Imagen: Wikimedia Commons

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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Imagen: CC0 Public Domain

Luego aparecieron los cient√≠ficos de la edad moderna. Gente como el estadista brit√°nico, Francis Bacon, qui√©n se√Īal√≥ que: ‚Äúel agua ligeramente tibia se congela m√°s f√°cil que la que est√° completamente fr√≠a‚ÄĚ. Por su parte, el famoso fil√≥sofo franc√©s Descartes tambi√©n ten√≠an 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.

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M√°s tarde, Joseph Black investig√≥ un caso especial de este fen√≥meno que comparaba el agua previamente hervida con agua sin hervir. En el mismo, el agua previamente hervida se congel√≥ m√°s r√°pido. Seg√ļn Black, remover el agua sin hervir lo llev√≥ a congelarse al mismo tiempo que el agua previamente hervida, y tambi√©n not√≥ que remover el agua fr√≠a y sin hervir llev√≥ a la congelaci√≥n inmediata. El investigador argument√≥ que el agua previamente hervida no se enfriar√≠a tan f√°cilmente.

Unos a√Īos m√°s tarde, aparece la figura de un joven estudiante, Erasto Mpemba.

El efecto Mpemba

Efecto Mpemba. Wikimedia Commons

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Corr√≠a el a√Īo 1963 cuando el joven estudiante de la Escuela Secundaria de Magamba, en Tanzania, dio con algo sorprendente en clase de cocina. El chico observ√≥ que el uso de leche m√°s caliente hac√≠a que el helado se congelara m√°s r√°pido que cuando se usaba leche m√°s fr√≠a.

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 dec√≠a que se necesitan diferencias de temperaturas altas para apreciar el efecto, como por ejemplo entre 35 ¬įC y 80 ¬įC o entre 70 ¬įC y 90 ¬įC, en cuyo caso el agua m√°s caliente se congelar√° m√°s r√°pido.

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Ese a√Īo se le dio al fen√≥meno el nombre de efecto Mpemba. Desde entonces, su estudio ha provocado d√©cadas de acalorado debate para tratar de explicar este fen√≥meno, en apariencia contra intuitivo. Parte del problema es que el efecto es elusivo, de ah√≠ 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 √ļltimas d√©cadas, el efecto Mpemba se ha estudiado y observado en varios sistemas f√≠sicos adem√°s 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 hidr√≥geno y sobreenfriamiento. De hecho, a principios de este a√Īo los investigadores propusieron que las propiedades de los enlaces de hidr√≥geno del agua ten√≠an la culpa. Al simular c√ļmulos de mol√©culas de agua, revelaron una conexi√≥n entre la temperatura inicial del agua y la facilidad con la que las mol√©culas formaron cristales de hielo m√°s 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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Imagen: Wikimedia Commons

Finalmente, este mes de octubre se ha publicado una nueva teor√≠a, √ļnicamente probada en simulaciones. Un equipo de investigadores espa√Īoles cre√≥ un modelo que simplific√≥ el problema de la simulaci√≥n de fluidos al describir los fluidos calentados como una colecci√≥n de te√≥ricos granulos inel√°sticos.

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.

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Aunque la investigaci√≥n no enumera el n√ļmero de influencias que producen o interrumpen el efecto, s√≠ muestra que si algo afecta a los movimientos de las part√≠culas antes del enfriamiento, la tasa de cambio en la temperatura del fluido podr√≠a verse significativamente afectada. Seg√ļn explic√≥ Andr√©s 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.

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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.

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]