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La historia de este curioso efecto comenzó en la década de 1960. Un helado tendría la culpa de todo. Desde entonces, ha pasado casi medio siglo y la ciencia sigue buscando una explicación convincente al fenómeno que permite congelar el agua caliente más rápido que el agua fría.

Hablar de este efecto es imposible sin el contexto histórico. La mayoría de los libros científicos comienzan con gente como Aristóteles, quienes describieron varios efectos del calor sobre la congelación del agua. El mismo Aristóteles notó que los griegos de Ponto lo explotaban:

El hecho de que el agua haya sido previamente calentada contribuye a su congelación rápidamente, por lo que se enfría antes. De ahí que muchas personas, cuando quieren enfriar el agua de forma rápida, comienzan poniéndola al sol.

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Luego aparecieron los científicos de la edad moderna. Gente como el estadista británico, Francis Bacon, quién señaló que: “el agua ligeramente tibia se congela más fácil que la que está completamente fría”. Por su parte, el famoso filósofo francés Descartes también tenían algo que decir al respecto:

Uno puede ver por experiencia que el agua que se ha mantenido en el fuego durante mucho tiempo se congela más rápido que otras, y la razón es que las partículas que son menos capaces de detenerse se evaporan, mientras el agua se calienta.

Más tarde, Joseph Black investigó un caso especial de este fenómeno que comparaba el agua previamente hervida con agua sin hervir. En el mismo, el agua previamente hervida se congeló más rápido. Según Black, remover el agua sin hervir lo llevó a congelarse al mismo tiempo que el agua previamente hervida, y también notó que remover el agua fría y sin hervir llevó a la congelación inmediata. El investigador argumentó que el agua previamente hervida no se enfriaría tan fácilmente.

Unos años más tarde, aparece la figura de un joven estudiante, Erasto Mpemba.

El efecto Mpemba

Efecto Mpemba. Wikimedia Commons

Corría el año 1963 cuando el joven estudiante de la Escuela Secundaria de Magamba, en Tanzania, dio con algo sorprendente en clase de cocina. El chico observó que el uso de leche más caliente hacía que el helado se congelara más rápido que cuando se usaba leche más fría.

A partir de entonces, comenzó a realizar experimentos para comprobarlo junto al investigador Denis G. Osborne en 1969. Ambos anotaron algunas de sus conclusiones. Por ejemplo, que si se mete en el congelador agua a 35 grados y agua a 5 grados, el agua a 35 grados se congela después del agua a 5 grados.

Osborne decía que se necesitan diferencias de temperaturas altas para apreciar el efecto, como por ejemplo entre 35 °C y 80 °C o entre 70 °C y 90 °C, en cuyo caso el agua más caliente se congelará más rápido.

Ese año se le dio al fenómeno el nombre de efecto Mpemba. Desde entonces, su estudio ha provocado décadas de acalorado debate para tratar de explicar este fenómeno, en apariencia contra intuitivo. Parte del problema es que el efecto es elusivo, de ahí que sea muy importante aclarar que se produce bajo ciertas circunstancias, es decir, no se aplica a dos temperaturas cualesquiera. Por tanto, el efecto no siempre se muestra.

La mayor parte de la especulación parece girar en torno al hecho de que las partículas más calientes se mueven más rápido que las más frías, lo que de alguna manera afecta a las tasas de evaporación o aumenta las corrientes de convección que pueden llevar rápidamente la energía.

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En las últimas décadas, el efecto Mpemba se ha estudiado y observado en varios sistemas físicos además del agua, incluidos resonadores de nanotubos de carbono y los denominados hidratos de clatrato. A pesar de estos hallazgos, las causas del efecto siguen sin entenderse.

Las explicaciones propuestas incluyen la presencia de impurezas, enlaces de hidrógeno y sobreenfriamiento. De hecho, a principios de este año los investigadores propusieron que las propiedades de los enlaces de hidrógeno del agua tenían la culpa. Al simular cúmulos de moléculas de agua, revelaron una conexión entre la temperatura inicial del agua y la facilidad con la que las moléculas formaron cristales de hielo más adelante.

El agua más fría carecía de esta energía, lo que significa que estas moléculas tenían un comienzo más lento cuando se trataba de reformarse en una estructura sólida.

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Finalmente, este mes de octubre se ha publicado una nueva teoría, únicamente probada en simulaciones. Un equipo de investigadores españoles creó un modelo que simplificó el problema de la simulación de fluidos al describir los fluidos calentados como una colección de teóricos granulos inelásticos.

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Básicamente, los investigadores sugieren que el efecto Mpemba podría ser una característica de la historia de la temperatura de prácticamente cualquier fluido, no solo del agua.

Aunque la investigación no enumera el número de influencias que producen o interrumpen el efecto, sí muestra que si algo afecta a los movimientos de las partículas antes del enfriamiento, la tasa de cambio en la temperatura del fluido podría verse significativamente afectada. Según explicó Andrés Santos, de la Universidad de Extremadura:

Nuestro trabajo muestra que la existencia del efecto Mpemba es muy sensible a la preparación inicial del fluido o, en otras palabras, a su historia previa. Los resultados muestran que el efecto es un fenómeno genérico de no equilibrio que aparece si la evolución de la temperatura depende de otras cantidades físicas que caracterizan el estado inicial del sistema.

En otras palabras, algo así como un aumento en la temperatura de inicio teóricamente puede dar como resultado el tipo de pérdida de temperatura que vería que un fluido se enfriara más rápido.

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El estudio también sugiere que cualesquiera que sean las variables, no hay garantía de que sean prácticamente simples de combinar, lo que explica por qué ha sido tan difícil reproducir el efecto. Una teoría probable, aunque no demostrada fuera de una simulación. [Wikipedia, Rhys, ScienceNews]