Acqua calda gela prima... !?

[TonyManero]

Ciao a tutti,

Su una trasmissine (Braniac... su Discovery) hanno presentato una prova empirica che mi ha leggermente basito:

Messi due bicchieri di acqua in freezer. Uno di acqua calda ed uno di acqua fredda (non mi ricordo le temperature).

A gelare è stata prima quella calda!!!!

Ed oltretutto invitavano a ptrovare a casa propria sicurui del fatto che la cosa succede sempre....

Su internet ho trovata poche e confuse spiegazioni di questo fenomeno.

Qualcuno ne sa qualcoas di più???

[TonyManero]

Ovviamente bastava cercare meglio con google....


Su questo fenomeno, che è noto come "effetto Mpemba" dal nome del suo scopritore, uno studente tanzaniano intento a preparare il gelato (benché qualcuno faccia risalire la scoperta addirittura ad Aristotele!), molto si è discusso e molto si è scritto. Si tratta di mettere in un freezer un recipiente pieno di acqua a temperatura ambiente e un altro eguale con acqua calda. In particolari condizioni, si trova che l'acqua calda congela per prima. Chi crede nel fenomeno per essere riuscito a produrlo (cosa che non avviene se ci si dimentica di prendere tutte le necessarie precauzioni) sostiene che nell'effetto possono intervenire tutti i meccanismi che concorrono all'asportazione del calore dal recipiente, ossia evaporazione, convezione e conduzione del calore, e contano inoltre la presenza di gas in soluzione e certi meccanismi di sovraraffreddamento. Poiché il fenomeno è alquanto complesso, quelle che espongo sono semplici speculazioni, difficilmente inquadrabili in termini quantitativi. Intanto: recipiente aperto o chiuso? Inizio del congelamento o congelamento finale?

Cominciamo dall'evaporazione: l'acqua calda vaporizza in quantità maggiore di quella fredda, e poiché l'evaporazione asporta molto calore dal liquido, il raffreddamento viene accelerato. Inoltre, diminuisce la quantità d'acqua che rimane da congelare. Quest'effetto è molto importante se il contenitore è termicamente isolante, ad esempio di legno, giacché in tal caso la perdita di calore per evaporazione è quella dominante.

Conduzione: se il contenitore è un buon conduttore termico, il calore viene condotto all'esterno soprattutto attraverso le pareti; ciò ostacola la formazione di eventuali strati di brina, che avrebbero l'effetto di ridurre la trasmissione del calore. Alla base, invece, l'acqua calda fa inizialmente fondere la brina presente sul piano del freezer: quando questa poi ricongela, "cementa" il recipiente al piano creando un efficiente contatto per l'efflusso del calore. Anche la formazione di uno strato di ghiaccio al pelo superiore dell'acqua diminuirebbe la possibilità di raffreddamento della stessa da parte della sovrastante aria fredda. Nel caso dell'acqua calda, correnti di convezione interne tendono invece a impedire la formazione di tale strato e inoltre, rimescolando il liquido, favoriscono un più rapido raffreddamento anche in profondità. Importante può essere anche il ruolo dei gas disciolti nell'acqua (come ossigeno e anidride carbonica) che hanno l'effetto di abbassare il punto criogenico. Ora, nell'acqua riscaldata vi sono pochi gas in soluzione, per il fatto che la loro solubilità a caldo è bassa, quindi per essa il congelamento avviene a una temperatura un po' più elevata. E' evidente la necessità di accurati controlli con acqua meticolosamente degassata. Quanto al sovraraffreddamento, infine, si sa che l'acqua può essere portata anche sotto il punto di congelamento senza formare cristalli di ghiaccio: questo avverrebbe in modo meno marcato per l'acqua calda per le ragioni appena dette. Allora l'acqua calda formerebbe il ghiaccio iniziale più rapidamente, eventualmente rimanendo in buona parte liquida all'interno: in tal caso, qualcuno obietta, il congelamento globale potrebbe comunque avvenire prima per l'acqua fredda. L'intervallo di tempo nel quale coesistono la fase liquida e la fase solida, cioè, inizierebbe prima per l'acqua calda ma terminerebbe dopo che l'acqua fredda si è completamente ghiacciata. Resta in ogni caso da definire se ciò che si cerca è l'avvio del congelamento o il congelamento complessivo.

Se si vuole ripetere l'esperimento di Mpemba con successo, occorre rispettare alcune condizioni, in particolare la costanza della temperatura nel congelatore e l'esatta identità dei due sistemi sotto ogni profilo, anche ambientale. La sola variabile deve essere la temperatura dell'acqua riscaldata. Conviene provare con diversi valori, in quanto vi possono essere condizioni ottimali perché l'effetto abbia luogo, e altre che invece lo rendono impossibile. E per lo stesso motivo provare anche con diversi tipi di recipiente, coperti o scoperti, a cominciare dai semplici vassoietti per cubi di ghiaccio.