un artículo conjunto de estas dos personas que describía este peculiar efecto.
Desde entonces, por cierto, la cuestión de qué agua se congela más rápido, fría o caliente, tiene su propio nombre: efecto Mpemba, o paradoja.
Naturalmente, este fenómeno ocurrió antes y fue mencionado en los trabajos de otros científicos. No sólo el escolar se interesó por este tema, sino que René Descartes e incluso Aristóteles también pensaron en ello en algún momento.
Pero no comenzaron a buscar enfoques para resolver esta paradoja hasta finales del siglo XX.
Al igual que con el helado, no es sólo agua la que se congela durante el experimento. Deben darse ciertas condiciones para poder empezar a discutir qué agua se congela más rápido: la fría o la caliente. ¿Qué influye en el curso de este proceso?
Ahora, en el siglo XXI, se han propuesto varias opciones que pueden explicar esta paradoja. Qué agua se congela más rápido, caliente o fría, puede depender del hecho de que tiene una tasa de evaporación más alta que el agua fría. Así, su volumen disminuye, y a medida que disminuye el volumen, el tiempo de congelación se vuelve más corto que si tomamos el mismo volumen inicial de agua fría.
Qué agua se congela más rápido y por qué sucede esto puede verse influenciado por el revestimiento de nieve que puede haber en el congelador del refrigerador utilizado para el experimento. Si se cogen dos recipientes de idéntico volumen, pero uno de ellos contiene agua caliente y el otro fría, el recipiente con agua caliente derretirá la nieve que hay debajo, mejorando así el contacto del nivel térmico con la pared del frigorífico. Un recipiente con agua fría no puede hacer esto. Si no hay tal revestimiento de nieve en el compartimento del frigorífico, el agua fría debería congelarse más rápido.
Además, el fenómeno por el cual el agua se congela más rápido, fría o caliente, se explica a continuación. Siguiendo ciertas leyes, el agua fría comienza a congelarse desde las capas superiores, cuando el agua caliente hace lo contrario: comienza a congelarse de abajo hacia arriba. Resulta que el agua fría, al tener una capa fría encima con hielo ya formado en algunos lugares, empeora los procesos de convección y radiación térmica, lo que explica qué agua se congela más rápido: fría o caliente. Se adjuntan fotografías de experimentos de aficionados, y esto se ve claramente aquí.
El calor se apaga, se precipita hacia arriba y allí se encuentra con una capa muy fría. No hay un camino libre para la radiación de calor, por lo que el proceso de enfriamiento se vuelve difícil. El agua caliente no tiene tales obstáculos en su camino. ¿Cuál se congela más rápido: el frío o el calor? ¿Qué determina el resultado probable? Puede ampliar la respuesta diciendo que cualquier agua tiene ciertas sustancias disueltas.
Si no haces trampa y usas agua con la misma composición, donde las concentraciones de ciertas sustancias son idénticas, entonces el agua fría debería congelarse más rápido. Pero si ocurre una situación en la que los elementos químicos disueltos están presentes solo en el agua caliente y el agua fría no los contiene, entonces el agua caliente tiene la oportunidad de congelarse antes. Esto se explica por el hecho de que las sustancias disueltas en el agua crean centros de cristalización y, con un pequeño número de estos centros, la transformación del agua a un estado sólido es difícil. Incluso es posible que el agua esté sobreenfriada, en el sentido de que a temperaturas bajo cero estará en estado líquido.
Pero todas estas versiones, aparentemente, no convenían del todo a los científicos y continuaron trabajando en este tema. En 2013, un equipo de investigadores en Singapur dijo que había resuelto un antiguo misterio.
Un grupo de científicos chinos afirma que el secreto de este efecto reside en la cantidad de energía que se almacena entre las moléculas de agua en sus enlaces, llamados enlaces de hidrógeno.
Lo que sigue es información, para comprender cuál es necesario tener algunos conocimientos de química para poder comprender qué agua se congela más rápido: fría o caliente. Como se sabe, consta de dos átomos de H (hidrógeno) y un átomo de O (oxígeno), unidos por enlaces covalentes.
Pero también los átomos de hidrógeno de una molécula son atraídos por las moléculas vecinas, por su componente de oxígeno. Estos enlaces se llaman enlaces de hidrógeno.
Vale la pena recordar que al mismo tiempo las moléculas de agua tienen un efecto repulsivo entre sí. Los científicos observaron que cuando el agua se calienta, la distancia entre sus moléculas aumenta, y esto se ve facilitado por las fuerzas repulsivas. Resulta que al ocupar la misma distancia entre las moléculas en estado frío, se puede decir que se estiran y tienen un mayor aporte de energía. Es esta reserva de energía la que se libera cuando las moléculas de agua comienzan a acercarse entre sí, es decir, se produce el enfriamiento. Resulta que una mayor reserva de energía en el agua caliente y su mayor liberación cuando se enfría a temperaturas bajo cero se produce más rápido que en el agua fría, que tiene una reserva menor de dicha energía. Entonces, ¿qué agua se congela más rápido: la fría o la caliente? En la calle y en el laboratorio debería ocurrir la paradoja de Mpemba y el agua caliente debería convertirse más rápidamente en hielo.
Sólo hay una confirmación teórica de esta solución: todo esto está escrito en bellas fórmulas y parece plausible. Pero cuando los datos experimentales según los cuales el agua se congela más rápido (caliente o fría) se pongan en práctica y se presenten sus resultados, entonces la cuestión de la paradoja de Mpemba podrá considerarse cerrada.
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