¿El agua caliente se congela más rápido que el agua fría?
comúnmente repetido se dice que si tienes una taza de agua caliente y una taza de agua fría, y pones ambos en el congelador, la taza de agua caliente se congelará primero. ¿Hay algo de verdad en esta afirmación aparentemente contra-intuitiva? ¿El agua hirviendo realmente se congela más rápido que el agua fría?
Todo depende
La respuesta es, depende. Si tiene dos tazas de agua químicamente idénticas, la más fría se congelará primero porque alcanzará el punto de congelación más pronto. Sin embargo, la respuesta es un poco más complicada porque el acto de calentar el agua alterará químicamente el contenido de la muestra. Como las dos muestras ya no son iguales, ambas tendrán diferentes puntos de congelación. Esto es similar a cómo agregar sal a los caminos los mantendrá libres de hielo y por qué el agua dulce se congela más rápidamente que el agua de mar; la adición o sustracción de minerales, químicos y otros contaminantes puede disminuir o aumentar la depresión del punto de congelación.
El efecto Mpemba
El efecto de que el agua caliente se congele antes que el agua fría se conoce por ser completamente anti-intuitivo. Desde hace cientos de años se sabe sobre este efecto del agua caliente (hasta Aristóteles ha hablado de él), pero fue en 1963 cuando ganó su nombre efecto Mpemba, en honor a un estudiante de una escuela de Tanzania que lo descubrió y lo hizo popular.
Mpemba descubrió que la leche caliente se congelaba antes que la fría mientras hacía helado en su escuela. Cuando pidió explicaciones a su profesor de física, este respondió que tal fenómeno era imposible. Por suerte, esto no detuvo a Mpembaquien continuó repitiendo la experiencia con agua, hasta que un día tuvo la oportunidad de plantear su interrogante frente a un profesor de física que pasaba por su escuela. Juntos publicaron los resultados de varias repeticiones de la experiencia, pero no fueron los únicos.
El efecto Mpemba
El efecto de que el agua caliente se congele antes que el agua fría se conoce por ser completamente anti-intuitivo. Desde hace cientos de años se sabe sobre este efecto del agua caliente (hasta Aristóteles ha hablado de él), pero fue en 1963 cuando ganó su nombre efecto Mpemba, en honor a un estudiante de una escuela de Tanzania que lo descubrió y lo hizo popular.
Mpemba descubrió que la leche caliente se congelaba antes que la fría mientras hacía helado en su escuela. Cuando pidió explicaciones a su profesor de física, este respondió que tal fenómeno era imposible. Por suerte, esto no detuvo a Mpembaquien continuó repitiendo la experiencia con agua, hasta que un día tuvo la oportunidad de plantear su interrogante frente a un profesor de física que pasaba por su escuela. Juntos publicaron los resultados de varias repeticiones de la experiencia, pero no fueron los únicos.
En general, la experiencia consiste en tener dos recipientes que contengan agua: uno con agua caliente, y el otro con fría. Bajo determinadas circunstancias (el efecto Mpemba no siempre ocurre), al poner a enfriar ambos recipientes, el agua inicialmente caliente acaba congelándose antes que el agua inicialmente fría. Distintos escenarios para esta experiencia han conducido a diferentes explicaciones posibles para este curioso fenómeno.
Gases disueltos
Esta es la explicación menos formal. Partiendo del conocimiento de que los gases se disuelven mejor en agua fría que en agua caliente, se entiende que la composición química del agua caliente es distinta a la del agua fría. Se especula que esta diferencia de concentraciones de gases, favorece, de algún modo, la congelación del agua en el recipiente con mayor temperatura inicial.
Convección
La convección es lo que sucede cuando un líquido se mueve mientras está siendo enfriado o calentado. Lo que ocurre es que, el agua caliente es menos densa que el agua fría (hasta los 4ºC), entonces, cuando el recipiente con el agua caliente está siendo enfriado, el agua fría, que en general a estará más cerca de las paredes del recipiente, tenderá a ir para el fondo de este. Esto generará una circulación de agua será la responsable del efecto Mpemba.
A partir de los 4ºC, el agua más fría es menos densa que el agua caliente. Esto resulta en que en el recipiente con agua fría, llegado al punto de congelación, se forme una capa de hielo en la superficie, que dificulta la congelación del agua que quedó debajo. En el recipiente con agua inicialmente caliente, la convección no permite que se forme esta capa de hielo que impida la solidificación total del agua, y por lo tanto, se congela primero.
A partir de los 4ºC, el agua más fría es menos densa que el agua caliente. Esto resulta en que en el recipiente con agua fría, llegado al punto de congelación, se forme una capa de hielo en la superficie, que dificulta la congelación del agua que quedó debajo. En el recipiente con agua inicialmente caliente, la convección no permite que se forme esta capa de hielo que impida la solidificación total del agua, y por lo tanto, se congela primero.
Evaporación
Esta explicación es sencilla y tal vez la más intuitiva. A medida que el recipiente con agua más caliente empieza a enfriarse, puede perderá una cantidad considerable de masa gracias a la evaporación de una parte. De esta manera, el recipiente que inicialmente contenía al agua más caliente puede llegar más rápido a la congelación que el otro recipiente, a pesar de que la masa de hielo resulte menor en el agua que se congeló primero. El problema con esta explicación es que sólo puede describir una pequeña parte de los casos en los que se observa este efecto, ya que no es aplicable para aquellas experiencias en las que se usan recipientes cerrados.
Esta explicación es sencilla y tal vez la más intuitiva. A medida que el recipiente con agua más caliente empieza a enfriarse, puede perderá una cantidad considerable de masa gracias a la evaporación de una parte. De esta manera, el recipiente que inicialmente contenía al agua más caliente puede llegar más rápido a la congelación que el otro recipiente, a pesar de que la masa de hielo resulte menor en el agua que se congeló primero. El problema con esta explicación es que sólo puede describir una pequeña parte de los casos en los que se observa este efecto, ya que no es aplicable para aquellas experiencias en las que se usan recipientes cerrados.
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