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Explicando el efecto Mpemba.

Artículo retocado el 22/ene/2019 a las 19:30 Hora Oficial Argentina.
El agua es un compuesto que sorprende por sus propiedades.
Cuando congela, a diferencia de otras substancias, aumenta su volumen. Ante la misma masa o cantidad de agua, esto resulta en una disminución de la densidad. De esta manera, y por el principio de Arquímedes, el hielo de agua flota en agua líquida.
En los lugares donde el hielo siente mayor presión, el punto de congelamiento disminuye (necesita más frío para congelar) y se licua nuevamente. Si ponemos una aguja sobre un cubo de hielo e introducimos todo en el congelador, luego de un tiempo notaremos que la aguja se hundió en el hielo quedando incrustada en él. El peso de la aguja aumentó la presión donde estaba apoyada; en ese lugar bajó el punto de congelamiento y el frío no alcanzó para mantener el hielo. Así, en esa parte del hielo, el agua permitió que la aguja se hunda. Luego que ésta pasó por ese lugar, las condiciones volvieron a ser las anteriores y el frío volvió a congelar ese agua.
Esto hace que en lagos y lagunas sólo se congele la superficie. Debajo de ella, el agua se mantiene líquida por la presión que hace que deba hacer menor temperatura para que se congele. Gracias a esto, puede haber vida bajo la superficie helada.

Pero hay más.
Aristóteles, Francis Bacon y René Descartes hallaron otro comportamiento curioso del agua. En los años ‘60, un estudiante en una escuela de Tanzania, en la clase de cocina observa esto mismo y nació el efecto (o paradoja) Mpemba, llamado así en su honor (Erasto B. Mpemba) por notar que el helado caliente congelaba antes que el frío (https://es.wikipedia.org/wiki/Efecto_Mpemba). Eso se debe al comportamiento del agua en él.
Luego: el agua caliente, bajo ciertas condiciones, congela antes que la fría.

Recordemos que el calentamiento implica acumulación de energía y el enfriamiento implica lo contrario.

Una idea proponía que el envase caliente, era más eficiente entregando energía el refrigerador.
Otra idea proponía que el agua caliente evaporaba con facilidad, lo que absorbía calor o sea energía (proceso endotérmico), y eso favorecía en enfriamiento.
Pero ahora hay otra explicación, más relacionada con la intimidad de la molécula de agua.
Para entender ésto, recordemos que el agua está formada por moléculas de dos átomos de Hidrógeno (H) y uno de oxígeno (O), o sea H2O.

Molécula de agua. Oxígeno - rojo, el hidrógeno - blanco Foto de archivo - 35894175

Ilustración de molécula de agua crédito de D. Guzhanin

Cuando el agua disminuye su temperatura, sus moléculas tienden a agruparse llegando incluso a estar en contacto. En ese proceso, la repulsión natural “estira” los enlaces O-H haciendo que se almacene energía como cuando se estira un resorte. Esta absorción de energía atenta contra el enfriamiento.
El agua caliente tiene sus moléculas más separadas por lo que los enlaces están más “relajados” y retornan energía, como un resorte que retoma su longitud normal, y eso favorece el enfriamiento.

Posiblemente este efecto se deba a una de estas ideas o a la combinación de ellas.

Referencia:

Fuente:

  • O:H-O Bond Anomalous Relaxation Resolving Mpemba Paradox, Xi Zhang et al., (Submitted on 24 Oct 2013 (v1), last revised 10 Nov 2013 (this version, v2).
    https://arxiv.org/abs/1310.6514

pdp.

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