Efecto Mpemba

El efecto Mpemba es el nombre que se le da a un fenómeno en la congelación del agua. Dice que en algunas circunstancias el agua caliente se congela antes que el agua fría.

Historia

Aunque este hecho ha sido observado ya desde Aristóteles, Descartes y Bacon («el agua ligeramente templada se congela más fácilmente que la muy fría»), será Erasto B. Mpemba quien llamará la atención sobre él la década de 1970. Lo observó por primera vez en el aula de Eugene Marschall en la Escuela Secundaria Mkwawa, en Iringa, Tanzania, en 1963, después de notar que la mezcla caliente para los helados se congelaba antes, durante las clases de cocina.

Más tarde comenzó a realizar experimentos para comprobarlo junto a Denis G. Osborne 1969.

Explicación

A pesar de que, a simple vista, este fenómeno parece atentar contra el sentido común, cabe aclarar que funciona solamente en determinadas circunstancias. Por ejemplo, si se mete en el congelador agua a 35 grados y agua a 5 grados, el agua a 35 grados se congela después que el agua a 5 grados; se necesitan diferencias de temperaturas y temperaturas altas para apreciar el efecto, como por ejemplo 35 °C y 80 °C o 70 °C y 90 °C, en cuyo caso el agua más caliente se congelará más rápido.

Para entender el por qué, hay que entender las causas principales:

• en el recipiente caliente el líquido circula mejor, con lo cual el agua caliente de la zona central se mueve con más rapidez hacia las paredes del recipiente o hacia la superficie superior produciéndose su enfriamiento;
• el agua más caliente se evapora más;
• cuanto más caliente está un líquido, menos gases disueltos le quedan (los gases dificultan la congelación).

Imagínese que se mete en el congelador un vaso de agua a 80 °C que tarda 10 minutos en congelarse. Por otro lado, se tiene otro vaso de agua a 95 °C; se puede suponer que el segundo se congelará en un tiempo igual a lo que tarde en disminuir su temperatura a 80 °C, más los 10 minutos de congelación.

¿Es esto cierto? No del todo... La explicación radica en el cambio de las condiciones del agua al pasar de 95 °C a 80 °C. Al contrario a lo que es fácil de suponer, que cuando el agua más caliente alcance la misma temperatura que la de la otra en su inicio, debería comenzar el proceso de congelación de 10 minutos, esto no es así, ya que la disminución de 15 °C del agua más caliente produce un cambio en la masa (el agua más caliente pierde más masa por evaporación), cambios en el gas y la pureza del agua, entre otras cosas, que afectan a la velocidad de congelación de la misma.

Si se pone plástico encima de los vasos para evitar la evaporación, se sigue congelando antes el vaso más caliente, pero ahora con menos diferencia. La causa radica en la mayor convección interna (y durante más tiempo) del vaso más caliente, que favorece la transferencia de calor al congelador.

Lo fundamental del efecto Mpemba es que no se aplica a dos temperaturas cualesquiera.

Estudios recientes realizados por el doctor L. Vinu constatan que con una diferencia de temperatura superior a 30 °C el fenómeno es más probable.

En el año 2008 la dra. Lor, del Caborane Technology Institute, consiguió determinar la eficacia del efecto entre 63 y 72 grados Celsius.

Concurso

La Royal Society of Chemistry (RSC) del Reino Unido convocó un concurso premiando con 1000 libras, a quien fuese capaz de presentar la explicación más original y científicamente válida de este fenómeno. Se recibieron unas 22.000 propuestas de las cuales 11 fueron seleccionadas para la votación final que se celebrara el 10 de enero de 2013.

Bibliografía

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• Chown, Marcus (June 2006). «Why water freezes faster after heating». New scientist. http://www.eurekalert.org/pub_releases/2006-05/ns-wwf053106.php. 

Enlaces externos

• Once de las propuestas presentadas al Mpemba Competition de la RSC
• Mpemba, E B. «The Mpemba effect». Institute of Physics.
• Adams, Cecil; Mary M.Q.C. (1996). «Which freezes faster, hot water or cold water?». The Straight Dope. Chicago Reader, Inc. Consultado el January 2008.
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• «The Mpemba Effect». - History and analysis of the Mpemba Effect.
• Jeng, Monwhea (November de 1998). «Can hot water freeze faster than cold water?». in the University of California Usenet Physics FAQ
• «The Phase Anomalies of Water: Hot Water may Freeze Faster than Cold Water». An analysis of the Mpemba effect. London South Bank University.
• «Mpemba effect: Why hot water can freeze faster than cold». A possible explanation of the Mpemba Effect