La paradoja que desafía a la física: el misterio del agua caliente que se congela antes que la fría

¿Y si lo que creemos obvio no siempre fuera cierto? En la cocina, en el laboratorio o en un lago helado, el agua sigue guardando secretos que desconciertan incluso a la física moderna.

Uno de los más intrigantes es este: bajo determinadas condiciones, el agua caliente puede congelarse antes que la fría. Una paradoja tan contraintuitiva que durante siglos fue descartada como un error. Hasta que la ciencia tuvo que rendirse ante la evidencia.

La ciencia contra la intuición: el misterio del agua caliente que se congela primero

Este comportamiento aparentemente imposible se conoce como efecto Mpemba, en honor a Erasto Mpemba, un estudiante tanzano que en 1963 observó que una mezcla caliente para hacer helado se congelaba antes que otra más fría.

Hoy se sabe que el efecto Mpemba es real, pero también condicional: no ocurre siempre ni en cualquier circunstancia. Depende de múltiples variables como la temperatura inicial, el tipo de recipiente, el entorno, la composición del agua o incluso la forma de enfriamiento. Precisamente esa complejidad es la que lo convierte en un desafío científico aún abierto.

¿Qué es exactamente el efecto Mpemba?

De forma simplificada, el efecto Mpemba describe la situación en la que una muestra de agua inicialmente más caliente alcanza el estado sólido antes que otra más fría, cuando ambas se someten a las mismas condiciones de congelación. No implica que el agua caliente se enfríe más rápido en todo momento, sino que cruza el umbral de congelación antes.

Este fenómeno no viola las leyes de la termodinámica, pero sí pone en evidencia que los procesos de transferencia de calor y los cambios de fase en el agua son mucho más complejos de lo que sugieren los modelos básicos.

La evaporación como clave: menos agua que congelar, menos tiempo necesario

Una de las hipótesis más citadas es la evaporación. El agua caliente evapora con mayor rapidez, lo que reduce su masa total. Menos agua implica menos energía que extraer para que se congele, lo que podría acelerar el proceso.

Sin embargo, esta explicación no es suficiente por sí sola: el efecto Mpemba también se ha observado en recipientes cerrados, donde la evaporación es mínima. Por tanto, aunque relevante, no explica todos los casos.

Otra línea de investigación se centra en las corrientes de convección. En el agua caliente, el calor se redistribuye de manera más eficiente: el agua más caliente asciende y la más fría desciende, facilitando una pérdida de energía más rápida y uniforme.

En cambio, el agua inicialmente fría puede desarrollar capas térmicas más estables que ralentizan la disipación del calor. Esta diferencia en la dinámica interna del líquido puede influir decisivamente en el tiempo de congelación.

Cómo la pérdida de gases y los cambios moleculares influyen en el hielo

El agua contiene gases disueltos como oxígeno o dióxido de carbono, cuya cantidad disminuye al calentarse. Algunos estudios sugieren que un menor contenido de gases puede modificar la forma en que se forman los cristales de hielo, favoreciendo una congelación más rápida.

A esto se suma la compleja estructura molecular del agua, con enlaces de hidrógeno que cambian según la temperatura. Calentar el agua puede alterar esta red interna de tal manera que, al enfriarse, se reorganice más fácilmente en una estructura sólida.

Lejos de estar completamente resuelto, el efecto Mpemba sigue siendo objeto de investigación activa. Experimentos recientes muestran que, en condiciones controladas, hasta un 10-15% de las muestras de agua caliente se congelan más rápido que las frías, dependiendo de factores como la pureza del agua, el tipo de recipiente y la temperatura inicial.

No existe una teoría única que explique todos los casos, y los científicos coinciden en que se trata de un fenómeno multifactorial, resultado de la interacción entre evaporación, convección y cambios en la estructura molecular.