Effetto Mpemba: perché l’acqua calda congela prima di quella fredda?
La scoperta dell’effetto Mpemba
A volte le scoperte più interessanti avvengono per puro caso: correva l’anno 1963 quando Erasto B. Mpemba, un adolescente della Tanzania, osservò l’effetto che oggi porta ancora il suo nome. Mentre preparava il gelato durante un’attività scolastica, egli pose il suo composto, ancora molto caldo, nel congelatore. Nessuno si sarebbe aspettato ciò che fu effettivamente osservato dagli studenti al termine della lezione: il gelato di Mpemba era già congelato, a differenza di quello dei suoi compagni che, prima di porre i loro composti nel congelatore, li avevano lasciati raffreddare sino a temperatura ambiente.
Il fenomeno, del tutto controintuitivo, in realtà era già stato descritto da Aristotele nella sua “Meteorologica”, ma fu per la prima volta studiato da un punto di vista scientifico dal fisico britannico Denis Osborne, docente dell’Università di Dar es Salaam, su suggerimento di Mpemba. Nel 1969, lo studente e il professore pubblicarono un articolo scientifico, indagando i possibili principi fisici che avrebbero potuto giustificare quanto osservato. Negli anni successivi la comunità scientifica ha ampiamente dibattuto sulla veridicità del fenomeno per il quale, ancora oggi, non si ha una spiegazione soddisfacente e completa. L’effetto, grazie al quale l’acqua calda sembra congelare prima di quella fredda, potrebbe essere il risultato della combinazione di molteplici fattori, vediamo insieme quali.
Le possibili spiegazioni
L’evaporazione è probabilmente l’interpretazione più semplice di questo effetto: l’acqua calda evapora velocemente e nel contenitore utilizzato rimane una minor quantità d’acqua che quindi congela più velocemente. Un’altra interpretazione è legata al fenomeno della convezione: all’interno dell’acqua calda ci sono delle correnti convettive che migliorano lo scambio di calore con l’esterno, impedendo la formazione di uno strato sottile di ghiaccio in superficie che, all’interno dell’acqua fredda, isola termicamente la parte ancora liquida, rallentando quindi il congelamento.
Quelle appena esposte corrispondono alle interpretazioni più intuitive e elementari del fenomeno, ma il processo di congelamento è in realtà un fenomeno molto più complesso, che non si riduce soltanto alla semplice cessione di calore dal corpo più caldo al corpo più freddo, ma coinvolge anche il passaggio degli atomi e delle molecole del liquido dalla forma liquida a quella cristallina. L’effetto può quindi essere legato anche ad aspetti molto più complessi, come ad esempio i legami idrogeno che si formano all’interno dell’acqua a causa della sua natura polare. È possibile che il riscaldamento dell’acqua influenzi la presenza e la forza di questi legami, riducendo l’energia necessaria per congelarla.
Conviene riprodurre l’effetto a casa?
Ma quindi: è conveniente preparare i nostri cubetti di ghiaccio con l’acqua calda? Non proprio.
Se è vero che l’acqua calda congela più velocemente, è anche vero che l’incremento della temperatura comporta un sovraccarico del freezer, il cui sistema di refrigerazione dovrà sprecare maggiore energia per rimuovere il calore in eccesso, anche rischiando di danneggiare l’elettrodomestico in modo irreparabile. Ma non solo: l’acqua calda potrebbe aumentare l’umidità presente nel vano, favorendo la formazione di brina, anche nei cosiddetti modelli no frost.
a cura di Giada Cacciapaglia