Efecto Mpemba

El efecto Mpemba es el nombre dado a un fenómeno en el proceso de congelación del agua que se produce cuando el agua caliente se congela antes que el agua fría bajo ciertas circunstancias.^[1]​^[2]​

Efecto Mpemba

Historia

Aunque este hecho había sido observado ya por Aristóteles,^[3]​ Descartes y Bacon,^[4]​ fue Erasto B. Mpemba quien llamó la atención sobre el fenómeno en el año de 1970. Mpemba lo observó por primera vez en el aula Eugene Marschall de la Escuela Secundaria Mkwawa, en Iringa, Tanzania, en 1963, después de notar durante las clases de cocina que la mezcla caliente para los helados se congelaba antes.^[5]​

Más adelante comenzó a realizar experimentos para comprobarlo junto a Denis G. Osborne en 1969.^[6]​

Explicación

A pesar de que, a simple vista, este fenómeno parece atentar contra el sentido común, este efecto se produce solamente en determinadas circunstancias.^[7]​ Por ejemplo, si se mete en el congelador agua a 35 ºC y agua a 5 ºC, el agua a 35 ºC se congela después que el agua a 5 ºC; ya que 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 porqué, hay que conocer 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, produciéndose su enfriamiento.^[7]​
• A mayor temperatura, el agua se evapora más rápido.
• Cuanto más caliente está un líquido, menos gases disueltos le quedan (los gases dificultan la congelación).^[8]​

Teniendo como ejemplo un vaso de agua a 80 °C dentro de un congelador, y que este tarda 10 min en congelarse y, por otro lado, 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 min de congelación.^[9]​

La explicación radica en el cambio de las condiciones del agua al pasar de 95 °C a 80 °C. En principio, podría suponerse que el agua más caliente debe tardar más en congelarse, puesto que primero debe transcurrir un cierto tiempo hasta alcanzar la misma temperatura inicial que la otra, momento en el que comenzaría el proceso de congelación de 10 minutos. En la práctica, esto no es así, ya que la disminución de 15 °C del agua más caliente produce, entre otras cosas, un cambio en la masa (el agua más caliente pierde más masa por evaporación) y una reducción del gas disuelto (lo que aumenta la pureza del agua), factores que afectan a la velocidad de congelación de la misma.

Si se pone un plástico encima de los vasos para evitar la evaporación, se sigue congelando antes el vaso más caliente, pero ahora con menos diferencia. Esto es debido a la mayor convección interna (y durante más tiempo) del vaso más caliente, lo 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.^[7]​

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 celebró el 10 de enero de 2013, resultando ganador Nikola Bregovic del Laboratorio de Química Física perteneciente al Departamento de Química de la Universidad de Zagreb, en Croacia.^[10]​^[11]​^[12]​

Véase también

• Molécula de agua

Referencias

1. Burridge, Henry C.; Linden, Paul F. (2016). «Questioning the Mpemba effect: Hot water does not cool more quickly than cold». Scientific Reports 6: 37665. Bibcode:2016NatSR...637665B. PMC 5121640. PMID 27883034. doi:10.1038/srep37665. 
2. Tao, Yunwen; Zou, Wenli; Jia, Junteng; Li, Wei; Cremer, Dieter (2017). «Different Ways of Hydrogen Bonding in Water - Why Does Warm Water Freeze Faster than Cold Water?». J. of Chemical Theory and Computation 13 (1): 55-76. PMID 27996255. doi:10.1021/acs.jctc.6b00735. 
3. Aristóteles, Meteorología I.12 348b31–349a4
4. Bacon, Francis; Novum Organum de, Lib. II, L
5. Mpemba, Erasto B.; Osborne, Denis G. (1969). «Cool?». Physics Education 4 (3): 172-175. Bibcode:1969PhyEd...4..172M. doi:10.1088/0031-9120/4/3/312.  republicado como Mpemba,, Erasto B.; Osborne, Denis G. (1979). «The Mpemba effect». Physics Education 14 (7): 410-412. Bibcode:1979PhyEd..14..410M. doi:10.1088/0031-9120/14/7/312. 
6. Kell, George S. (1969). «The freezing of hot and cold water». Am. J. of Physics 37 (5): 564-565. Bibcode:1969AmJPh..37..564K. doi:10.1119/1.1975687. 
7. Ball, Philip (Abril 2006). Does hot water freeze first?. Physics World, pp. 19–26.
8. Jeng, Monwhea (2006). «Hot water can freeze faster than cold?!?». Am. J. of Physics 74 (6): 514-522. Bibcode:2006AmJPh..74..514J. arXiv:physics/0512262. doi:10.1119/1.2186331. 
9. Black, Joseph (1 de enero de 1775). «The Supposed Effect of Boiling upon Water, in Disposing It to Freeze More Readily, Ascertained by Experiments. By Joseph Black, M. D. Professor of Chemistry at Edinburgh, in a Letter to Sir John Pringle, Bart. P. R. S.». Philosophical Trans. of the Royal Soc. of London 65: 124-128. doi:10.1098/rstl.1775.0014. 
10. RSC. «Mpemba competition». RSC comunicado de prensa (en inglés). Consultado el 23 de diciembre de 2012. 
11. Dr Izzie Radford (20 de agosto de 2012). «RSC receives an incredible response to its Mpemba Effect competition». RSC comunicado de prensa (en inglés). Consultado el 23 de diciembre de 2012. 
12. Nikola Bregovic. «Mpemba effect from a viewpoint of an experimental physical chemist» (en inglés). Consultado el 19 de diciembre de 2014. 

Bibliografía

• Dorsey, N. Ernest (1948). «The freezing of supercooled water». Trans. Am. Phil. Soc. (Am. Philosophical Soc.) 38 (3): 247-326. JSTOR 1005602. doi:10.2307/1005602.  An extensive study of freezing experiments.
• Auerbach, David (1995). «Supercooling and the Mpemba effect: when hot water freezes quicker than cold». Am. J. of Physics 63 (10): 882-885. Bibcode:1995AmJPh..63..882A. doi:10.1119/1.18059.  Auerbach attributes the Mpemba effect to differences in the behaviour of supercooled formerly hot water and formerly cold water.
• Knight, Charles A. (mayo de 1996). «The MPEMBA effect: The freezing times of hot and cold water». Am. J. of Physics 64 (5): 524. Bibcode:1996AmJPh..64..524K. doi:10.1119/1.18275. 
• Monwhea, Jeng (2006). «The Mpemba effect: When can hot water freeze faster than cold?». Am. J. of Physics 74 (6): 514. arXiv:physics/0512262. doi:10.1119/1.2186331. 
• Chown, Marcus (junio de 2006). «Why water freezes faster after heating». New scientist. 

Enlaces externos

• Once de las propuestas presentadas al Mpemba Competition de la RSC (enlace roto disponible en Internet Archive; véase el historial, la primera versión y la última).
• Mpemba, E B; Osborne, D G. «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 enero de 2008.  La referencia utiliza el parámetro obsoleto |coautores= (ayuda)
• Brownridge, James (2010). «A search for the Mpemba effect: When hot water freezes faster than cold water». arXiv:1003.3185

 [physics.pop-ph]. 

• «Heat questions». HyperPhysics. Georgia State University. 
• assabs.harvard.edu article collection.
• . Archivado desde el original el 9 de octubre de 2011.  - History and analysis of the Mpemba Effect.
• Jeng, Monwhea (noviembre 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

•   Datos: Q723510
•   Multimedia: Mpemba effect