Защо топлата вода замръзва по-бързо от студената (видео)

Учените откриха ново обяснение на "парадокса на Мпемба" или защо топлата вода замръзва по-бързо от студената, загадка, занимавала човечеството от хилядолетия. Едва сега тя намира обяснение с разликата в поведението на водородните връзки при различни температури.

Новото обяснение, предложено наскоро от китайски и американски учени, е поместено в статия, публикувана в Journal of Chemical Theory and Computation.

Странната способност на горещата вода при определени условия да замръзва по-бързо, отколкото студената, е известна на човечеството от древни времена.

Този ефект е споменат още от Аристотел, Френсис Бейкън и Рене Декарт, но в съвременната наука той влиза след домашните експерименти на ученика от Танганика Ерасто Мпемба. Той поискал обяснение за феномена от учителя си по физика, но последният просто му се присмял: "Това не е световна физика и физика на Мпемба". Същият въпрос Мпемба задал на пристигналия в училището професор по физика Денис Озбърн (Denis Osborne). Проведената експериментална проверка потвърдила наличието на ефекта, но не му дала обяснение. През 1969 г. в списание Physics Education излиза съвместна статия на Мпемба и Озбърн, който описва ефекта. През същата година, Джордж Кел от канадския Национален съвет за научни изследвания публикува статия в American Journal of Physics, описваща явлението.

Странният ефект възпроизведен многократно досега, но нямаше обяснение.

През 2012 г. британското Кралско химическо общество обяви  конкурс за хипотези, обясняващи този феномен. Получиха се повече от 22 хиляди статии от учени от цял свят, но нито едно от тях не убеди членовете на експертната комисия.

Най-популярното обяснение стана изпарението - горещата вода се изпарява по-бързо от студената и затова обемът й намалява по-бързо и по този начин способства за замръзването. Но този вариант не се прие като окончателен, защото ефектът на Мпемба се проявява в условия, изключващи изпарение.

Новото обяснение е предложено неотдавна от учени от Китай и Съединените щати и публикувано в статия в Journal of Chemical Theory and Computation.а.

Авторите симулират при различни температури поведението на краткотрайните клъстери на водните молекули, обединени от водородни връзки.

Водородните връзки са многократно, приблизително 18-20 пъти, по-слаби от обикновените ковалентни химически взаимодействия. Но силата им зависи от геометрията на взаимното разположение на молекулите, между които се образуват връзките.

Симулацията показа, че при затоплянето водородните връзки отслабват и водните молекули в клъстерите променят положението си, заемайки позиция, от която те по-лесно преминават към кристалната структура на леда. В студената вода това се случва по същия начин, само че се изисква повече енергията за прекъсване на водородните връзки и замръзването става по-бавно.

Още по темата

27/12/2016

Физика

Какъв е шансът да намерите две еднакви снежинки? Почти никакъв

04/03/2016

Технологии

Как се прави 3D графен (видео)

16/02/2016

Физика

Откриха най-лекия вид лед

26/03/2015

Земята

Кристалите-тържеството на симетрията