¿El agua caliente se congela antes que la fría?

Una idea con 2.300 años

La idea es vieja. Aristóteles escribió que haber calentado el agua antes “contribuye a que se congele rápido”, y contó que los pescadores del Ponto, cuando acampaban sobre el hielo, echaban agua tibia alrededor de sus cañas para que se congelara antes y las dejara fijas.^[4] La repitieron Francis Bacon y René Descartes en el siglo XVII.^[3]

En 1963, Erasto Mpemba, un estudiante secundario de Tanzania, estaba haciendo helado con leche hervida en la escuela. Como había poco lugar en el congelador, metió su mezcla caliente sin esperar a que se enfriara, y se congeló antes que la de un compañero que la había puesto fría. Su profesor se burló de él. Años después, el físico Denis Osborne visitó la escuela, le pidió a un técnico que repitiera la prueba y obtuvo lo mismo. En 1969 publicaron juntos el resultado, y desde entonces se habla del “efecto Mpemba”.^[3]

El experimento que no lo encontró

El problema es que “el agua caliente se congela antes” es una frase vaga. ¿Congelarse es que aparezca el primer cristal de hielo, o que se congele toda? ¿Y con qué recipiente, en qué congelador, midiendo dónde? En 2016, Henry Burridge y Paul Linden, de la Universidad de Cambridge, lo definieron con precisión: dos muestras idénticas salvo en su temperatura inicial, enfriadas en las mismas condiciones; hay efecto Mpemba si la más caliente llega antes a 0 °C.^[1]

Metieron a la vez tres vasos con 400 gramos de agua hervida (para sacarle parte de los gases disueltos) en un congelador doméstico a entre −18 y −15 °C, cada uno con un termopar fijo en el centro que registraba la temperatura cada segundo.^[1]

La más caliente llegó última, como predice la física de toda la vida. También lo probaron en un tanque aislado enfriado desde arriba por una placa, sin llegar a formar hielo, con el mismo resultado. Su conclusión, “algo tristemente”, fue que no hay evidencia que respalde observaciones significativas del efecto en el agua.^[1]

Cómo lo sabemos

Burridge y Linden no solo hicieron su propio experimento: juntaron los datos de los estudios anteriores que decían haber visto el efecto y los pusieron en un mismo gráfico. Para cada par de muestras calcularon a qué ritmo promedio había perdido calor cada una. Si el agua caliente pierde calor más rápido en proporción a la diferencia de temperatura, hay efecto; si no, no.^[1]

Casi todos los casos “positivos” quedaban apenas por encima de la línea que separa una cosa de la otra, y casi siempre con muestras de temperaturas iniciales parecidas. Entonces hicieron una prueba reveladora: tomaron sus propias mediciones, sin efecto, y recalcularon qué habrían publicado si el termopar hubiera estado 1 centímetro más arriba o más abajo de lo que creían. Los puntos saltaban justo a la zona donde estaban los supuestos hallazgos. Dentro del recipiente la temperatura cambia con la altura, así que un centímetro de diferencia en la posición del termómetro cambia el resultado. La mayoría de los estudios que reportaban el efecto no decían a qué altura midieron, o no lo pudieron repetir.^[1]

La única excepción clara eran los datos originales de Mpemba y Osborne, muy por encima de la línea pero con mucha dispersión. Burridge y Linden no encontraron qué error pudo haberlos producido; Osborne había muerto en 2014 y no lograron contactar a Mpemba.^[1]

El efecto sí existe en otro terreno. En 2020, Avinash Kumar y John Bechhoefer atraparon una esferita de vidrio de 1,5 micrómetros dentro de agua con pinzas ópticas, un láser que la mueve a voluntad, y la hicieron “enfriarse” desde distintas temperaturas iniciales, repitiendo cada prueba mil veces. Con ciertos parámetros, el sistema que partía más caliente llegaba al equilibrio antes, e incluso “exponencialmente más rápido”. Es un efecto reproducible y coincide con la teoría, pero no dice nada directo sobre un vaso de agua en el congelador.^[2]

Lo que se suele decir mal

“Está comprobado que el agua caliente se congela antes.” No en el agua, al menos no de forma que se pueda repetir. Lo que sí es cierto es que el resultado de un experimento casero depende de muchas cosas: la evaporación (el agua caliente pierde masa), los gases disueltos, las corrientes dentro del recipiente y el sobreenfriamiento, que puede mantener el agua líquida por debajo de 0 °C un rato distinto en cada muestra.^[1]

“Ya se encontró la explicación molecular.” Algunos diarios difundieron que un grupo de químicos de Singapur había encontrado el mecanismo en los puentes de hidrógeno del agua. Burridge y Linden señalan que esos modelos solo explicarían el efecto si produjeran una “memoria” medible en las propiedades del agua, y que el efecto mismo no está demostrado.^[1]

“Aristóteles ya lo había probado.” Aristóteles lo afirmó, pero sin termómetro: el instrumento no existía. Y en el siglo XIII Roger Bacon ya sostenía lo contrario para el agua en recipientes.^[3]