Come ottenere il ghiaccio dall'acqua bollente

È un'azione istintiva. Quando si devono fare dei cubetti di ghiaccio si usa l'acqua fredda perché si ritiene che, diversamente, si impiegherebbe troppo tempo. Nulla di più sbagliato. L'acqua, infatti, si raffredda rapidamente se esposta al calore. Questo fenomeno fisico, noto come "effetto Mpemba", stabilisce che, esposta alla stessa temperatura esterna, una medesima quantità di acqua calda solidifica prima di quella fredda. Il primo a descrivere questo effetto fu Aristotele nel IV secolo a.C. e precisamente nella sua "Metereologica". Il filosofo greco, osservando gli abitanti del Ponto mentre pescavano nei laghi ghiacciati, notò che essi versavano acqua tiepida intorno alle canne per formare del ghiaccio da utilizzare come piombo. Da qui l'intuizione: riscaldando il liquido si contribuisce al suo congelamento.

Tra gli scienziati moderni Francesco Bacone notò che: "L'acqua leggermente tiepida congela prima di quella fredda". Fu tuttavia nel 1963 che Erasto Mpemba, uno studente di terza media della città di Magamba in Tanzania, scoprì il fenomeno a scuola durante la preparazione del gelato. Rimasto indietro rispetto ai compagni, mise gli ingredienti nel congelatore quando questi erano ancora caldi. Trascorsa un'ora e mezza circa la sua preparazione era già congelata, contrariamente a quelle degli amici che avevano fatto raffreddare gli ingredienti. Nel 1969 il preside della scuola superiore di Iringa invitò il professore Denis Osborne dell'Università di Dar er Salaam a tenere una lezione di fisica. Al termine della stessa Mpemba gli pose una domanda: "Se si prendono due contenitori simili con volumi uguali di acqua, uno a 35 gradi e l'altro a 100 gradi e li si mettono in un congelatore, quello che era a 100 gradi si congela per primo, perché?". Il docente replicò l'esperimento a casa e si accorse che l'osservazione del ragazzo era giusta. Insieme pubblicarono i risultati della scoperta nel 1969.

Per spiegare il fenomeno sono state proposte numerose teorie. In particolare si è focalizzata l'attenzione sul fatto che il bicchiere caldo scioglie il leggero strato di ghiaccio che normalmente ricopre i ripiani del congelatore e pone a contatto diretto il bicchiere con il metallo freddo. Invece il bicchiere con l'acqua a temperatura ambiente resta poggiato su uno strato di brina che conduce il calore peggio del metallo ed è, seppur minimamente, isolato dal ripiano del congelatore. Di conseguenza si ha una minore dispersione di calore per conduzione. Inoltre nel liquido più caldo si verifica un moto di convezione che migliora lo scambio di calore con l'esterno. La convezione all'interno della massa d'acqua, poi, evita la formazione di uno strato superiore più freddo e isolante.

L'effetto Mpemba è stato confermato da uno studio sul raffreddamento esponenziale dei colloidi condotto da un gruppo di scienziati dell'Università della British Columbia (Canada) e pubblicato su Nature. Dalla ricerca è emerso che l'acqua diventa più densa man mano che si raffredda (giunge a un massimo intorno ai 4 gradi), per poi tornare meno densa nel momento in cui si congela. Inoltre quando da calda viene raffreddata all'improvviso, non rimane in equilibrio termico, bensì ha parti che si trovano a diverse temperature.

Proprio in questa situazione la transizione di fase, ovvero il passaggio da uno stato all'altro, avviene in maniera più facile. Ecco, dunque, poiché il congelamento è repentino. Secondo i ricercatori tale fenomeno potrebbe accadere anche con altri liquidi ed essere, quindi, molto diffuso in natura.