El superenfriamiento

A pesar de que el término más correcto es sobrefusión, lo cierto es que es el término más común y por el que más gente conoce este fenómeno es superenfriamiento. Consiste básicamente es enfriar un líquido por debajo de su temperatura de fusión sin que éste llegue a solidificarse. Quizá esto os choque un poco a primera vista, pero para que os vayáis haciendo a la idea de este fenómeno os dejo el siguiente vídeo grabado por nuestro compañero Héctor del Museo de la Ciencia tras haber dejado una cerveza durante tres horas es el congelador.

Curioso, ¿verdad? Pues lo cierto es que la explicación física no es excesivamente difícil, al menos de forma intuitiva. En esta entrada vamos a tratar de comprender por qué sucede algo así.

Antes de empezar debemos de tener presente un concepto importante que es responsable, en gran medida, del proceso: la nucleación. La nucleación consiste en pequeñas zonas del sólido, el líquido o el gas que se esté tratando, donde se tiene una fase termodinámica diferente. En otras palabras. Si tenemos un líquido, la nucleación puede consistir en pequeñas burbujas de aire que están en otra fase termodinámica: en estado gaseoso. También se puede dar en sólidos o en gases. Por ejemplo, las burbujas de aire o de agua que se quedan atrapadas en el hielo; o las gotas de agua en el vapor, fenómeno que se da en la atmósfera y se conoce como núcleos de condensación en las nubes.

Ahora bien, ¿qué tiene que ver la nucleación con el fenómeno del superenfriamiento? La respuesta es que la nucleación interviene directamente en las posibilidades de producirse superenfriamiento. Los cambios de fase tienen lugar siempre a partir de las zonas donde hay nucleación, ya que son las zonas en las que el estado termodinámico es diferente al del resto de la muestra. Si eliminamos la nucleación el cambio de fase puede retrasarse y podemos hacer que el agua se enfríe muy por debajo de los 0ºC o que se caliente muy por encima. Un dato sorprendente que nos da la Wikipedia es que se ha llegado a conseguir agua sobreenfriada a ¡¡¡-42ºC!!! E incluso a -123ºC en caso de tener agua vítrea. Realmente impresionante, ¿no os parece?

Bien, pues ya sabemos que cuando no tenemos zonas donde hay nucleación podemos retrasar el cambio de fase, pero por qué en la cerveza de Héctor no hay suficientes zonas de nucleación como para evitar el superenfriamiento. La forma de eliminar la nucleación en el caso de los líquidos es introducirlos en un recipiente lo más liso y perfecto posible, es decir que no tenga pequeños rayones o imperfecciones donde puedan quedar atrapados burbujas que favorezcan la nucleación.

Y la última cuestión que nos falta por responder es saber por qué al darle un golpe a la cerveza ésta se cogela de golpe. La respuesta es sencilla. Cuando hacemos que la cerveza sobrepase su temperatura de fusión hacemos que entre en un estado metaestable, lo cual quiere decir que está en un estado que puede parecer estable (líquido superenfriado), pero que a la más mínima perturbación éste va a decaer a un estado completamente estable (sólido). La perturbación, como bien os estaréis imaginando, en este caso es el golpe. Así pues, ya tenemos la explicación del fenómeno.

Resulta sorprendente saber que este fenómeno se da de forma espontánea también en la naturaleza. Nuestra compañera Shora del blog MedTempus escribió hace un tiempo sobre la lluvia engelante que produce el superenfriamiento en el agua de lluvia lo que produce que ésta se convierta en hielo nada más que toca el suelo, los árboles o cualquier objeto con las terribles consecuencias que puede tener, tal y como podéis ver en la imágen superior o en los vídeos que publicó Shora.

Toda la explicación se puede aplicar al fenómeno de supercalentamiento del que ya hablamos hace tiempo. En este caso, en lugar de tener un líquido que se convierte a sólido de forma espontánea, tenemos un líquido que pasa a estado gaseoso al perturbarlo. Este fenómeno es más peligroso y no os animamos a tratar de hacerlo, pero sí os animamos a intentar lograr un superenfriamiento y ver la cara que ponen vuestros amigos. Esperamos vuestras experiencias con este fenómeno.

Saludos

NOTA: Esta entrada fue escrita originalmente como colaboración para el Museo de la Ciencia.