lunes, 7 de junio de 2010

¿Por qué el agua caliente se congela antes que la fría?

Así es señores, como están escuchando. El agua caliente se congela antes que la fría. Bueno, para ser ciertos, bajo ciertas condiciones... Pero empecemos por el principio.

En 1963, Erasto B. Mpemba estaba en una clase de cocina de su escuela de secundaria en Tanzania. Preparando helados, observó cómo las mezclas calientes se solidificaban antes que las frías. Anteriormente, personas como Descartes o Aristóteles se habían percatado de este hecho, pero nadie había sido capaz de darle una explicación. Incluso hoy en día no se ponen de acuerdo. A este fenómeno se le conoce como Efecto Mpemba.

Os propongo que hagáis un experimento. Coged dos vasos de agua idénticos e introducid una misma cantidad de agua (podéis tomar como medida un vaso más pequeño, como un vaso de chupito por ejemplo). Mientras que en uno echad agua cogida de la nevera, en el otro cogedla caliente del grifo (pero que esté muy muy caliente), eso sí, con cuidado! Ahora metedlos en el congelador. Como no podemos ver cual se congela antes, lo que vamos a hacer es dejarlos 10 minutos y ver cual está más congelado. Tachán!

Habréis comprobado que el vaso caliente se encuentra en un proceso más avanzado de congelación. Para los que sean más perezosos, les dejo un vídeo donde se realiza el experimento en un laboratorio. Lo que hay dentro de los tubos de ensayo parecen ser unas sondas para medir la temperatura.




Veamos por qué ocurre el efecto Mpemba. El tiempo de congelación de un líquido depende de muchos factores: la temperatura, el recipiente, si tiene impurezas disueltas, las imperfecciones del recipiente... (por este motivo os pedí coger dos vasos iguales para hacer el experimento)

El efecto Mpemba dice que dados dos recipientes con agua cuyas temperaturas difieran más de 30º (aprox.), el recipiente con agua caliente se congelará antes que el de agua fría. Esto se debe a muchos factores:
  • La evaporación: El agua caliente se evaporará más rápido. De esta manera, la masa de agua resultante que deberá congelarse es menor. Si se taparan los recipientes con un plástico, se comprobaría que aunque sigue produciéndose el efecto Mpemba, la diferencia de tiempos es menor.
  • La convección: La convección es una forma de transmitir calor. Durante la congelación, las partes frías de agua bajan hacia la parte baja del recipiente (y al revés), repartiendo la temperatura. En el agua caliente, al tener mayor temperatura, ese movimiento de agua es más activo.
  • Gases disueltos: El agua caliente posee puede disolver menos gases, que dificultan la congelación.
  • Superenfriamiento: A este efecto le dedicaré una entrada en el futuro. De momento deciros que el agua fría podría entrar en un estado metaestable, permaneciendo a una temperatura menor a 0º sin congelarse.
Debido a la multitud de variables, los científicos se han visto en problemas para diseñar experimentos que analicen cada una por separado, aislando su efecto. A esto, se debe añadir la complejidad de las ecuaciones (diferenciales en derivadas parciales) del sistema y su dificultad de resolución.


Para terminar, os dejo un vídeo, donde se ve mucho mejor el efecto Mpemba. Si alguno vive en alguna zona tan fría que en invierno se alcancen estas temperaturas, le animaría a realizar esta sencilla prueba. De hecho, en el hemisferio sur, seguro que por estas fechas ya se están alcanzando esas temperaturas, por lo que si me enviáis un vídeo, prometo colgarlo.




Para terminar, como siempre, animaros a dejar vuestras preguntas en los comentarios o en: los.porques@gmail.com

17 comentarios:

  1. Muy buen post Jesús, no tenía ni idea del efecto Mpemba, quizá un día de invierno si hace mucho mucho frío pueda comprobarlo por mí mismo.

    En cuanto a realizar el experimento en casa, creo q no lo haré xq tengo entendido que es malo meter cosas calientes en el congelador...
    Un Saludo!

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    1. jajaja eso si te las vas a comer pero x la misma razon q habla el efecto Mpemba ya que l cambio brusco de temperatura "quema" los alimentos y no los hace sanos para su consumo, en mi opinion creo q se debe a esa cristalizacion necesaria para que comienze a congelarse un liquido y es debida a ese cambio brusco de la temperatura que hace que se "fijen" las moleculas d agua mas facilmente ordenadas d la forma correcta, segun e visto e diferentes graficos de temperatura el agua mas fria baja antes a 0º pero tarda mas en comnzar a congelarse) aunque bueno tampoco se de lo q hablo realmente jaja solo queria aportar mi grano de arena.
      Saludos y buen post

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  2. Muchas Gracias Rohirr. Qué bien volverte a ver por aquí!

    Eso me ha dicho siempre mi madre, jeje Yo creo que más que estropearse el congelador, digamos que no es rentable por la energía que malgastas.

    Si te sirve de consuelo, yo lo hice en el mío (varias veces) y aún funciona...

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  3. Tienes razón, la verdad sq el único sentido es el gasto de electricidad extra al que lo sometes. Quizá me anime a probar un día de estos ese método de enfriar latas en dos minutos...recuerdo que tenía que ver algo con meterlas en un recipiente con agua y sal, sólo que no había pensado en poder incluir el agua caliente... Si algún día tienes un rato podrías comentarlo.
    Un Saludo!

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  4. Yo en ese caso no incluiría el agua caliente, jeje.
    Lo de enfriar con agua y sal es por el descenso crioscópico. Hablé de él un poco en la entrada de por qué la sal derrite la nieve:

    http://los-porques.blogspot.com/2010/03/por-que-la-sal-derrite-la-nieve.html

    La verdad es que aunque puede ser una entrada un poco repetitiva, la aplicación es distinta y puede ser muy chula.Me la apunto!

    Un saludo!

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  5. Fenomenal, Jesús, en mas de una ocasión había oído lo de que los líquidos calientes se congelaban antes y no acababa de creérmelo. Gracias por aclarármelo definitivamente.
    Ya tengo pendiente un experimento a hacer en invierno :D :D

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  6. Hola crack. Hacía tiempo que no me pasaba por aquí y se me han quedado cosillas pendientes: ¿el efecto este ocurre exclusivamente con el agua o también con otro tipo de líquidos al congelarse?
    Y una cosa que no me ha quedado muy clara: al congelarse antes el agua caliente es porque se incrementa su punto de congelación o porque su temperatura decrece más rápidamente que en el agua fría (y los dos mantienen el mismo punto de congelación).

    Es decir, mis dos preguntas van orientadas a lo mismo: la próxima vez que tengamos que enfriar un par de litronas, ¿las calentamos un poquillo antes de meterlas al congelador o no? jejeje

    Un abrazo,

    jcb

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  7. Jacob!

    Tú siempre pensando en lo mismo, jeje. No sé si se aplica a más líquidos, yo por ahora sólo he leído que ocurra con el agua. Y respecto a lo de la temperatura, eso ocurre con determinados rangos de temperatura... aunque supongo que la cerveza sólo querrás enfriarla, no congelarla, por lo que no se te aplica... Eso sí, ni se me ocurriría calentar una cerveza xa después congelarla!!!

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  8. simplemente por tantas dudas que salen y lo interesante que es resolver estas dudas sobre fenomenos fisicos amo a la fisica aunque no sepa mucho ustedes saben por que una botella de plastico llena con agua no se quema al exponerla al fuego yo trate de investigarlo y formule mi hipotesis cuando hiba a la preparatoria ahora esto solo fue sencillo yo con lo que lei sobre punto de ebullicion y ebulicion explosiva llegue a la conclusion que la botella no se quemaba por que la temperatura del agua era aun baja en relacion con el punto de ebullicion pero en realidad no conclui con mucho siempre eh pensado q es por la temperatura del agua ustedes saben algo al respecto,,,,,,,,,,,,

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  9. Muy buena!

    En efecto, si llenas una botella de plástico con agua y la calientas (suavemente) en el fuego de tu cocina, por ejemplo, comprobarás que el agua comienza a calentarse e incluso entrar en ebullición, sin que la botella se queme.
    Esto es debido a que el calor transmitido por la llama a la botella no se emplea en quemarla, sino que se reparte por el agua calentándola. De esta manera, la botella permanece sin quemarse llegando el agua incluso a hervir. No es que el agua esté fría y enfríe la botella, es que el calor se emplea en calentar el agua y no en quemar la botella.

    Si sigue sin estar claro, no dudes en preguntar de nuevo!

    Un saludo!

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  10. Si no te lo crees, pruébalo! Pero no critiques si no sabes o no entiendes.

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  11. No conocía este efecto, pero tu explicación es parcialmente incorrecta:
    1) Cuando el agua caliente enfriándose alcance la temperatura del agua más fría el efecto convectivo en ambas será el mismo. Como mucho esto igualaría el momento de la congelación.
    2) Aunque los sólidos se disuelven mejor en agua caliente, los gases tienen menor solubilidad en dicha agua.

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  12. Muchas gracias por las puntualizaciones!
    En efecto, tienes toda la razón en ambas. Está mal explicado en el artículo. Por ser la solubilidad de los gases menor en agua caliente, ésta contendrá menos gases disueltos que dificultan la congelación. Lo corrijo
    Un saludo!

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  13. Sé que ya hace un par de meses de esta entrada, pero aún así pregunto: ¿Es por este efecto por lo que en verano, en zonas muy cálidas (en la zona en la que vivo se alcanzan fácilmente los 40ºC), en caso de lluvia es más probable que granice? Gracias y felicidades por tu blog, acabo de descubrirlo y me está encantando.

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