Která voda mrzne rychleji: horká nebo studená? Na čem to závisí. Proč horká voda mrzne rychleji než studená?
V tomto článku se podíváme na to, proč horká voda zamrzá rychleji než studená.
Ohřátá voda zamrzne mnohem rychleji než studená! Tato úžasná vlastnost vody, jejíž přesné vysvětlení vědci stále nemohou najít, je známá již od starověku. Například i u Aristotela je popis zimního rybolovu: rybáři vkládali rybářské pruty do děr v ledu, a aby rychleji zamrzly, lili na led teplou vodu. Název tohoto fenoménu byl pojmenován po Erastovi Mpembovi v 60. letech 20. století. Mnemba si všiml zvláštního efektu při výrobě zmrzliny a obrátil se na svého učitele fyziky, doktora Denise Osborna, aby mu vysvětlil. Mpemba a Dr. Osborne experimentovali s vodou o různých teplotách a došli k závěru, že téměř vroucí voda začíná mrznout mnohem rychleji než voda při pokojové teplotě. Jiní vědci provedli své vlastní experimenty a pokaždé dosáhli podobných výsledků.
Vysvětlení fyzikálního jevu
Neexistuje žádné obecně přijímané vysvětlení, proč se to děje. Mnoho výzkumníků naznačuje, že je to všechno o podchlazení kapaliny, ke kterému dochází, když její teplota klesne pod bod mrazu. Jinými slovy, pokud voda zamrzne při teplotě pod 0 °C, pak může mít podchlazená voda teplotu například -2 °C a stále zůstane kapalná, aniž by se změnila v led. Když se pokusíme zmrazit studenou vodu, existuje možnost, že se nejprve podchladí a po nějaké době ztvrdne. V ohřáté vodě probíhají další procesy. Jeho rychlejší přeměna v led je spojena s konvekcí.
Proudění- Jedná se o fyzikální jev, při kterém teplé spodní vrstvy kapaliny stoupají a horní, ochlazené, klesají.
Mnoho výzkumníků předložilo a předkládá své vlastní verze, proč horká voda mrzne rychleji než studená. Zdálo by se to paradoxní – vždyť aby horká voda zamrzla, musí se nejprve ochladit. Faktem však zůstává a vědci to vysvětlují různými způsoby.
Hlavní verze
V současné době existuje několik verzí, které tuto skutečnost vysvětlují:
- Jelikož je odpařování v horké vodě rychlejší, její objem se zmenšuje. Menší množství vody o stejné teplotě rychleji zamrzne.
- Mrazicí oddíl chladničky má sněhovou podložku. Nádoba s horkou vodou rozpouští sníh pod ní. To zlepšuje tepelný kontakt s mrazničkou.
- Zmrazování studené vody, na rozdíl od horké, začíná shora. V tomto případě se zhoršuje konvekce a tepelné záření a následně i tepelné ztráty.
- Ve studené vodě jsou centra krystalizace - látky v ní rozpuštěné. Při jejich malém obsahu ve vodě je námraza obtížná, i když zároveň je možná její podchlazení - když má při teplotách pod nulou kapalné skupenství.
I když spravedlivě lze říci, že tento efekt není vždy pozorován. Studená voda často mrzne rychleji než horká voda.
Při jaké teplotě voda mrzne
Proč voda vůbec zamrzá? Obsahuje určité množství minerálních nebo organických částic. Mohou to být například velmi jemné částice písku, prachu nebo jílu. Jak teplota vzduchu klesá, tyto částice se stávají středy, kolem kterých se tvoří ledové krystaly.
Roli krystalizačních zárodků mohou plnit i vzduchové bubliny a praskliny v nádobě obsahující vodu. Rychlost procesu přeměny vody na led je do značné míry ovlivněna počtem takových center – pokud jich je hodně, kapalina rychleji zamrzne. Za normálních podmínek, při normálním atmosférickém tlaku, přechází voda do pevného skupenství z kapaliny při teplotě 0 stupňů.
Podstata Mpemba efektu
Mpembův efekt je chápán jako paradox, jehož podstatou je, že za určitých okolností horká voda zamrzne rychleji než studená. Tohoto jevu si všimli Aristoteles a Descartes. Až v roce 1963 však Erasto Mpemba, školák z Tanzanie, zjistil, že horká zmrzlina zmrzne za kratší dobu než zmrzlina studená. Takový závěr učinil při plnění úkolu vaření.
Ve svařeném mléce musel rozpustit cukr a po vychladnutí dát do lednice zamrazit. Mpemba se zjevně nelišil zvláštní pílí a první část úkolu začal plnit pozdě. Proto nečekal, až mléko vychladne, a dal ho horké do lednice. Velmi ho překvapilo, když mrzlo ještě rychleji než u jeho spolužáků, kteří práci dělali v souladu s danou technologií.
Tato skutečnost mladého muže velmi zaujala a začal experimentovat s obyčejnou vodou. V roce 1969 zveřejnil časopis Physics Education výsledky výzkumu Mpemby a profesora Dennise Osborna z University of Dar es Salaam. Efekt, který popsali, dostal jméno Mpemba. Ani dnes však neexistuje jasné vysvětlení tohoto jevu. Všichni vědci se shodují, že hlavní roli v tom mají rozdíly ve vlastnostech chlazené a horké vody, ale co přesně, není známo.
Singapurská verze
Fyziky z jedné ze singapurských univerzit také zajímala otázka, která voda mrzne rychleji – horká nebo studená? Tým výzkumníků vedený Xi Zhangem vysvětlil tento paradox právě vlastnostmi vody. Každý ještě ze školy zná složení vody – atom kyslíku a dva atomy vodíku. Kyslík do určité míry čerpá elektrony z vodíku, takže molekula je určitým druhem „magnetu“.
V důsledku toho se určité molekuly ve vodě k sobě mírně přitahují a jsou spojeny vodíkovou můstkem. Jeho síla je mnohonásobně nižší než u kovalentní vazby. Singapurští vědci věří, že vysvětlení Mpembova paradoxu spočívá právě ve vodíkových můstcích. Pokud jsou molekuly vody umístěny velmi těsně u sebe, pak taková silná interakce mezi molekulami může deformovat kovalentní vazbu uprostřed samotné molekuly.
Ale když se voda zahřívá, vázané molekuly se od sebe mírně vzdalují. V důsledku toho dochází k relaxaci kovalentních vazeb uprostřed molekul s návratem přebytečné energie a přechodem na nejnižší energetickou hladinu. To vede k tomu, že horká voda začne rychle chladnout. Alespoň to ukazují teoretické výpočty provedené singapurskými vědci.
Okamžité zmrazení vody – 5 neuvěřitelných triků: Video
Mpemba efekt aneb proč horká voda mrzne rychleji než studená? Mpembův efekt (Mpembův paradox) je paradox, který říká, že horká voda za určitých podmínek mrzne rychleji než studená voda, i když v procesu zmrazování musí projít teplotou studené vody. Tento paradox je experimentálním faktem, který odporuje obvyklým představám, podle nichž za stejných podmínek potřebuje teplejší těleso k ochlazení na určitou teplotu více času než těleso chladnější na ochlazení na stejnou teplotu. Tohoto jevu si v té době všimli Aristoteles, Francis Bacon a Rene Descartes, ale teprve v roce 1963 tanzanský školák Erasto Mpemba zjistil, že horká zmrzlinová směs mrzne rychleji než studená. Erasto Mpemba byl studentem střední školy Magambin v Tanzanii, kde dělal praktické kuchařské práce. Musel vyrobit domácí zmrzlinu – uvařit mléko, rozpustit v něm cukr, zchladit na pokojovou teplotu a pak dát zmrazit do lednice. Mpemba zjevně nebyl nijak zvlášť pilný student a s první částí zadání otálel. Z obavy, že nestihne do konce lekce, dal ještě horké mléko do lednice. K jeho překvapení zmrzlo ještě dříve než mléko jeho soudruhů, připravené podle dané technologie. Poté Mpemba experimentoval nejen s mlékem, ale i s čistou vodou. V každém případě se již jako student střední školy Mkvava zeptal profesora Dennise Osbornea z University College v Dar es Salaamu (pozván ředitelem školy, aby přednesl studentům přednášku o fyzice) o vodě: „Pokud vezmete dvě identické nádoby se stejnými objemy vody, takže v jedné z nich má voda teplotu 35 ° C a ve druhé - 100 ° C a vložte je do mrazničky, ve druhé voda zmrzne rychleji. Proč? Osborne se o tuto problematiku začal zajímat a brzy v roce 1969 spolu s Mpembou publikovali výsledky svých experimentů v časopise „Physics Education“. Od té doby se efekt, který objevili, nazývá Mpembův efekt. Až dosud nikdo přesně neví, jak tento podivný efekt vysvětlit. Vědci nemají jedinou verzi, i když existuje mnoho. Je to všechno o rozdílech ve vlastnostech horké a studené vody, ale zatím není jasné, které vlastnosti hrají v tomto případě roli: rozdíl v podchlazení, odpařování, tvorbě ledu, konvekci nebo vlivu zkapalněných plynů na vodu při různé teploty. Paradoxem Mpemba efektu je, že doba, za kterou se těleso ochladí na okolní teplotu, musí být úměrné teplotnímu rozdílu mezi tímto tělesem a prostředím. Tento zákon založil Newton a od té doby byl mnohokrát potvrzen v praxi. Ve stejném efektu se voda o teplotě 100 °C ochladí na 0 °C rychleji než stejné množství vody o teplotě 35 °C. To však ještě neznamená paradox, protože Mpembův efekt lze vysvětlit i v rámci známé fyziky. Zde je několik vysvětlení Mpemba efektu: Odpařování Horká voda se z nádoby rychleji odpařuje, čímž se zmenšuje její objem, a menší objem vody při stejné teplotě rychleji zmrzne. Voda ohřátá na 100 C ztrácí 16 % své hmoty při ochlazení na 0 C. Efekt odpařování je dvojí účinek. Nejprve se sníží množství vody potřebné pro chlazení. A za druhé, teplota klesá díky tomu, že se snižuje výparné teplo přechodu z vodní fáze do plynné fáze. Teplotní rozdíl Vzhledem k tomu, že teplotní rozdíl mezi horkou vodou a studeným vzduchem je větší - výměna tepla je v tomto případě intenzivnější a horká voda rychleji chladne. Podchlazení Při ochlazení vody pod 0 C ne vždy zamrzne. Za určitých podmínek může podstoupit přechlazení a přitom zůstat kapalný při teplotách pod bodem mrazu. V některých případech může voda zůstat kapalná i při teplotě -20 C. Důvodem tohoto efektu je, že k tomu, aby se začaly tvořit první ledové krystalky, jsou potřeba centra tvorby krystalů. Pokud nejsou v kapalné vodě, bude podchlazení pokračovat, dokud teplota neklesne natolik, že se začnou spontánně tvořit krystaly. Když se začnou tvořit v přechlazené kapalině, začnou rychleji růst a vytvoří ledovou kaši, která zmrzne a vytvoří led. Horká voda je nejnáchylnější k podchlazení, protože jejím ohřevem se eliminují rozpuštěné plyny a bublinky, které zase mohou sloužit jako centra pro tvorbu ledových krystalků. Proč podchlazení způsobuje rychlejší zamrzání horké vody? V případě studené vody, která není podchlazená, nastává následující. V tomto případě se na povrchu nádoby vytvoří tenká vrstva ledu. Tato vrstva ledu bude fungovat jako izolant mezi vodou a studeným vzduchem a zabrání dalšímu odpařování. Rychlost tvorby ledových krystalů bude v tomto případě menší. V případě horké vody procházející podchlazováním nemá podchlazená voda ochrannou povrchovou vrstvu ledu. Otevřeným vrškem proto ztrácí teplo mnohem rychleji. Když proces přechlazení skončí a voda zamrzne, ztrácí se mnohem více tepla, a proto se tvoří více ledu. Mnoho badatelů tohoto efektu považuje hypotermii za hlavní faktor v případě Mpemba efektu. Konvekce Studená voda začíná zamrzat shora, čímž se zhoršují procesy sálání a proudění tepla a tím i ztráty tepla, zatímco horká voda začíná zamrzat zdola. Tento efekt se vysvětluje anomálií v hustotě vody. Voda má maximální hustotu při 4 C. Pokud vodu zchladíte na 4 C a dáte ji na nižší teplotu, povrchová vrstva vody rychleji zamrzne. Protože je tato voda méně hustá než voda při 4°C, zůstane na povrchu a vytvoří tenkou studenou vrstvu. Za těchto podmínek se na povrchu vody na krátkou dobu vytvoří tenká vrstva ledu, ale tato vrstva ledu bude sloužit jako izolant chránící spodní vrstvy vody, které zůstanou při teplotě 4 C. Proto , další chlazení bude pomalejší. V případě teplé vody je situace úplně jiná. Povrchová vrstva vody se rychleji ochladí díky odpařování a většímu rozdílu teplot. Vrstvy studené vody jsou také hustší než vrstvy horké vody, takže vrstva studené vody klesne dolů a zvedne vrstvu teplé vody na povrch. Tato cirkulace vody zajišťuje rychlý pokles teploty. Proč ale tento proces nedosáhne bodu rovnováhy? Pro vysvětlení Mpemba efektu z tohoto pohledu konvekce by se předpokládalo, že studená a horká vrstva vody jsou odděleny a samotný proces konvekce pokračuje poté, co průměrná teplota vody klesne pod 4 C. Nejsou však k dispozici žádné experimentální údaje. to by potvrdilo tuto hypotézu, že vrstvy studené a horké vody jsou odděleny konvekcí. Plyny rozpuštěné ve vodě Voda vždy obsahuje rozpuštěné plyny - kyslík a oxid uhličitý. Tyto plyny mají schopnost snižovat bod tuhnutí vody. Při zahřívání vody se tyto plyny z vody uvolňují, protože jejich rozpustnost ve vodě při vysoké teplotě je nižší. Proto při ochlazování horké vody je v ní vždy méně rozpuštěných plynů než v neohřáté studené vodě. Proto je bod tuhnutí ohřáté vody vyšší a rychleji zamrzne. Tento faktor je někdy považován za hlavní při vysvětlování Mpembova efektu, ačkoli neexistují žádná experimentální data potvrzující tuto skutečnost. Tepelná vodivost Tento mechanismus může hrát významnou roli, když je voda umístěna v mrazničce v malých nádobách. Za těchto podmínek bylo pozorováno, že nádoba s horkou vodou rozpouští led v mrazničce pod ní, čímž se zlepšuje tepelný kontakt se stěnou mrazničky a tepelná vodivost. Díky tomu se teplo z nádoby na teplou vodu odvádí rychleji než ze studené. Nádoba se studenou vodou zase pod ní nerozpustí sníh. Všechny tyto (ale i jiné) podmínky byly studovány v mnoha experimentech, ale jednoznačná odpověď na otázku - které z nich poskytují 100% reprodukci Mpemba efektu - nebyla získána. Takže například v roce 1995 německý fyzik David Auerbach zkoumal vliv podchlazení vody na tento efekt. Zjistil, že horká voda, která dosáhne podchlazeného stavu, mrzne při vyšší teplotě než studená voda, a proto rychleji než studená voda. Studená voda však dosáhne podchlazeného stavu rychleji než horká voda, čímž kompenzuje předchozí zpoždění. Navíc Auerbachovy výsledky byly v rozporu s dřívějšími údaji, že horká voda je schopna dosáhnout většího podchlazení díky menšímu počtu krystalizačních center. Při zahřívání vody se z ní odstraňují plyny v ní rozpuštěné a při varu se vysráží některé soli v ní rozpuštěné. Zatím lze tvrdit jen jedno - reprodukce tohoto efektu v podstatě závisí na podmínkách, za kterých se experiment provádí. Právě proto, že se ne vždy reprodukuje. O. V. Mosin
Zdálo by se, že ve starém dobrém vzorci H2O nejsou žádná tajemství. Ale ve skutečnosti je voda – zdroj života a nejslavnější kapalina na světě – opředena mnoha záhadami, které někdy ani vědci nedokážou vyřešit.
Zde je 5 nejzajímavějších faktů o vodě:
1. Horká voda mrzne rychleji než studená voda
Vezměte dvě nádoby s vodou: do jedné nalijte horkou vodu a do druhé studenou a vložte je do mrazáku. Horká voda zamrzne rychleji než studená, i když logicky se měla studená voda nejprve proměnit v led: vždyť horká voda musí nejprve vychladnout na studenou teplotu a pak se proměnit v led, zatímco studená voda chladit nemusí. Proč se tohle děje?
V roce 1963 si Erasto B. Mpemba, student vyšší střední školy v Tanzanii, při zmrazování připravené zmrzlinové směsi všiml, že horká směs tuhne v mrazáku rychleji než studená. Když se mladík o svůj objev podělil s učitelem fyziky, jen se mu vysmál. Naštěstí byl student vytrvalý a přesvědčil učitele, aby provedl experiment, který potvrdil jeho objev: za určitých podmínek horká voda opravdu mrzne rychleji než studená.
Nyní se tento jev, kdy horká voda mrzne rychleji než studená voda, nazývá Mpembův efekt. Pravda, dávno před ním tuto jedinečnou vlastnost vody zaznamenali Aristoteles, Francis Bacon a René Descartes.
Vědci plně nechápou podstatu tohoto jevu, vysvětlují jej buď rozdílem v podchlazení, vypařování, tvorbě ledu, konvekci, nebo vlivem zkapalněných plynů na horkou a studenou vodu.
Poznámka od Х.RU k tématu "Horká voda mrzne rychleji než studená".
Protože nám, specialistům na chlazení, je problematika chlazení bližší, pojďme se trochu ponořit do podstaty tohoto problému a uvést dva názory na podstatu tak záhadného jevu.
1. Vědec z Washingtonské univerzity nabídl vysvětlení záhadného jevu známého již od dob Aristotela: proč horká voda mrzne rychleji než studená.
Jev, nazývaný Mpembův efekt, je v praxi hojně využíván. Odborníci například motoristům radí, aby do nádržky ostřikovačů v zimě nalévali raději studenou než horkou vodu. Co je ale základem tohoto fenoménu, zůstávalo dlouho neznámé.
Dr. Jonathan Katz z University of Washington zkoumal tento jev a dospěl k závěru, že důležitou roli v něm hrají látky rozpuštěné ve vodě, které se při zahřívání srážejí, uvádí EurekAlert.
Dr. Katz znamená soluty hydrogenuhličitany vápníku a hořčíku, které se nacházejí v tvrdé vodě. Při zahřátí vody se tyto látky vysrážejí a na stěnách konvice se tvoří vodní kámen. Voda, která nebyla nikdy ohřívána, tyto nečistoty obsahuje. Jak mrzne a tvoří se ledové krystaly, koncentrace nečistot ve vodě se zvyšuje 50krát. Tím se sníží bod tuhnutí vody. "A nyní se voda musí ochladit, aby zmrzla," vysvětluje Dr. Katz.
Existuje ještě druhý důvod, který zabraňuje zamrzání neohřáté vody. Snížení bodu tuhnutí vody snižuje teplotní rozdíl mezi pevnou a kapalnou fází. "Protože rychlost, jakou voda ztrácí teplo, závisí na tomto rozdílu teplot, je méně pravděpodobné, že se neohřátá voda ochladí," říká Dr. Katz.
Podle vědce lze jeho teorii experimentálně testovat, protože. u tvrdší vody se Mpemba efekt stává výraznějším.
2. Kyslík plus vodík plus chlad vytváří led. Na první pohled se tato průhledná hmota zdá velmi jednoduchá. Ve skutečnosti je led opředen mnoha záhadami. Led, který vytvořil Afričan Erasto Mpemba, na slávu nepomýšlel. Dny byly horké. Chtěl nanuky. Vzal karton džusu a dal ho do mrazáku. Udělal to více než jednou, a proto si všiml, že šťáva zmrzne obzvláště rychle, pokud ji před tím podržíte na slunci - stačí ji zahřát! To je zvláštní, pomyslel si tanzanský školák, který jednal v rozporu se světskou moudrostí. Je možné, že aby se kapalina rychleji proměnila v led, musí se nejprve ... zahřát? Mladík byl tak překvapen, že se o svůj odhad podělil s učitelem. O této kuriozitě informoval v tisku.
Tento příběh se stal v 60. letech minulého století. Nyní je „Mpembův efekt“ vědcům dobře znám. Tento zdánlivě jednoduchý jev však zůstával dlouhou dobu záhadou. Proč horká voda mrzne rychleji než studená?
Fyzik David Auerbach našel řešení až v roce 1996. Aby na tuto otázku odpověděl, provedl celý rok experiment: ohříval vodu ve sklenici a znovu ji ochladil. Co tedy zjistil? Při zahřívání se odpařují vzduchové bubliny rozpuštěné ve vodě. Voda zbavená plynů snadněji zamrzá na stěnách nádoby. "Samozřejmě zamrzne i voda s vysokým obsahem vzduchu," říká Auerbach, "ale ne při nule stupňů Celsia, ale pouze při minus čtyřech až šesti stupních." Samozřejmě si budete muset počkat déle. Takže horká voda zmrzne před studenou vodou, to je vědecký fakt.
Sotva existuje látka, která by se nám před očima objevila se stejnou lehkostí jako led. Skládá se pouze z molekul vody – tedy elementárních molekul obsahujících dva atomy vodíku a jeden kyslík. Led je však možná nejzáhadnější látkou ve vesmíru. Některé jeho vlastnosti se vědcům dosud nepodařilo vysvětlit.
2. Přechlazení a „bleskové“ zmrazení
Každý ví, že voda se vždy promění v led, když se ochladí na 0 °C... kromě některých případů! Takovým případem je například „superchlazení“, což je vlastnost velmi čisté vody zůstat kapalná i při ochlazení pod bod mrazu. Tento jev je možný díky skutečnosti, že prostředí neobsahuje krystalizační centra nebo jádra, která by mohla vyvolat tvorbu ledových krystalů. A tak voda zůstává v kapalné formě i při ochlazení na teploty pod nulou stupňů Celsia. Proces krystalizace mohou vyvolat např. bublinky plynu, nečistoty (znečištění), nerovný povrch nádoby. Bez nich zůstane voda v kapalném stavu. Když začne proces krystalizace, můžete sledovat, jak se přechlazená voda okamžitě změní na led.
Podívejte se na video (2 901 Kb, 60 c) od Phila Mediny (www.mrsciguy.com) a přesvědčte se sami >>
Komentář. Přehřátá voda také zůstává kapalná, i když je zahřátá nad bod varu.
3. "Skleněná" voda
Rychle a bez váhání pojmenujte, kolik různých skupenství má voda?
Pokud jste odpověděli tři (pevná látka, kapalina, plyn), pak se mýlíte. Vědci rozlišují nejméně 5 různých skupenství vody v kapalné formě a 14 skupenství ledu.
Pamatujete si na rozhovor o superchlazené vodě? Ať tedy děláte, co děláte, při -38 °C se i ta nejčistší superchlazená voda rázem promění v led. Co se stane s dalším poklesem
teplota? Při -120 °C se s vodou začne dít něco zvláštního: stane se superviskózní nebo viskózní, jako melasa, a při teplotách pod -135 °C se změní na "skelnou" nebo "skelnou" vodu - pevnou látku, ve které neexistuje žádná krystalická struktura.
4. Kvantové vlastnosti vody
Na molekulární úrovni je voda ještě překvapivější. V roce 1995 přinesl experiment s rozptylem neutronů, který provedli vědci, neočekávaný výsledek: fyzici zjistili, že neutrony namířené na molekuly vody „vidí“ o 25 % méně vodíkových protonů, než se očekávalo.
Ukázalo se, že rychlostí jedné attosekundy (10 -18 sekund) dochází k neobvyklému kvantovému jevu a chemický vzorec vody místo obvyklého - H 2 O, se stává H 1,5 O!
5. Má voda paměť?
Homeopatie, alternativa klasické medicíny, tvrdí, že zředěný roztok léčivého přípravku může mít na organismus léčivý účinek, i když je faktor ředění tak velký, že v roztoku nezůstane nic jiného než molekuly vody. Zastánci homeopatie vysvětlují tento paradox konceptem zvaným „paměť vody“, podle kterého má voda na molekulární úrovni „paměť“ látky, která je v ní jednou rozpuštěna, a zachovává si vlastnosti roztoku o původní koncentraci i poté, co zůstává v něm jediná molekula složky.
Mezinárodní tým vědců pod vedením profesorky Madeleine Ennis z Queen's University of Belfast, která kritizovala principy homeopatie, provedl v roce 2002 experiment, který měl tento koncept jednou provždy vyvrátit. Výsledek byl opačný. Poté vědci řekli, že dokázali prokázat reálnost účinku "paměti vody. Experimenty prováděné pod dohledem nezávislých odborníků však nepřinesly výsledky. Spory o existenci fenoménu "paměti vody" pokračují.
Voda má mnoho dalších neobvyklých vlastností, které jsme v tomto článku nepopsali.
Literatura.
1. 5 opravdu divných věcí o vodě / http://www.neatorama.com.
2. Záhada vody: vznikla teorie Aristotelova-Mpembova efektu / http://www.o8ode.ru.
3. Nepomniachtchi N.N. Tajemství neživé přírody. Nejzáhadnější látka ve vesmíru / http://www.bibliotekar.ru.
Fenomén tuhnutí horké vody rychleji než studená voda je ve vědě známý jako Mpembův efekt. Nad tímto paradoxním jevem přemýšleli takoví velcí mozky jako Aristoteles, Francis Bacon a René Descartes, ale po tisíciletí dosud nikdo nebyl schopen nabídnout rozumné vysvětlení tohoto jevu.
Až v roce 1963 si tohoto efektu na příkladu zmrzliny všiml školák z Republiky Tanganika Erasto Mpemba, ale nikdo z dospělých mu nedal vysvětlení. Fyzici a chemici přesto o tak jednoduchém, ale tak nepochopitelném jevu vážně uvažovali.
Od té doby se vyjadřovaly různé verze, z nichž jedna byla následující: část horké vody se nejprve jednoduše odpaří a poté, když zbude menší množství, voda rychleji tuhne. Tato verze se díky své jednoduchosti stala nejoblíbenější, ale vědci nebyli zcela spokojeni.
Nyní tým výzkumníků z Technologické univerzity Nanyang v Singapuru, vedený chemikem Xi Zhangem, říká, že rozluštil odvěkou záhadu, proč teplá voda mrzne rychleji než studená. Jak zjistili čínští odborníci, tajemství spočívá v množství energie uložené ve vodíkových můstcích mezi molekulami vody.
Jak víte, molekuly vody se skládají z jednoho atomu kyslíku a dvou atomů vodíku držených pohromadě kovalentními vazbami, což na úrovni částic vypadá jako výměna elektronů. Dalším známým faktem je, že atomy vodíku jsou přitahovány k atomům kyslíku ze sousedních molekul – to vytváří vodíkové vazby.
Molekuly vody jako celek se přitom vzájemně odpuzují. Vědci ze Singapuru si všimli, že čím je voda teplejší, tím větší je vzdálenost mezi molekulami kapaliny v důsledku nárůstu odpudivých sil. V důsledku toho se vodíkové vazby natahují, a proto ukládají více energie. Tato energie se uvolní, když se voda ochladí – molekuly se k sobě přiblíží. A návrat energie, jak víte, znamená ochlazení.
Jak píší chemici ve svém článku, který lze nalézt na předtiskové stránce arXiv.org, vodíkové vazby jsou v horké vodě nataženy silněji než ve vodě studené. Ukazuje se tedy, že ve vodíkových můstcích horké vody se ukládá více energie, což znamená, že se jí více uvolňuje při ochlazení na mínusové teploty. Z tohoto důvodu je zmrazení rychlejší.
Dodnes vědci tuto hádanku vyřešili pouze teoreticky. Když předloží přesvědčivé důkazy o své verzi, pak lze otázku, proč horká voda mrzne rychleji než studená, považovat za uzavřenou.
