Científicos de China, descubren que el envejecimiento del vidrio revela un sorprendente efecto similar al de Mpemba
Beijing, China, Asia.- ¿Es posible que el agua caliente se congele más rápido que el agua fría? Conocido como el efecto Mpemba, este fenómeno contraintuitivo ha intrigado a los científicos durante más de 2300 años. Desde los primeros registros de Aristóteles hasta el descubrimiento de Mpemba en 1960 de que la leche caliente se congela más rápidamente, el efecto Mpemba ha sido objeto de controversia y su mecanismo subyacente aún no está claro.
En busca de un sistema más controlable, los investigadores recurrieron al vidrio, cuyo proceso de envejecimiento no implica interferencias de transición de fase. En un estudio publicado en Physical Review Letters el 19 de mayo, un equipo de investigación liderado por el profesor WANG Junqiang del Instituto de Tecnología e Ingeniería de Materiales de Ningbo (NIMTE) de la Academia China de Ciencias ha reportado un efecto similar al de Mpemba en el envejecimiento del vidrio.
Mediante nanocalorimetría de alta precisión y alta velocidad, los investigadores midieron la relajación de la entalpía en tres tipos de vidrio: metálico, polimérico y molecular. Descubrieron que, tras un pre-recocido a alta temperatura, los vidrios que inicialmente presentaban un estado de mayor energía envejecían más rápidamente que aquellos que partían de un estado de menor energía. Esto sugiere que el efecto tipo Mpemba es universal en vidrios con enlaces químicos muy diferentes.
Las teorías clásicas asumen que el envejecimiento del vidrio sigue un único proceso de relajación, en el que un vidrio en un estado de mayor energía tarda más en alcanzar el mismo estado de menor energía. El efecto tipo Mpemba descubierto en este trabajo cuestiona esta visión convencional.
Mediante el análisis de los picos de relajación del flujo de calor, los investigadores hallaron que el envejecimiento acelerado se origina en la reactivación de la relajación β con una barrera energética menor durante el recocido en dos etapas. Una mayor entalpía de relajación β conlleva una mayor velocidad de envejecimiento, lo que demuestra que la relajación β desempeña un papel fundamental en el equilibrio del vidrio.
Curiosamente, tanto el efecto tipo Mpemba como el conocido efecto de memoria de Kovacs en el vidrio implican un recocido en dos etapas, pero con secuencias de temperatura opuestas. Esto revela una propiedad «no conmutativa» de las temperaturas de recocido y pone de relieve las complejas interacciones entre los diferentes modos de relajación.
El estudio ofrece nuevas perspectivas para controlar la energía del vidrio y optimizar los procesos de tratamiento térmico y relajación.
Este trabajo fue financiado por la Fundación Nacional de Ciencias Naturales de China, el Programa Nacional Clave de I+D de China, el Proyecto de Jóvenes Talentos Líderes en Innovación Científica y Tecnológica de Ningbo y el Proyecto del Plan Principal de Investigación y Desarrollo de Ningbo.
