Agua superenfriada

¿Nunca habéis dejado una botella de agua en el congelador y, pese a estar horas enfríándose, al sacarla seguía en estado líquido? ¿Y, una vez depositada sobre la mesa, se os ha congelado de golpe? ¿No? ¿En serio…? Eh… Bueno, a mí en realidad tampoco, pero se ve que ocurre a menudo y podéis ver el fenómeno en este vídeo.

Para los que leéis desde el móvil, el enlace: http://www.youtube.com/watch?v=lISK1YFcZBM

Esto tiene que estar trucado, no puede ser, bla, bla, bla…

¡Vaya si puede ser! Para explicarlo, os vamos a dejar primero patidifusos con la siguiente afirmación:

La temperatura es el resultado directo de la velocidad a la que vibran las moléculas. La vibración produce colisiones y fricción entre ellas, lo que genera calor.

Cuando se alcanza la temperatura de congelación de un líquido, significa que las moléculas que lo componen vibran suficientemente despacio como para dejar de golpearse unas con otras y empezar a acoplarse entre ellas. Para que el líquido se empiece a solidificar, necesitaremos que unas cuantas moléculas se unan, formando un cristal que irá creciendo a medida que se adhieran las moléculas vecinas al tomar contacto con él. Este proceso se llama nucleación. Más detalladamente:

En la fase (1), acabamos de meter el agua en el congelador. Las moléculas (puntos azules) campan más o menos a sus anchas, rebotando unas contra otras y ralentizándose mientras el entorno las enfría, hasta alcanzar los 0ºC.

Cuando la masa de agua llega al punto de congelación (2), ocurre algo curioso: al no vibrar tanto, algunas moléculas empiezan entrelazarse, formando diminutos cristales sólidos o núcleos. Los núcleos son muy inestables y, cuando empiezan a desarrollarse, son tan pequeños que una colisión un poco fuerte con una molécula vecina puede los desintegrar.

Normalmente, unos pocos núcleos logran alcanzar el tamaño suficiente como para no poder ser desmontados por la colisión con alguna otra molécula (3) y a medida que las moléculas vecinas entran en contacto con él, van uniéndose a la red cristalina, que crecerá hasta que formen parte de ella toda el agua que contiene el recipiente, formando un gran cristal de hielo.

Los núcleos son difíciles de generar, ya que no son estables hasta que alcanzan un tamaño determinado, y suelen aparecer en pequeñas grietas de las paredes del recipiente, alrededor de impurezas o en la superficie del agua, donde las imperfecciones de estas zonas les proporcionan una mejor superficie donde “agarrarse”.

Y ahora volvemos al caso que nos ocupa.

Aunque no es frecuente, si se dan las condiciones adecuadas (un agua muy pura, en una botella muy bien hecha y un poco de movimiento que mantenga las moléculas colisionando entre sí) puede que no llegue a formarse un núcleo lo suficientemente grande como para iniciar la congelación. Si entonces sacamos el agua del congelador y le damos un golpe, ocurre lo siguiente:

Otro vídeo para descansar de tanta letra.

En el estado en el que se encuentra la botella antes de que provoquemos manualmente el cambio de fase, hablamos de agua superenfriada: sigue en estado líquido, pero no debería ser así porque su temperatura está por debajo del punto de congelación.

¡Pero dime ya qué está pasando!

Si nos fijamos en las demostraciones, todas ellas tienen algo en común: el agua se congela rapidísimo en el momento en que recibe un estímulo externo.

Como había dicho, a los núcleos les encantan las impurezas, las imperfecciones en cualquier superficie y las irregularidades en el líquido. Allá donde hay una de estas cosas, las moléculas tendrán más facilidad para ensamblarse y formar cristales.

Dando un golpe contra la base de la botella, el agua se mueve hacia arriba (1). El desorden del líquido chocando contra las paredes de la botella genera irregularidades (2) que son más propensas a desarrollar núcleos grandes. Los núcleos crecen en estas irregularidades y cuando el agua vuelve a caer, sirven como punto de partida para que el resto de moléculas (que están a 0ºC y tienen unas ganas locas de formar hielo) se unan al cristal rápidamente (3).

Para terminar, el mismo experimento, con un poco más de glamour.

En este caso, el cubito de hielo actúa como un núcleo gigantesco al que, al tocar el agua supercongelada, las moléculas se adhieren automáticamente y a gran velocidad. No tiene más secreto.

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