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Efecto Mpemba



Mpemba observó un hecho curioso en el proceso de congelación del agua, un proceso que oculta aspectos sorprendentes de una de las sustancias más anómalas de la naturaleza.

El agua presenta una estructura que el arte y la arquitectura se han encargado de imitar. En la década de 1940, Kenneth Snelson (por entonces estudiante de artes plásticas) desarrolló una escultura que mantenía su equilibrio exclusivamente mediante la tensión de sus componentes.

La estructura, a la que bautizó como Simplex, presenta una paradójica forma con el concurso de dos tipos de elementos que no se tocan entre sí. Las barras en el interior soportan esfuerzos de compresión, mientras que los hilos de la periferia están sometidos a tensión. Basada en la repetición longitudinal del Simplex, Snelson construyó en 1968 la Needle Tower, de 18 metros de altura y expuesta en el exterior del Museo Hirshhorn y Jardín de Esculturas en Washington.


 





















 
El arquitecto Buckminster Fuller fue sensible a la importancia de este tipo de estructuras, en cuanto a sus cualidades y sencillez. Decía de ellas poéticamente que son “islas de compresión en un mar de tensiones”, y pronto acuñó un nombre para ellas: tensegrity (en castellano, tensegridad), la contracción de tensile integrity (integridad tensional), que refleja la característica fundamental de estas estructuras. El empleo de pura tensión para mantener el equilibrio y la forma.


Imaginemos ahora que una de estas estructuras es capaz de cambiar ligeramente de forma variando a voluntad la tensión de sus cables. Esto es lo que le sucede al agua cuando sufre un cambio de estado entre líquido y sólido. Las barras, los elementos rígidos, de esta particular tensegridad serían las moléculas de agua, y los cables responsables de la tensión los constituyen un tipo de enlace químico llamado puente de hidrógeno.

Las moléculas crean y destruyen continuamente puentes de hidrógeno. Estos enlaces permiten que un compuesto tan simple como el agua pueda ser líquido a temperatura ambiente en lugar de un gas. Cuando la temperatura desciende y el agua se aproxima a su punto de fusión, nuevos “cables” en forma de puentes de hidrógeno entran en juego y nuevas tensiones entre las moléculas provocan que se separen más unas de otras. Este efecto disminuye la densidad del agua y posibilita que el hielo pueda flotar.


 




















Este proceso es el que puede verse facilitado al congelar agua partiendo de agua caliente, tal y como observó Erasto Mpemba. Entre los factores que pueden influir estarían:

  • ·         Convección: En un recipiente caliente, el líquido circula entre zonas más calientes y zonas más frías. Esto facilita la transferencia de calor necesaria para la congelación
  • ·         Evaporación: El agua caliente se evapora más, con lo que al final se congela menor cantidad de agua y, por tanto, lo hace antes.
  • ·         Gases disueltos: Su presencia dificulta la congelación y un líquido caliente tiene menos gases disueltos.

Referencia: Modelos de enlaces intermoleculares en el agua, http://biomodel.uah.es/agua/p1.htm

Este post lo ha escrito José Antonio Bustelo @DivuLCC


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