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Cuando calentamos agua en un cazo al fuego, por ejemplo, existen puntos del recipiente a más de 100ºC. El agua que está en contacto con esos puntos hierve, forma una pequeña burbuja y sube. En el paso de agua líquida a burbuja se absorve energía, manteniendo el resto del agua a 100ºC. La ebullición normal va entonces acompañada de una continua producción de burbujas.
En el microondas, las moléculas de agua ganan energía del mismo modo que cuando columpiamos a alguien, con pequeños empujones. El agua se va calentando pero no hay puntos calientes que provoquen las burbujas.
Al sacar el agua sobrecalentada del microondas, si le añadimos azucar, café en polvo, etc, actúan de "disparadores": se producen al mismo tiempo un gran número de burbujas que, al expandirse, asemejan una pequeña explosión. Es una situación peligrosa ya que se pueden producir quemaduras graves.
¿Y porqué el agua calentada en el microondas recibe la energía a "empujones"? Debe recordarse que los fotones de microondas tienen muy poca energía; menos que la luz visible, por ejemplo.
Se debe a que los enlaces químicos (O - H en el caso del agua) se comportan como un "muelle cuántico" es decir, como un muelle en el que solamente existen ciertos estados permitidos.

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"El papel del microondas aquí es el de calentar el agua molécula a molécula. El enlace químico entre el hidrógeno y el oxígeno de la molécula de agua --en realidad, los dos enlaces H-O-- se puede ver como un muelle con dos pesos a sus extremos que tiene una frecuencia característica (propia) y que vibra cada vez con mayos amplitud, con mayor energía, a medida que se le proporciona energía. Pero se trata de un muelle cuántico, que sólo absorbe ondas electromagnéticas que tengan la misma frecuencia que la frecuencia de oscilación propia del enlace. En el caso del agua, esta frecuencia propia es la de las microondas. Así, el aparato de microondas produce ondas electromagnéticas en la región de las microondas, o infrarrojos, en una región no visible del espectro electromagnético, y cada molécula de agua se va excitando y vibrando con cada vez mayor amplitud. Este fenómeno se conoce como resonancia, pues el muelle sólo vibra con ondas de su frecuencia propia."
Para leer el artículo completo pincha aquí.


Tabla comparativa de los modos de vibración y rotación de las moléculas de H2O (angular) y CO2 (lineal):
Pinchando aquí puedes ver una simulación de un conjunto de moléculas de agua vibrando.
La frecuencia de las microondas producidas por un horno es de 2,5 GHz. Es decir que el campo eléctrico cambia de sentido 2,5 millones de veces por segundo, produciéndose una onda estacionaria.

Las moléculas de agua intentan alinearse con el campo eléctrico (el oxígeno hacia el lado positivo y el hidrógeno hacia el negativo).

Y, al cambiar éste de sentido, rotan para volver a alinearse.