El agua hirviendo se congela más rápido que el agua fría.
Aquí te platico mi experiencia sobre la incógnita a la pregunta ¿Que se
congela más rápido, el agua fría o el agua caliente?, elaboré una práctica
en mi casa, comprobé lo que sucede y después investigo un poco y te explico
de forma clara por qué el agua caliente se congela más rápido.
Estaba harto de ver esta pregunta una y otra vez, así que finalmente hice el experimento yo mismo. ¿Adivina qué?... redoble de tambores ...¡Dios mío, el agua hervida se congeló primero!
No me lo podía creer. Estaba seguro de que este era un efecto ridículo que
debe estar mal, excepto tal vez en algunas circunstancias extremadamente
inusuales. Pero no había nada inusual o extremo en lo que hice.
El agua hervida tardó aproximadamente 2 ½ horas en congelarse y el otro casi
3 horas en congelarse. Aquí están las notas que tomé durante el experimento.
Algunas fotos también. Curiosamente, puso a algunos de ellos al revés aquí.
Simplemente muestra que tomé algunas fotos para documentar lo que estaba
haciendo. Realmente no importa. Lee las notas.
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| Etiquetando las muestras |
Puse ½ taza de agua fría del grifo en un recipiente pequeño de Pyrex y ½
taza de agua hirviendo en un recipiente idéntico de Pyrex. Los puse a ambos
en el congelador al mismo tiempo. Los puse a ambos cerca de la parte
posterior del congelador, cerca de donde sale el aire helado pero no en la
explosión directa. Ambos estaban en un cajón de malla de alambre abierto
recubierto de plástico con mucho espacio de aire en todos los lados. Puse el
agua fría detrás del agua hirviendo para que nadie pueda afirmar que el
calor del agua hirviendo interferiría con la congelación del agua
fría.
Empecé un temporizador.
15 minutos. Ambos contenedores se mueven cuando saco el cajón. No
hay signos evidentes de hielo todavía.
15 min. después, siguen en estado líquido
30 minutos. Observé el comienzo de una corteza de hielo en la de agua fría. El agua hervida todavía salpica sin evidencia de hielo.
45 minutos. Había hielo visible en la superficie superior de ambos cuencos. Se colocaron cucharas de plástico idénticas con su recipiente hacia abajo y la punta apoyada sobre la superficie del agua en cada recipiente. Ambas superficies soportaron la cuchara. Sin embargo, se observó un ligero movimiento de la corteza de hielo en el recipiente de agua hervida cuando los recipientes se inclinaban suavemente hacia adelante y hacia atrás. No se veía movimiento en el recipiente de agua fría. La superficie congelada del recipiente de agua fría parecía más rígida y más fuerte. Basado en presionar ligeramente las cucharas contra la superficie, parecía que podría penetrar más fácilmente el hielo en el recipiente de agua hervida. Sin embargo, no hice eso para evitar interferir demasiado con el proceso de congelación.
60 minutos. Ambos cuencos tienen costras de hielo bastante sólidas. Se veía una burbuja de gas debajo del hielo en el recipiente de agua hervida. Cuando se volcó el tazón, la burbuja se movió fácilmente debajo del hielo hacia el lado opuesto del tazón. Esto demostró que la corteza de hielo todavía era bastante delgada y que el agua debajo todavía era líquida. No se veía movimiento del hielo en sí cuando se inclinaba el bol.
75 minutos. La corteza del agua hervida parece más gruesa cuando se ve desde un lado. Cuando levanté el recipiente frío y lo volqué, una gran burbuja de aire se filtró debajo del borde del hielo. Cuando presioné el hielo con la punta de una cuchara, vi más movimiento del hielo con el recipiente frío que el hervido.
90 minutos. La burbuja de aire se movía más fácilmente en el agua fría que la hervida. Al principio pensé que la burbuja de agua hervida estaba atrapada en hielo, pero luego se movió. Noté que el hielo estaba inclinado en el recipiente de agua fría. Más grueso en un borde. Me pregunto si el estante está inclinado o si se congela más rápido por un lado.
105 minutos. los dos cuencos parecen casi iguales. Las burbujas se mueven con bastante libertad en ambos cuencos. El hielo se siente firme. Se ven del mismo grosor.
El agua hirviendo tiene una congelación mas evidente
135 minutos. Ambos cuencos tienen hielo congelado por los lados y hacia adentro a lo largo del fondo, con algo de líquido todavía en el centro del fondo. Pero el volumen de agua hervida del agua restante parece menor. También tiene una apariencia más turbia.
150 minutos. El aire queda atrapado en el hielo de agua hervida, pero aún puede moverse libremente en el hielo de agua fría. El hielo de agua hervida parece ser sólido en todo momento. El hielo de agua fría todavía tiene líquido adentro y aire libre para moverse.
165 minutos. Agua hervida sólida por todas partes. El aire todavía se mueve en agua fría. Agua hervida nebulosa. Agua fría nebulosa alrededor de los bordes, pero clara en el medio.
180 minutos. Ambos congelados. Los volteé para fotografiar los fondos y el hielo de agua hervida se cayó como un trozo. El hielo de agua fría no salió a pesar de los golpes y los golpes suaves.
Explicación
Este fenómeno es mucho mas evidene cuando los recipientes de agua (fría y
caliente) son lanzados al aire en un ambiente bajo cero (-30ºC). En este caso, el
agua caliente (hirviendo) está cerca del punto de ebullición y tiende a
evaporar más fácilmente que el agua tibia/fría. El fenómeno de evaporación requiere de calor para que ocurra. Dado que
el ambiente está bajo cero, la mayor parte de este calor será tomado de
las moléculas de agua vecinas, por lo que algunas evaporarán y otras se
enfriarán (este es el principio por el cual funcionan las torres de
enfriamiento de agua). En el caso del agua fría/tibia el fenómeno de
evaporación es mucho menor y casi imperceptible (despreciable en términos
matemáticos).
Esto trae dos consecuencias.
La primera es que una parte de la masa ahora está evaporada y no puede
ser recogida en el experimento como masa sólida, es decir habrá menos
hielo (o nieve) que la masa de agua que había inicialmente en el
recipiente. Por lo tanto, habiéndose evaporado una parte del agua, ahora habrá
menos masa que congelar (que de paso estará más fría porque ha cedido
parte de su calor para evaporar el resto), favoreciendo el proceso de
solidificación.
La segunda consecuencia es causada por el aumento de volumen de la masa
evaporada.
El agua aumenta mil veces su volumen cuando pasa de estado líquido a
estado vapor, empujando las moléculas que no han evaporado y
dispersándolas aún más, lo que aumenta la superficie de transferencia de
calor y la velocidad de las mismas. Ambas cosas hacen que aumente la velocidad con que el calor contenido
en estas moléculas es transferido al ambiente, enfriándose rápidamente y
congelándose.
En pocas palabras, menos masa que enfriar, mayor superficie de
transferencia de calor y mayor velocidad, hacen que el agua caliente
sea (aparentemente) más fácil de congelar.
Aparentemente porque una parte no se congela, sino que se evapora (que,
de todos modos, con algo mas de tiempo, terminará por congelarse y
precipitar).
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