Sembra un paradosso, ma non lo è: l’acqua calda ghiaccia prima di quella fredda. Si tratta di una particolarità che dovremmo prendere in considerazione quando prepariamo dei cubetti nel freezer. Il merito è del famoso effetto Mpemba, tanto misterioso quanto eccezionale.
Perché l’acqua calda ghiaccia prima di quella fredda
L’effetto Mpemba è il fenomeno secondo cui l’acqua calda congela prima di quella fredda. Questo fenomeno si realizza perché il calore influenza il movimento delle particelle di H2O e ciò ha un effetto anche sulla reazione del fluido al cambiamento di temperatura. In sostanza tutto è legato al mancato equilibrio in cui si trova il fluido prima di essere messo in congelatore. L’effetto Mpemba è stato per lungo tempo un vero e proprio mistero ed è certo che fosse noto sin dai tempi di Aristotele. Il suo nome particolare deriva da Erasto Mpemba, studente tanzaniano che alla fine degli anni Sessanta osservò questo curioso fenomeno. Mentre provava a congelare il preparato per il gelato si accorse che il composto, ancora caldo, si congelava più in fretta rispetto a quello freddo dei suoi compagni. Da questo bizzarro evento scaturirono una serie di indagini scientifiche con diverse conclusioni. La teoria più accreditata resta quella secondo cui le particelle calde tendono a muoversi più velocemente rispetto a quelle fredde, influenzando i tassi di evaporazione e le correnti di convenzione.
Il mistero dell’effetto Mpemba
Sono tantissimi i ricercatori che si sono occupati dell’effetto Mpemba, tentando di spiegarlo al meglio. In particolare uno studio spagnolo, coordinato dal professor André Santos, ha fatto delle scoperte interessanti. Lo studio, pubblicato sulla rivista scientifica specializzata Physical Review Letters, ha dimostrato che l’effetto Mpemba vale anche per altri composti e non solo per l’acqua. "Il nostro lavoro dimostra che l’esistenza dell’effetto Mpemba è molto sensibile alla preparazione iniziale del fluido o, in altre parole, alla sua precedente storia – hanno spiegato -. L’effetto Mpemba è un fenomeno generico di non equilibrio che appare se l’evoluzione della temperatura dipende da altre grandezze fisiche che caratterizzano lo stato iniziale del sistema".
Ciò significa che l’effetto Mpemba potrebbe funzionare anche al contrario, ossia con liquidi freddi che potrebbero scaldarsi molto prima di quelli caldi. Gli studiosi spagnoli hanno simulato vari esperimenti con fluidi granulari (scelti perché più facili da controllare rispetto all’acqua) e hanno determinato che sono le condizioni iniziali a sviluppare o meno questo effetto.
Se i misteri interno a questo processo sono ancora moltissimi, alcune questioni sono state chiarite. Ad esempio il fatto che l’acqua calda, a differenza di quella fredda, evapora più velocemente in freezer e ciò fa sì che la quantità da congelare sia inferiore. L’acqua fredda poi contiene molti più gas disciolti che tendono ad abbassare la temperatura a cui si avvia il processo di congelamento, provocando quindi un rallentamento del processo. Non bisogna poi trascurare i movimenti di convezione, ossia dal basso verso l’alto e viceversa, sono maggiori nei liquidi caldi e impediscono che si formi uno strato di ghiaccio sulla superficie. Quest’ultimo rallenta il congelamento, isolando termicamente la parte liquida.