Perché l'acqua calda congela prima di quella fredda? Parliamo dell'effetto Mpemba

Ci sono moltissimi fenomeni fisici interessanti, e uno di questi è senza dubbio l’effetto Mpemba, ovvero il fenomeno per cui l’acqua calda congela prima di quella fredda.

A dare il nome al fenomeno uno studente della Tanzania, Erasto Mpemba, che nel 1963, quando ancora frequentava le scuole medie, notò come l’impasto per fare il gelato congelasse prima se era tiepido piuttosto che freddo. Tuttavia, già altri prima di lui avevano notato il particolare fatto.

Il primo a descriverlo fu infatti Aristotele, che osservando gli abitanti del Ponto quando andavano a pescare nei laghi ghiacciati, vide che questi versavano dell’acqua tiepida intorno alle canne per formare del ghiaccio, da utilizzare come piombo. In questo modo ebbe l’intuizione che, scaldando l’acqua, si contribuisca al suo congelamento rapido grazie all’antiperastasi.

In epoca più moderna, Francis Bacon in Novum Organum osservò che “Aqua parum tepida facilius conglacietur quam omnino frigida“, ovvero “l’acqua leggermente tiepida congela prima di quella fredda”, mentre Cartesio, ne Le meteore, riferendosi alla teoria del vortice, nel suo Discorso sul metodo scrisse che

Si può vedere per esperienza che l’acqua che è stata tenuta sul fuoco per molto tempo si congela più velocemente di altre, perché quelle delle sue particelle che sono meno in grado di smettere di piegarsi evaporano mentre l’acqua viene riscaldata.

Nel 1775 fu lo scienziato scozzese Joseph Black a studiare un particolare caso del fenomeno, confrontando l’acqua bollita in precedenza con l’acqua non bollita e notando che la prima si congelava in maniera più rapida durante l’evaporazione controllata.

Erasto Mpemba si iscrisse successivamente alla scuola superiore di Iringa e un giorno, nel 1969, venne invitato il professor Denis Osborne dell’università di Dar es Salaam a tenere una lezione di fisica, al termine della quale lo studente chiese: “Se si prendono due contenitori simili con volumi uguali di acqua, uno a 35 °C e l’altro a 100 °C, e li si mettono in un congelatore, quello che era a 100 °C si congela per primo, perché?”.

Osborne provò l’esperimento a casa notando che l’osservazione del ragazzo era corretta, e più tardi, sperimentando anche al lavoro, ha confermato la scoperta, pubblicando con Erasto Mpemba i risultati nel 1969.

Vi raccomandiamo...

Le misteriose cascate "di sangue" dell'Antartide ora hanno una spiegazione

Il mistero delle cascate "di sangue" dell'Antartide è stato risolto dagli esperti dopo 106 anni dalla loro scoperta, grazie a uno studio congiunto...

Parliamo di un fenomeno complesso, che è il risultato di diversi fattori, non tutti ancora chiari; di certo, può contribuire il fatto che, al contrario dell’acqua fredda, quella calda evapori e quindi, dopo un certo tempo, la quantità che deve congelare diminuisce; in più, l’acqua fredda contiene più gas disciolti, e la presenza di queste sostanze fa abbassare la temperatura alla quale inizia il congelamento, rallentando quindi il processo.

Da ultimo, un liquido caldo presenta movimenti di convezione – dall’alto verso il basso e viceversa – maggiori, e questo impedisce che, all’inizio del congelamento, si formi sulla superficie uno strato sottile di ghiaccio che invece nell’acqua fredda ha l’effetto di isolare termicamente la parte ancora liquida, rallentando quindi ulteriormente il congelamento.

Ci sono poi effetti secondari, come il precipitare di soluti, che rende l’effetto quando si usano soluzioni e non acqua.