Wyjaśniono efekt Mpemby

Tanzański student Erasto Mpemba zauważył na początku lat 60. (jako pierwszy w czasach nowożytnych, wcześniej uwagę na to zwrócił chociażby Arystoteles), że podgrzane lody zamarzają szybciej niż te uprzednio schłodzone, wobec czego od jego nazwiska nazwano to zjawisko. A teraz udało się je w końcu wyjaśnić.

Tanzański student Erasto Mpemba zauważył na początku lat 60. (jako pierwszy w czasach nowożytnych, wcześniej uwagę na to zwrócił chociażby Arystoteles), że podgrzana woda zamarza szybciej niż ta uprzednio schłodzona (dokładniej rzecz biorąc zaobserwował on ten efekt w lodach), wobec czego od jego nazwiska nazwano to zjawisko. A teraz udało się je w końcu wyjaśnić.

A wyjaśnić je można przyglądając się bliżej budowie molekularnej wody. Jej pojedyncza cząsteczka zawiera bowiem spory atom tlenu, do którego z pomocą wiązań kowalencyjnych przyłączone są dwa mniejsze atomy wodoru. Jeśli jednak mamy więcej cząsteczek wody to zaczynają się one ze sobą zbijać w grupy z pomocą wiązań wodorowych.

Wiązania te (które ostatnio po raz pierwszy dostrzeżono pod mikroskopem) są słabsze od wiązań kowalencyjnych lecz nie zmienia to faktu, że są one bardzo istotne - umożliwiają one istnienie ziemskiego życia jakim je znamy, bo to z ich pomocą tworzą się pewne struktury białek, kwasów nukleinowych i wielu innych złożonych substancji o ogromnym znaczeniu biologicznym, a do tego to właśnie dzięki niemu woda ma dużo wyższą temperaturę wrzenia niż inne płyny.

I to właśnie wiązania wodorowe wyjaśniają efekt Mpemby. W normalnych warunkach bowiem wiązania te prowadzą do bliższego ściśnięcia cząsteczek wody, które zaczynają się odpychać rozciągając tym samym wiązania kowalencyjne wodoru z tlenem - czyli gromadząc w nich energię. Wraz z podgrzaniem wody wiązania wodorowe się wydłużają wobec czego cząsteczki wody są dalej od siebie i wiązania kowalencyjne oddają energię - przyspieszając schładzanie wody.

Singapurscy badacze z Nanyang Technological University obliczyli o ile dokładnie powinno przyspieszyć schładzanie wody dzięki temu i potwierdzili to następnie w eksperymentach.

A najpopularniejszy eksperyment dotyczący efektu Mpemby każdy z Was będzie mógł przeprowadzić już niedługo na dworze gdy temperatura spadnie sporo poniżej zera stopni:

Źródło: arXiv