Supercalentamiento y estado metaestable del agua
(Leído en el blog "curioso pero inútil" hace un montón de años)
Alguien había visto este mensaje en un foro y se lo había mandado a los del blog, para que dijeran qué pensaban:
"Hace 5 días mi hijo de 26 años decidió tomarse una
taza de café instantáneo. Puso a calentar en el horno de Microondas
algo que había hecho antes en varias ocasiones una taza con agua sola.
No se exactamente por cuanto tiempo lo programo, pero me dijo que quería que el agua hirviera. Cuando el tiempo se acabo, el horno se
apago y mi hijo procedió a sacar la taza de microondas.
Mientras miraba la taza se dio cuenta que el agua no estaba hirviendo
EN ESE MOMENTO, EL AGUA BROTO DIRECTAMENTE A SU ROSTRO !!! Lógicamente,
el soltó el recipiente, pero YA ERA DEMASIADO TARDE. La energia
acumulada le OCASIONO QUEMADURAS DE PRIMERO Y SEGUNDO GRADOS y es muy
probable que su CARA LE QUEDE MARCADA PARA TODA SU VIDA, ADEMAS DE
HABER PERDIDO LA VISTA PARCIAL DEL OJO IZQUIERDO .
Mientras estábamos en el hospital, el doctor que lo atendía comento que
este tipo de accidentes eran muy frecuentes y que nunca debe ponerse
agua sola a calentar en el microondas. Si se calienta agua de esa
forma, siempre se debe poner algo en el agua, (un palito de madera o
una bolsita de te), pero si se va calentar solamente agua, es mejor usar la cocina."
Y ésta fue la respuesta dada en el mismo foro, dada por un maestro de física:
"Gracias por
enviarme este mensaje advirtiéndome acerca del agua en el microondas.
He sabido de varios casos. Esto es causado por un fenómeno conocido
como "super calentamiento". Puede suceder en cualquier momento que el
agua se este calentado, especialmente si el utensilio que se esta
usando es nuevo.
Lo que sucede es que el agua se calienta mucho mas rápido de lo que las
burbujas se comiencen a formar. Si la taza es nueva, no tiene ningún raspón o ranura por donde las burbujas se puedan ir formando y pueda
empezar a burbujear el agua que ya esta hirviendo, de tal manera, que
el agua se va calentando sobrepasando el tiempo de hervir (como dice
hierve...y hierve...y hierve...). Lo que sucede entonces
es que el agua se atora, queda estancada y al contacto con el aire, el
agua brota con fuerza por la energía contenida. Es lo mismo que sucede
con todas las bebidas carbonatadas. Cuando se agita la botella estando
cerrada, al momento de abrirla el liquido brota por la energía
acumulada y contenida.
++
Se nos pregunta si es cierto lo que en este correo se cuenta, y a ello
nos ponemos:
Dictamen rápido: El correo dice la verdad. Pero usa algunos
símiles y expresiones que son claramente incorrectos. Maticemos...
1.- Sobre hervores y otras hierbas
El agua, cuando la calentamos en una olla, se calienta más por abajo
que por arriba, ya que la fuente de calor está debajo de la olla. El
agua caliente tiende a ascender, y el agua fría desciende para ocupar
el hueco que aquélla deja. Cuando calentamos agua en una olla se forman
corrientes que ascienden por el centro de la olla y descienden por los
lados. A esto se le llama convección, y es la convección, entre otros
factores, la que ayuda a que el agua empiece a hervir. ¿Se han fijado
nuestros lectores en que cuando ponen agua a hervir en un cazo se
forman unas burbujitas como de aire en el fondo del mismo? Pues las
burbujitas no son de aire. son de vapor de agua ya evaporada. Lo que
ocurre es que la condición para que
un líquido rompa a hervir es que su presión de vapor se iguale a la
presión atmosférica. La presión de vapor de un líquido es la que
mediríamos si hiciéramos un vacío en un recipiente cerrado con ese
líquido y esperáramos hasta que no pudiera evaporarse más. Es constante
para cada líquido (si fijamos la temperatura). Por eso el agua hierve a
menor temperatura cuanto menor sea la presión atmosférica en el sitio
donde estamos. El agua en la cima del Everest no llega a los 90ºC y ya
está hirviendo. Sin irnos tan lejos, en Madrid el agua no llega a los
100ºC al hervir, porque estamos a 600 metros sobre el nivel del mar,
con lo que la presión atmosférica es menor (levemente) que una
atmósfera y el líquido empieza a hervir antes. Con este dato podemos
fabricar un titular: "En los días de tormenta tardas más en hacerte un
huevo pasado por agua", ya que una tormenta suele venir acompañada de
bajas presiones, que harán que el agua hierva a menor temperatura,
tardando más en hacer el huevo. El efecto, aunque medible, es muy
pequeño. También podemos explicar con este dato el funcionamiento de
una olla a presión. En el interior de la olla pueden alcanzarse
presiones de tres atmósferas, por lo que el agua hierve a 130 ºC o así.
Y claro, la comida tarda menos en cocinarse. He ahí el fundamento de la
olla a presión.
2.- Hervores en el microondas.
En un microondas la fuente de calor no está debajo del vaso o
recipiente. Está por todos lados. Por ello es más difícil conseguir
corrientes de convección en el interior del vaso. A esto hay que añadir
que la transferencia de calor de un microondas es mucho más rápida que
la de un fuego normal (metemos más energía al agua en mucho menos
tiempo). Por último, al venir la energía de todos los lados, es más
difícil que se formen las burbujas de vapor que serán semillas cuando
el agua rompa a hervir (cuando esas burbujas se desprenden del fondo
"abren camino" para que se formen más burbujas y comience el hervor).
Por ello, el uso de un microondas hace mucho más fácil que alcancemos
un estado metaestable para el
agua. Un estado metaestable es aquél en el que teóricamente el agua
debería haber cambiado de estado pero aún no lo ha hecho. El agua
líquida a 101 ºC está en estado metaestable (igual que el agua líquida
a -0'5 ºC, pero eso es otra historia).
3.- Estados metaestables.
Y ahora ya vamos llegando a donde queremos. Cuando tenemos un líquido
en estado metaestable, variaciones muy pequeñas en las condiciones
pueden hacer que, de golpe, el líquido cambie de estado. Al añadir algo
soluble (por ejemplo, sopa de sobre) al agua a 101 ºC podemos permitir
que se formen las burbujas de vapor sobre los gránulos de sopa de sobre
que estamos echando al agua y provocar el hervor del agua. Y claro, es
un hervor no paulatino, el agua rompe a hervir no desde el fondo del
recipiente sino desde cualquier lugar donde haya un gránulo de sopa. Al
hervir tan de golpe tanta agua, es muy probable que se salga del vaso.
Oí hablar de este efecto de "calentarse hasta 100ºC sin hervir" del
agua en primero de carrera. Como buen protofísico, aquella tarde me fui
a casa y comencé a usar el microondas con fines científicos. Y sí,
conseguí esta explosión. Calentando en un vaso y echando sopa de sobre
-con mucho cuidado y desde lejos- conseguí derramar el agua (más de la
mitad del vaso se salía). Es como un borboteo. Es peligroso porque si
estamos sujetando el vaso nos escaldaremos la mano, pero nunca conseguí
que saltara el agua a más de cinco o seis centímetros de altura. Por
tanto, lo de que el agua saltó al rostro del infortunado joven lo
atribuyo a una licencia poética del autor de la cadena original.
Ahora veamos qué incorrecciones contiene el correo:
1.- "El agua se atora y queda estancada". ¿?¿?¿? No. El agua está
estupendamente libre. Son las burbujas de vapor las que no encuentran
sitio donde fijarse para crecer.
2.- "el agua brota con fuerza por la energía contenida". No.
Simplemente rompe a hervir y no sólo desde el fondo, por lo que suele
salirse del recipiente.
3.- "Es lo mismo que sucede con todas las bebidas carbonatadas". Falso
de toda falsedad. En las bebidas
carbonatadas se libera el gas que hay disuelto en ellas. En el agua
del microondas es la propia agua la que pasa a estado gaseoso. Nada que
ver.
Nota:
Se puede leer sobre el efecto contrario, el superenfriamento, aquí:
http://f0rked.com/articles/supercooling
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