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viernes, 19 de septiembre de 2014

Sabemos por qué el agua caliente se congela más rápido que la fría

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El agua caliente parece congelarse más rápido que el agua fría, lo que se conoce como el efecto Mpemba. Dicho efecto fue nombrado en honor al estudiante de Tanzania quien, en 1963, se dio cuenta de que una mezcla de helado caliente se congelaba más rápido que una fría. El efecto fue observado en un principio por Aristóteles en el siglo cuarto A.C, y luego por Francis Bacon y René Descartes. Mpemba publicó un estudiocon sus descubrimientos en 1969.

Dentro de las teorías que pudiesen explicar el efecto Mpemba se han encontrado: que la evaporación del agua caliente es más rápida, por lo que se reduce el volumen de agua para congelar; que se produce la formación de una capa de hielo en agua caliente, aislándola; y la presencia de distintas concentraciones de solutos tales como dióxido de carbono, el cual es eliminado cuando el agua se calienta. Desafortunadamente, el efecto no siempre está presente – el agua fría a menudo sí se congela más rápido que el agua caliente, como uno esperaría. Pero el efecto Mpemba ocurre regularmente, y nadie había sido capaz de dar una respuesta definitiva al por qué.
Hoy, un equipo de físicos de la Universidad Tecnológica Nanyang en Singapur, dirigido por Zi Zhang, ha descubierto evidencia de que son los lazos químicos que mantienen unida al agua las que crean el efecto. Lo que ocurre es que cada molécula de agua está compuesta por un átomo de oxígeno unido por covalencia a dos moléculas de hidrogeno. Estos lazos son ya bien comprendidos e implican que los átomos compartan electrones. Las moléculas de agua separadas también se encuentran unidas por fuerzas más débiles, las cuales son generadas por lazos de hidrógeno. Estas fuerzas se hacen presentes cuando un átomo de hidrógeno de una molécula de agua se encuentra próxima a un átomo de oxígeno de otra molécula de agua.
El equipo sugiere hoy que son estos lazos la razón del efecto Mpemba. Lo que proponen es que cuando las moléculas de agua se ponen en estrecho contacto, se produce una repulsión natural entre las moléculas la cual causa que los lazos covalentes se estiren y guarden energía. Cuando los líquidos se calientan, los lazos de hidrógeno se estiran a medida que el agua se vuelve menos densa y las moléculas se alejan entre sí.
Este estiramiento en los lazos de hidrógeno permite que los lazos covalentes se relajen y se encojan de algún modo, lo que provoca que cedan su energía. Este proceso por el cual los lazos covalentes ceden su energía es esencialmente el mismo que el de enfriamiento, por lo que, en teoría, el agua caliente debería congelarse más rápido que la fría. Los cálculos del equipo sugieren que la magnitud de la relajación del lazo covalente explica las diferencias experimentales en el tiempo en que le toma al agua caliente y fría congelarse.


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