Como un niño desafió la teoría de la termodinámica de Newton
La historia del africano Erasto Mpemba es una historia de revolución científica y una lucha por demostrar con experimentos lo ridículamente inimaginable.El agua caliente se congela antes que el agua a temperatura ambiente o fría (bajo ciertas condiciones) y aunque parezca una absurdidad termodinámica esto es una verdad como un templo.
Cuando Mpemba preguntó a sus profesores de física el porqué de sus observaciones, más de uno le dijo que estaba confundido, que no era posible. Loscompañeros menos entendidos se burlaban de la ridiculez de tal afirmación y los más estudiosos le hacían ver que no había comprendido nada de la Ley de Enfriamiento de Newton (y hemos de admitir que Newton era un tío demasiado listo para atreverse a desafiar una ley suya)
<La Ley de Enfriamiento de Newton dice que la rapidez a la que se enfría un objeto es proporcional a la diferencia entre su temperatura y la temperatura del medio en el que el objeto se encuentra. Para los que entiendan, la ecuación es T2 = T0 + (T1 – T0) * e(-k * Δt) en donde: T2: temperatura final,T1: temperatura inicial,T0: temperatura constante del ambiente,Δt: diferencia en el tiempo entre T2 y T1 yk: La constante a ser encontrada.>
Otros grandes observadores de la historia como Aristóteles, Descartes y Bacon habían notado el efecto. Pero fue la tozudez del joven Mpemba que desde 1963 hasta 1969 trabajó para demostrar el efecto a partir de experimentos controlados que el fenómeno fue aceptado como científicamente posible.Eso sí para que se produzca el efecto se necesitan diferencias de temperaturas de 30º o más y en temperaturas altas, por ejemplo 35 °C y 90 °C.
Aquí un extracto del artículo presentado por Mpemba en 1969:
“ En 1963, cuando me encontraba en el 3er grado de la Escuela Secundaria Magamba” en Tanzania solía hacer helado. Los chicos de la escuela lo hacen hirviendo leche y añadiendo azúcar y poniéndolo en el congelador después que se ha enfríado a la temperatura ambiente. Muchos chicos lo hacen, con lo cual hay prisa por por obtener espacio en el congelador. Un día compré leche a las mujeres locales y comencé a hervirla. Otro chico que también había comprado leche para hacer helado, corrió hacer su mezcla sin hervir para no perder la oportunidad utilizar la última bandeja. Sabiendo que que si yo tenía que esperar a que la mezcla se enfriara un poco antes de ponerla en la nevera perdería mi espacio, así que decidí arriesgar arruinar la nevera aquél día poniendo leche caliente en ella. Los dos volvimos una hora y media después y encontramos que el contenido de mi bandeja se había convertido en helado mientras que la de aquel chico era un líquido espeso, pero aún no congelada.Pregunté a mi profesor de física el porqué había sucedido aquello, y la respuesta que me dió fue -Estabas confundido, eso no puede suceder- “(Erasto Mpemba and Denis Osborne, ‘Cool?’ Physics Education1, 1969 (May, Vol 4) pp 172-175)
Las neveras se podrían dañar en caso que se ponga un producto demasiado caliente en dónde pasan los conductos del refrigerante (normalmente la zona más fría de la nevera). Ya que en esa área pasa el gas comprimido y si un material se elaborará de forma violenta podría llegar a dañar estos conductos que suelen ser muy finos.
¿Porqué se produce este efecto?
Hay muchas teorías del porqué, por ejemplo que en un recipiente caliente el líquido circula mejor, por lo que el agua de la zona central se mueve más rápido hacia afuera, enfriándose a mayor velocidad. Otra conocida explicación es que cuanto más caliente está un líquido, contiene menos gases disueltos (los gases dificultan la congelación). Y otra de las explicaciones más comunes es queel agua más caliente pierde más masaque el agua fría por causa de la evaporación.
La verdad es que a ciencia cierta no se sabe aún, en el año 2013 la Royal Society of Chemistry ofreció un premio de £1,000 a quién pudiera dar la mejor explicación de porqué funcionaba el efecto Mpemba. Recibieron aproximadamente 22 000 respuesta, y finalmente eligieron la explicación de un asistente de investigación química de la Universidad de Zagreb, Nikola Begovic.
También en el año 2013 se publicó un importante artículo de físicos de la Nanyang University de Singapur, ellos explica que el efecto tiene que ver con el modo en qué la energía se almacena en los vínculos que hay entre hidrógeno que se encuentran enlazados a las moléculas de agua.
Recordemos que cada molécula de agua contiene un átomo de oxígeno y dos de hidrógeno,(H2O) estos átomos están unidos a través de covalentes (enlaces que tienen los átomos cuando comparten electrones). Los átomos de hidrógeno de una molécula son atraídos por los átomos de oxígeno de las otras moléculas cercanas, por medio del covalente de hidrógeno, pero al mismo tiempo las moléculas de agua se repelen manteniendo entre ellas una cierta distancia.
Los investigadores Dr Sun Changqing y Dr Xi Zhanghanhan notado que la distancia mantienen las moléculas entre ellas depende de la temperatura,
En el agua caliente la distancia es mayor y, con lo cual también la repulsión, lo que tiene como consecuencia vínculos de hidrógeno más “tensos” yque por lo tanto almacenan más energía.
Esta energía se emite más rápidamente en la fase de enfriamiento del agua caliente que tiene unamayor medida respecto a la que tiene la misma cantidad de agua a temperatura ambiente o fría.
La liberación de esta energía tiende, entonces, a acercar las moléculas de agua a una velocidad proporcional que es proporcional a la cantidad de energía que poseen. Con lo cual mientras más caliente se encuentre el agua mayor será la energía liberada en la fase de enfriamiento, y por lo tanto tendrá como consecuencia mayor velocidad de congelamiento.
Nikola Bregovic, el ganador del concurso de la Royal Society of Chemistry, realizó diversos experimentos ysugiere que el efecto de convección era probablemente el responsable del efecto Mpemba.
Aún hay mucha discusión y polémica respecto a este efecto, y aunque todo me parece tremendamente interesante no dejo de pensar en lo casi paradójico que es, que a veces el conocimiento empírico deba luchar con el “científico”. El mismo año de su descubrimiento en 1963 Mpemba visitó a un amigo que vivía en otra ciudad y que trabajaba vendiendo helado y observó que su amigo ponía las mezclas calientes en la nevera para preparar el helado, cuando le preguntó elporqué su amigo contestó “Mi hermano lleva cinco años haciendo helado y dice que así se hacen más rápido”
