El efecto Mpemba es un fenómeno en el cual, bajo ciertas condiciones, el agua caliente se congela más rápido que el agua fría. Este comportamiento sorprendente y aparentemente contradictorio ha desconcertado a científicos y entusiastas durante décadas, dando lugar a múltiples experimentos y teorías para explicarlo.

De hecho, seguramente hayas visto en instagram u otras redes sociales a una persona calentando agua en un cazo en la nieve para después proyectar su contenido al aire dejando un magnífico arco de agua-nieve congelada al instante. Échale un vistazo al video y después te lo explicamos con detalle.

¿Por qué se llama efecto Mpemba?

El efecto Mpemba lleva el nombre de Erasto Mpemba, un estudiante de secundaria de Tanzania, quien observó por primera vez este fenómeno en la década de 1960. Durante una clase de cocina, Mpemba notó que la mezcla de helado caliente se congelaba más rápido que la mezcla fría. Intrigado, compartió su observación con su profesor, quien inicialmente fue escéptico. Sin embargo, tras realizar varios experimentos del efecto Mpemba, los científicos comenzaron a tomar en serio esta curiosa observación.

¿Qué es el efecto Mpemba?

La pregunta «¿qué es el efecto Mpemba?» ha intrigado a científicos por mucho tiempo. En términos simples, el efecto Mpemba se refiere a la observación de que, en determinadas circunstancias, el agua caliente puede congelarse más rápido que el agua fría. Este fenómeno no siempre ocurre y depende de varios factores, como la temperatura inicial del agua, el tipo de recipiente utilizado y las condiciones ambientales.

Experimentos que demuestran que el agua caliente se congela antes que el agua fría

La explicación del efecto Mpemba ha sido objeto de debate entre científicos. Algunas teorías sugieren que la evaporación del agua caliente reduce su volumen, permitiendo que se congele más rápido. Otras hipótesis apuntan a diferencias en la convección y en la formación de capas de hielo en el agua caliente versus el agua fría.

Varios científicos han corroborado y refutado el efecto Mpemba a lo largo de los años como Denis Osborne, un físico que trabajó con Erasto Mpemba, confirmó el fenómeno a través de experimentos controlados y co-publicó un artículo con Mpemba en 1969. También Monwhea Jeng, de la Universidad de California, Santa Cruz, publicó un artículo en 2006 que cuestiona la validez del efecto bajo ciertas condiciones experimentales. Por último James Brownridge, de la Universidad de Binghamton, ha llevado a cabo numerosos experimentos en los que ha observado el efecto Mpemba, apoyando la idea de que el fenómeno es real bajo ciertas condiciones específicas.

Una de las explicaciones científicas más aceptadas considera varios factores:

  1. Evaporación: Una de las explicaciones más comunes para el efecto Mpemba es la evaporación. Cuando el agua caliente se coloca en un ambiente frío, tiende a evaporarse más rápidamente que el agua fría. La evaporación es un proceso endotérmico que absorbe calor del agua restante, enfriándola más rápidamente. Para explicarlo con argumentos científicos, tendremos que analizar la reducción de volumen y masa del agua (Kell, 1969) y el enfriamiento acelerado (Xi Zhan, 2013). En el primero, se evidencia que la evaporación reduce la cantidad de agua que necesita congelarse, lo que disminuye el tiempo total requerido para el proceso de congelación y en el segundo, que el calor latente necesario para la evaporación contribuye a enfriar el agua restante más rápidamente que si estuviera en un estado inicial frío.
  2. Convección: Otro factor importante es la convección. En el agua caliente, los movimientos de convección son más intensos debido a las mayores diferencias de temperatura dentro del líquido. Estos movimientos ayudan a distribuir el calor de manera más uniforme y rápida hacia las paredes del recipiente (Tao, 2010), donde puede ser transferido al ambiente externo. Esto se debe a los movimientos convectivos (Auerbach, 1995) en el cual el agua caliente genera corrientes convectivas más fuertes que facilitan una transferencia de calor más rápida y eficiente.
  3. Diferencias en la estructura molecular: La estructura molecular del agua caliente puede difiere de la del agua fría. A temperaturas más altas, las moléculas de agua tienen mayor energía cinética y pueden romper y reformar enlaces de hidrógeno más rápidamente (Katz, 2006). El agua caliente tiene una estructura molecular menos ordenada debido a la mayor energía térmica, lo que puede facilitar una transición más rápida al estado sólido. Y además, existe la nucleación de cristales de hielo donde se explica que la dinámica de la nucleación y el crecimiento de los cristales de hielo puede ser diferente en el agua caliente, potencialmente acelerando el proceso de congelación (Vynnycky y Maeno, 2012).

Explicación del efecto Mpemba

La explicación del efecto Mpemba ha sido objeto de debate entre científicos. Algunas teorías sugieren que la evaporación del agua caliente reduce su volumen, permitiendo que se congele más rápido. Otras hipótesis apuntan a diferencias en la convección y en la formación de capas de hielo en el agua caliente versus el agua fría. A pesar de varias teorías, aún no existe una explicación definitiva y ampliamente aceptada para el efecto Mpemba.

En resumen, el efecto Mpemba es un fenómeno intrigante que demuestra cómo el agua caliente, bajo ciertas condiciones, puede congelarse más rápido que el agua fría. Los experimentos del efecto Mpemba han confirmado este fenómeno, y aunque existen varias teorías, la explicación del efecto Mpemba aún no es concluyente. La pregunta «¿qué es el efecto Mpemba?» continúa estimulando la curiosidad y el estudio en el campo de la física.