Chimia a fost una dintre disciplinele mele preferate la școală. Odată, un profesor de chimie ne-a dat o sarcină foarte ciudată și dificilă. Ne-a dat o listă de întrebări la care trebuia să răspundem în materie de chimie. Ni s-au acordat câteva zile pentru această sarcină și ni s-a permis să folosim bibliotecile și alte surse de informații disponibile. Una dintre aceste întrebări se referea la punctul de îngheț al apei. Nu-mi amintesc exact cum suna întrebarea, dar era vorba despre faptul că dacă iei două găleți de lemn de aceeași dimensiune, una cu apa fierbinte, altul cu frig (cu exact temperatura specificată), și puneți-le într-un mediu cu o anumită temperatură, care va îngheța mai repede? Desigur, răspunsul s-a sugerat imediat - o găleată de apă rece dar ne-am gândit că e prea ușor. Dar acest lucru nu a fost suficient pentru a da un răspuns complet, trebuia să-l dovedim din punct de vedere chimic. În ciuda tuturor gândirii și cercetărilor mele, nu am putut trage o concluzie logică. În această zi, chiar am decis să sar peste această lecție, așa că nu am găsit niciodată soluția acestei ghicitori.

Au trecut ani și am învățat o mulțime de mituri de zi cu zi despre punctul de fierbere și punctul de îngheț al apei, iar un mit spunea: „ apa fierbinteîngheață mai repede. M-am uitat pe multe site-uri, dar informațiile erau prea contradictorii. Iar acestea erau doar opinii, nefondate din punct de vedere al științei. Și am decis să-mi conduc propria experiență. Deoarece nu am găsit găleți de lemn, am folosit un congelator, plită, puțină apă și un termometru digital. Voi vorbi despre rezultatele experienței mele puțin mai târziu. În primul rând, voi împărtăși cu voi câteva argumente interesante despre apă:

Apa caldă îngheață mai repede decât apa rece. Majoritatea experților spun că apa rece va îngheța mai repede decât apa fierbinte. Dar un fenomen amuzant (așa-numitul efect Memba), din motive necunoscute, demonstrează contrariul: apa caldă îngheață mai repede decât apa rece. Una dintre mai multe explicații este procesul de evaporare: dacă apă foarte fierbinte este plasată într-un mediu rece, atunci apa va începe să se evapore (cantitatea de apă rămasă va îngheța mai repede). Și conform legilor chimiei, acesta nu este deloc un mit și, cel mai probabil, asta a vrut profesorul să audă de la noi.

Apa fiartă îngheață mai repede decât apa de la robinet. În ciuda explicației anterioare, unii experți susțin că apa fiartă care s-a răcit la temperatura camerei ar trebui să înghețe mai repede, deoarece cantitatea de oxigen este redusă ca urmare a fierberii.

Apa rece fierbe mai repede decât apa fierbinte. Dacă apa fierbinte îngheață mai repede, atunci apa rece poate fierbe mai repede! Acest lucru este contrar bunului simț și oamenii de știință susțin că acest lucru pur și simplu nu poate fi. Apa fierbinte de la robinet ar trebui de fapt să fiarbă mai repede decât apa rece. Dar folosind apă fierbinte la fiert, nu economisiți energie. Este posibil să folosiți mai puțin gaz sau electricitate, dar încălzitorul de apă va folosi aceeași cantitate de energie necesară pentru a încălzi apa rece. (Puterea solară este puțin diferită.) Ca urmare a încălzirii apei cu un încălzitor de apă, se pot forma sedimente, astfel încât apa va dura mai mult să se încălzească.

Dacă adăugați sare în apă, aceasta va fierbe mai repede. Sarea crește punctul de fierbere (și, prin urmare, scade punctul de îngheț - motiv pentru care unele gospodine adaugă puțină sare gemă la înghețată). Dar noi înăuntru acest caz o altă întrebare este de interes: cât timp va fierbe apa și dacă punctul de fierbere în acest caz poate crește peste 100 ° C). În ciuda a ceea ce spun cărțile de bucate, oamenii de știință spun că cantitatea de sare pe care o adăugăm în apa clocotită nu este suficientă pentru a afecta timpul sau temperatura fierberii.

Dar iată ce am primit:

Apă rece: am folosit trei pahare de sticlă de 100 ml de apă purificată: una la temperatura camerei (72°F/22°C), o apă fierbinte (115°F/46°C) și una fiartă (212°F/100°C). C). Am pus toate cele trei pahare la congelator la -18°C. Și din moment ce știam că apa nu se va transforma imediat în gheață, am determinat gradul de îngheț de către „flotatorul de lemn”. Cand batul, pus in centrul paharului, nu a mai atins baza, am crezut ca apa a inghetat. Am verificat ochelarii la fiecare cinci minute. Și care sunt rezultatele mele? Apa din primul pahar a înghețat după 50 de minute. Apa fierbinte a înghețat după 80 de minute. Fiert - după 95 de minute. Concluziile mele: Având în vedere condițiile din congelator și apa pe care am folosit-o, nu am reușit să reproduc efectul Memba.

Am încercat și acest experiment cu apă fiartă anterior răcită la temperatura camerei. A înghețat în 60 de minute - încă a durat mai mult decât apa rece pentru a îngheța.

Apa fiarta: am luat un litru de apa la temperatura camerei si am dat pe foc. A fiert în 6 minute. Apoi am racit din nou la temperatura camerei si am adaugat-o la cea fierbinte. Cu acelasi foc, apa fierbinte a fiert in 4 ore si 30 de minute. Concluzie: așa cum era de așteptat, apa fierbinte fierbe mult mai repede.

Apa fiarta (cu sare): am adaugat 2 linguri mari de sare de masa la 1 litru de apa. A fiert în 6 minute și 33 de secunde, iar după cum a arătat termometrul a ajuns la o temperatură de 102°C. Fără îndoială, sarea afectează punctul de fierbere, dar nu foarte mult. Concluzie: sarea în apă nu afectează foarte mult temperatura și timpul de fierbere. Recunosc sincer că bucătăria mea este greu de numit laborator și poate că concluziile mele sunt contrare realității. Congelatorul meu poate îngheța alimentele în mod neuniform. Ochelarii mei de sticlă ar putea fi formă neregulată, etc. Dar orice s-ar întâmpla în conditii de laborator, când vorbim despre congelarea sau fierberea apei în bucătărie, cel mai important lucru este bunul simț.

link de la fapte interesante despre apă tot despre apă
așa cum este sugerat pe forumul forum.ixbt.com, acest efect (efectul de înghețare a apei calde mai repede decât apa rece) se numește „efectul Aristotel-Mpemba”

Acestea. apa fiartă (răcită) îngheață mai repede decât „crudă”

Efectul Mpemba(Paradoxul Mpemba) - un paradox care afirmă că apa caldă în anumite condiții îngheață mai repede decât apa rece, deși trebuie să treacă de temperatura apei reci în procesul de îngheț. Acest paradox este un fapt experimental care contrazice ideile obișnuite, conform cărora, în aceleași condiții, un corp mai fierbinte are nevoie de mai mult timp pentru a se răci la o anumită temperatură decât un corp mai rece pentru a se răci la aceeași temperatură.

Acest fenomen a fost observat la acea vreme de Aristotel, Francis Bacon și Rene Descartes, dar abia în 1963, școlarul tanzanian Erasto Mpemba a constatat că un amestec de înghețată fierbinte îngheață mai repede decât unul rece.

Ca student la Magamba liceuîn Tanzania, Erasto Mpemba a făcut-o munca practicaîn artele culinare. A trebuit să facă înghețată de casă - să fierbe laptele, să dizolve zahărul în el, să-l răcească la temperatura camerei și apoi să-l pună la frigider pentru a îngheța. Aparent, Mpemba nu a fost un student deosebit de harnic și a amânat prima parte a sarcinii. De teamă că nu va ajunge la timp până la sfârșitul lecției, a pus laptele încă fierbinte în frigider. Spre surprinderea lui, a înghețat chiar mai devreme decât laptele camarazilor săi, preparat după o anumită tehnologie.

După aceea, Mpemba a experimentat nu numai lapte, ci și cu apă plată. În orice caz, fiind deja elev la Liceul Mkvava, l-a întrebat pe profesorul Dennis Osborne de la Colegiul Universitar din Dar es Salaam (invitat de directorul școlii să țină elevilor o prelegere despre fizică) despre apă: „Dacă luați două recipiente identice cu volume egale de apă, astfel încât într-unul dintre ele apa să aibă o temperatură de 35 ° C, iar în celălalt - 100 ° C și le puneți la congelator, apoi în al doilea apa va îngheța mai repede.De ce? Osborne a devenit interesat de această problemă și curând, în 1969, împreună cu Mpemba, au publicat rezultatele experimentelor lor în revista „Educația fizică”. De atunci, efectul pe care l-au descoperit se numește Efectul Mpemba.

Până acum, nimeni nu știe exact cum să explice acest efect ciudat. Oamenii de știință nu au o singură versiune, deși există multe. Este vorba despre diferența dintre proprietățile apei calde și cele reci, dar nu este încă clar care proprietăți joacă un rol în acest caz: diferența de suprarăcire, evaporare, formare a gheții, convecție sau efectul gazelor lichefiate asupra apei în timpul temperaturi diferite.

Paradoxul efectului Mpemba este că timpul în care corpul se răcește la temperatura ambiantă trebuie să fie proporțional cu diferența de temperatură dintre acest corp și mediu. Această lege a fost stabilită de Newton și de atunci a fost confirmată de multe ori în practică. În același efect, apa la 100°C se răcește cu 0°C mai repede decât aceeași cantitate de apă la 35°C.

Cu toate acestea, acest lucru nu implică încă un paradox, deoarece efectul Mpemba poate fi explicat și în fizica cunoscută. Iată câteva explicații pentru efectul Mpemba:

Evaporare

Apa fierbinte se evaporă mai repede din recipient, reducându-i astfel volumul, iar un volum mai mic de apă cu aceeași temperatură îngheață mai repede. Apa încălzită la 100 C își pierde 16% din masă atunci când este răcită la 0 C.

Efect de evaporare - dublu efect. În primul rând, masa de apă necesară pentru răcire este redusă. Și în al doilea rând, temperatura scade datorită faptului că căldura de evaporare a trecerii de la faza de apă la faza de vapori scade.

diferenta de temperatura

Datorită faptului că diferența de temperatură dintre apa caldă și aerul rece este mai mare - deci schimbul de căldură în acest caz este mai intens și apa caldă se răcește mai repede.

hipotermie

Când apa este răcită sub 0 C, nu îngheață întotdeauna. În anumite condiții, poate suferi suprarăcire în timp ce continuă să rămână lichid la temperaturi sub punctul de îngheț. În unele cazuri, apa poate rămâne lichidă chiar și la -20 C.

Motivul acestui efect este că, pentru ca primele cristale de gheață să înceapă să se formeze, sunt necesare centre de formare a cristalelor. Dacă nu sunt în apă lichidă, atunci suprarăcirea va continua până când temperatura scade suficient de mult încât cristalele încep să se formeze spontan. Când încep să se formeze în lichidul suprarăcit, vor începe să crească mai repede, formând o nămolă de gheață care va îngheța pentru a forma gheață.

Apa caldă este cea mai susceptibilă la hipotermie, deoarece încălzirea ei elimină gazele dizolvate și bulele, care la rândul lor pot servi drept centre pentru formarea cristalelor de gheață.

De ce hipotermia face ca apa fierbinte să înghețe mai repede? În cazul apei rece, care nu este suprarăcită, se întâmplă următoarele. În acest caz, pe suprafața vasului se va forma un strat subțire de gheață. Acest strat de gheață va acționa ca un izolator între apă și aerul rece și va preveni evaporarea ulterioară. Rata de formare a cristalelor de gheață în acest caz va fi mai mică. În cazul apei calde aflate în subrăcire, apa subrăcită nu are un strat de suprafață de protecție de gheață. Prin urmare, pierde căldură mult mai repede prin partea superioară deschisă.

Când procesul de suprarăcire se termină și apa îngheață, se pierde mult mai multă căldură și, prin urmare mai multa gheata.

Mulți cercetători ai acestui efect consideră că hipotermia este principalul factor în cazul efectului Mpemba.

Convecție

Apa rece începe să înghețe de sus, înrăutățind astfel procesele de radiație a căldurii și convecție și, prin urmare, pierderea de căldură, în timp ce apa caldă începe să înghețe de jos.

Acest efect se explică printr-o anomalie în densitatea apei. Apa are densitate maximă la 4 C. Dacă răciți apa la 4 C și o puneți la o temperatură mai scăzută, stratul de apă de la suprafață va îngheța mai repede. Deoarece această apă este mai puțin densă decât apa la 4°C, va rămâne la suprafață, formând un strat rece subțire. În aceste condiții, la suprafața apei se va forma un strat subțire de gheață pentru o perioadă scurtă de timp, dar acest strat de gheață va servi drept izolator protejând straturile inferioare de apă, care vor rămâne la o temperatură de 4 C. Prin urmare , procesul de răcire ulterioară va fi mai lent.

In cazul apei calde situatia este cu totul alta. Stratul de suprafață de apă se va răci mai rapid datorită evaporării și mai multa diferenta temperaturile. De asemenea, straturile de apă rece sunt mai dense decât straturile de apă caldă, astfel încât stratul de apă rece se va scufunda în jos, ridicând stratul. apa calda la suprafata. Această circulație a apei asigură o scădere rapidă a temperaturii.

Dar de ce acest proces nu ajunge la punctul de echilibru? Pentru a explica efectul Mpemba din acest punct de vedere al convecției, ar fi necesar să presupunem că straturile de apă rece și fierbinte sunt separate și procesul de convecție în sine continuă după temperatura medie apa scade sub 4 C.

Cu toate acestea, nu există dovezi experimentale care să susțină această ipoteză că straturile de apă reci și fierbinți sunt separate prin convecție.

gaze dizolvate în apă

Apa conține întotdeauna gaze dizolvate în ea - oxigen și dioxid de carbon. Aceste gaze au capacitatea de a reduce punctul de îngheț al apei. Când apa este încălzită, aceste gaze sunt eliberate din apă deoarece solubilitatea lor în apă la temperatura ridicata de mai jos. Prin urmare, atunci când apa fierbinte este răcită, există întotdeauna mai puține gaze dizolvate în ea decât în ​​apa neîncălzită. apă rece. Prin urmare, punctul de îngheț al apei încălzite este mai mare și îngheață mai repede. Acest factor este uneori considerat ca fiind principalul în explicarea efectului Mpemba, deși nu există date experimentale care să confirme acest fapt.

Conductivitate termică

Acest mecanism poate juca un rol semnificativ atunci când apa este plasată într-un frigider congelator în recipiente mici. În aceste condiții, s-a observat că recipientul cu apă fierbinte topește gheața congelatorului de dedesubt, îmbunătățind astfel contactul termic cu peretele congelatorului și conductivitatea termică. Ca urmare, căldura este îndepărtată din recipientul cu apă caldă mai repede decât din cel rece. La rândul său, recipientul cu apă rece nu topește zăpada sub el.

Toate aceste condiții (precum și alte) au fost studiate în multe experimente, dar un răspuns fără echivoc la întrebare - care dintre ele oferă o reproducere 100% a efectului Mpemba - nu a fost obținut.

Deci, de exemplu, în 1995, fizicianul german David Auerbach a studiat influența suprarăcirii apei asupra acestui efect. El a descoperit că apa fierbinte, ajungând într-o stare suprarăcită, îngheață la o temperatură mai mare decât apa rece și, prin urmare, mai repede decât cea din urmă. Dar apa rece ajunge la starea de suprarăcire mai repede decât apa fierbinte, compensând astfel întârzierea anterioară.

În plus, rezultatele lui Auerbach au contrazis datele anterioare conform cărora apa fierbinte este capabilă să realizeze o suprarăcire mai mare datorită mai puține centre de cristalizare. Când apa este încălzită, gazele dizolvate în ea sunt îndepărtate din ea, iar când este fiertă precipită unele săruri dizolvate în ea.

Până acum, un singur lucru poate fi afirmat - reproducerea acestui efect depinde în esență de condițiile în care se desfășoară experimentul. Tocmai pentru că nu este întotdeauna reprodusă.

O. V. Mosin

Literarsurse:

„Apa caldă îngheață mai repede decât apa rece. De ce face asta?”, Jearl Walker în The Amateur Scientist, Scientific American, Vol. 237, nr. 3, p. 246-257; septembrie 1977.

„Înghețarea apei calde și reci”, G.S. Kell în Jurnalul American de Fizică, Vol. 37, nr. 5, p. 564-565; mai 1969.

„Superrăcire si Efectul Mpemba", David Auerbach, în American Journal of Physics, Vol. 63, No. 10, pp 882-885; Oct, 1995.

„Efectul Mpemba: timpii de înghețare a apei calde și reci”, Charles A. Knight, în American Journal of Physics, Vol. 64, nr. 5, p. 524; mai 1996.

Pare evident că apa rece îngheață mai repede decât apa caldă, deoarece în condiţii egale apa fierbinte durează mai mult să se răcească și ulterior să înghețe. Cu toate acestea, mii de ani de observații, precum și experimente moderne, au arătat că și contrariul este adevărat: în anumite condiții, apa caldă îngheață mai repede decât apa rece. Canalul de știință Sciencium explică acest fenomen:

După cum se explică în videoclipul de mai sus, fenomenul în care apa caldă îngheață mai repede decât apa rece este cunoscut sub numele de efectul Mpemba, numit după Erasto Mpemba, un elev din Tanzania care a făcut înghețată ca parte a unui proiect școlar în 1963. Elevii au trebuit să aducă amestecul de smântână și zahăr la fiert, să-l lase să se răcească, apoi să îl pună la congelator.

În schimb, Erasto și-a pus amestecul deodată, fierbinte, fără să aștepte să se răcească. Ca urmare, după 1,5 ore, amestecul lui era deja înghețat, dar amestecurile altor studenți nu. Intrigat de fenomen, Mpemba a început să studieze problema cu profesorul de fizică Denis Osborn, iar în 1969 au publicat o lucrare care spunea că apa caldă îngheață mai repede decât apa rece. Acesta a fost primul studiu revizuit de colegi de acest fel, dar fenomenul în sine este menționat în lucrările lui Aristotel datând din secolul al IV-lea î.Hr. e. Francis Bacon și Descartes au remarcat și ei acest fenomen în studiile lor.

Videoclipul prezintă mai multe opțiuni pentru a explica ce se întâmplă:

1. Înghețul este un dielectric și, prin urmare, apa rece înghețată stochează căldura mai bine decât un pahar cald care topește gheața în contact cu ea.
2. Apa rece are mai multe gaze dizolvate decât apa caldă, iar cercetătorii speculează că acest lucru ar putea juca un rol în viteza de răcire, deși nu este încă clar cum.
3. Apa fierbinte pierde mai multe molecule de apă prin evaporare, lăsând mai puține să înghețe
4. Apa caldă se poate răci mai repede din cauza curenților convectivi crescuti. Acești curenți apar deoarece apa din sticlă se răcește mai întâi la suprafață și pe părțile laterale, determinând să se scufunde apa rece și să crească apa fierbinte. Într-un pahar cald, curenții convectivi sunt mai activi, ceea ce poate afecta viteza de răcire.

Totuși, în 2016, a fost realizat un studiu atent controlat, care a arătat contrariul: apa caldă a înghețat mult mai lent decât apa rece. În același timp, oamenii de știință au observat că o schimbare a locației unui termocuplu - un dispozitiv care determină diferențele de temperatură - cu doar un centimetru duce la apariția efectului Mpemba. Un studiu al altor lucrări similare a arătat că, în toate cazurile în care a fost observat acest efect, a existat o deplasare a termocuplului într-un centimetru.

În 1963, un școlar din Tanzania pe nume Erasto Mpemba și-a întrebat profesorul intrebare stupida De ce înghețata caldă îngheață mai repede decât înghețata rece în congelatorul lui?

Erasto Mpemba a fost elev la liceul Magambin din Tanzania, făcând lucrări practice de gătit. A trebuit să facă înghețată de casă - să fierbe laptele, să dizolve zahărul în el, să-l răcească la temperatura camerei și apoi să-l pună la frigider pentru a îngheța. Aparent, Mpemba nu a fost un student deosebit de harnic și a amânat prima parte a sarcinii. De teamă că nu va ajunge la timp până la sfârșitul lecției, a pus lapte încă fierbinte în frigider. Spre surprinderea lui, a înghețat chiar mai devreme decât laptele camarazilor săi, preparat după o anumită tehnologie.

A apelat la profesorul de fizică pentru lămuriri, dar a râs doar de student, spunând următoarele: „Aceasta nu este fizica lumii, ci fizica lui Mpemba”. După aceea, Mpemba a experimentat nu numai cu lapte, ci și cu apă obișnuită.

În orice caz, fiind deja elev la Liceul Mkwawa, l-a întrebat pe profesorul Dennis Osborne de la Colegiul Universitar din Dar es Salaam (invitat de directorul școlii să susțină o prelegere despre fizică studenților) despre apă: „Dacă luați două recipiente identice cu volume egale apă, astfel încât într-unul dintre ele apa să aibă o temperatură de 35 ° C, iar în celălalt - 100 ° C, și puneți-le la congelator, apoi în al doilea apa va îngheța mai repede. De ce?" Osborn a devenit interesat de această problemă și curând, în 1969, împreună cu Mpemba, au publicat rezultatele experimentelor lor în revista Physics Education. De atunci, efectul descoperit de ei se numește efectul Mpemba.

Ești curios să știi de ce se întâmplă asta? Cu doar câțiva ani în urmă, oamenii de știință au reușit să explice acest fenomen...

Efectul Mpemba (Mpemba Paradox) este un paradox care afirmă că apa caldă în anumite condiții îngheață mai repede decât apa rece, deși trebuie să treacă de temperatura apei reci în procesul de îngheț. Acest paradox este un fapt experimental care contrazice ideile obișnuite, conform cărora, în aceleași condiții, un corp mai fierbinte are nevoie de mai mult timp pentru a se răci la o anumită temperatură decât un corp mai rece pentru a se răci la aceeași temperatură.

Acest fenomen a fost observat la acea vreme de Aristotel, Francis Bacon și Rene Descartes. Până acum, nimeni nu știe exact cum să explice acest efect ciudat. Oamenii de știință nu au o singură versiune, deși există multe. Este vorba despre diferența dintre proprietățile apei calde și ale apei reci, dar nu este încă clar care proprietăți joacă un rol în acest caz: diferența de suprarăcire, evaporare, formare a gheții, convecție sau efectul gazelor lichefiate asupra apei la temperaturi diferite. Paradoxul efectului Mpemba este că timpul în care corpul se răcește la temperatura ambiantă trebuie să fie proporțional cu diferența de temperatură dintre acest corp și mediu. Această lege a fost stabilită de Newton și de atunci a fost confirmată de multe ori în practică. În același efect, apa la 100°C se răcește cu 0°C mai repede decât aceeași cantitate de apă la 35°C.

De atunci, au fost exprimate diferite versiuni, dintre care una a fost următoarea: o parte din apa fierbinte pur și simplu se evaporă la început, iar apoi, când rămâne o cantitate mai mică, apa se solidifică mai repede. Această versiune, datorită simplității sale, a devenit cea mai populară, dar oamenii de știință nu au fost complet mulțumiți.

Acum, o echipă de cercetători de la Universitatea Tehnologică Nanyang din Singapore, condusă de chimistul Xi Zhang, spune că au rezolvat misterul vechi de ce apa caldă îngheață mai repede decât apa rece. După cum au descoperit experții chinezi, secretul constă în cantitatea de energie stocată în legăturile de hidrogen dintre moleculele de apă.

După cum știți, moleculele de apă constau dintr-un atom de oxigen și doi atomi de hidrogen ținuți împreună prin legături covalente, care la nivel de particule arată ca un schimb de electroni. O alta fapt cunoscut este că atomii de hidrogen sunt atrași de atomii de oxigen din moleculele vecine - în acest caz, se formează legături de hidrogen.

În același timp, moleculele de apă în ansamblu se resping reciproc. Oamenii de știință din Singapore au observat că, cu cât apa este mai caldă, cu atât distanța dintre moleculele lichidului este mai mare din cauza creșterii forțelor de respingere. Ca rezultat, legăturile de hidrogen sunt întinse și, prin urmare, stochează mai multă energie. Această energie este eliberată atunci când apa se răcește - moleculele se apropie unele de altele. Și întoarcerea energiei, după cum știți, înseamnă răcire.

Iată ipotezele propuse de oamenii de știință:

Evaporare

Apa fierbinte se evaporă mai repede din recipient, reducându-i astfel volumul, iar un volum mai mic de apă cu aceeași temperatură îngheață mai repede. Apa încălzită la 100°C își pierde 16% din masă când este răcită la 0°C. Efectul de evaporare este un efect dublu. În primul rând, masa de apă necesară pentru răcire este redusă. Și în al doilea rând, din cauza evaporării, temperatura acestuia scade.

diferenta de temperatura

Datorită faptului că diferența de temperatură dintre apa caldă și aerul rece este mai mare - prin urmare, transferul de căldură în acest caz este mai intens, iar apa caldă se răcește mai repede.

hipotermie
Când apa este răcită sub 0°C, nu îngheață întotdeauna. În anumite condiții, poate suferi suprarăcire în timp ce continuă să rămână lichid la temperaturi sub punctul de îngheț. În unele cazuri, apa poate rămâne lichidă chiar și la -20°C. Motivul acestui efect este că, pentru ca primele cristale de gheață să înceapă să se formeze, sunt necesare centre de formare a cristalelor. Dacă nu sunt în apă lichidă, atunci suprarăcirea va continua până când temperatura scade suficient de mult încât cristalele încep să se formeze spontan. Când încep să se formeze în lichidul suprarăcit, vor începe să crească mai repede, formând o nămolă de gheață care va îngheța pentru a forma gheață. Apa caldă este cea mai susceptibilă la hipotermie, deoarece încălzirea ei elimină gazele dizolvate și bulele, care la rândul lor pot servi drept centre pentru formarea cristalelor de gheață. De ce hipotermia face ca apa fierbinte să înghețe mai repede? În cazul apei reci care nu este suprarăcită, ceea ce se întâmplă este că pe suprafața acesteia se formează un strat subțire de gheață, care acționează ca un izolator între apă și aerul rece și previne astfel evaporarea ulterioară. Rata de formare a cristalelor de gheață în acest caz va fi mai mică. În cazul apei calde aflate în subrăcire, apa subrăcită nu are un strat de suprafață de protecție de gheață. Prin urmare, pierde căldură mult mai repede prin partea superioară deschisă. Când procesul de suprarăcire se termină și apa îngheață, se pierde mult mai multă căldură și, prin urmare, se formează mai multă gheață. Mulți cercetători ai acestui efect consideră că hipotermia este principalul factor în cazul efectului Mpemba.
Convecție

Apa rece începe să înghețe de sus, înrăutățind astfel procesele de radiație a căldurii și convecție și, prin urmare, pierderea de căldură, în timp ce apa caldă începe să înghețe de jos. Acest efect se explică printr-o anomalie în densitatea apei. Apa are o densitate maximă la 4°C. Dacă răciți apa la 4°C și o plasați într-un mediu cu o temperatură mai scăzută, stratul de apă de la suprafață va îngheța mai repede. Deoarece această apă este mai puțin densă decât apa la 4°C, va rămâne la suprafață, formând un strat rece subțire. În aceste condiții, la suprafața apei se va forma un strat subțire de gheață pentru o perioadă scurtă de timp, dar acest strat de gheață va servi drept izolator protejând straturile inferioare de apă, care vor rămâne la 4°C. Prin urmare, procesul de răcire ulterioară va fi mai lent. In cazul apei calde situatia este cu totul alta. Stratul de suprafață de apă se va răci mai rapid din cauza evaporării și a diferențelor mai mari de temperatură. De asemenea, straturile de apă rece sunt mai dense decât straturile de apă caldă, astfel încât stratul de apă rece se va scufunda, ridicând stratul de apă caldă la suprafață. Această circulație a apei asigură o scădere rapidă a temperaturii. Dar de ce acest proces nu ajunge la punctul de echilibru? Pentru a explica efectul Mpemba din punct de vedere al convecției, s-ar presupune că straturile de apă rece și fierbinte sunt separate și procesul de convecție în sine continuă după ce temperatura medie a apei scade sub 4°C. Cu toate acestea, nu există dovezi experimentale care să susțină această ipoteză că straturile de apă rece și caldă sunt separate prin convecție.

gaze dizolvate în apă

Apa conține întotdeauna gaze dizolvate în ea - oxigen și dioxid de carbon. Aceste gaze au capacitatea de a reduce punctul de îngheț al apei. Când apa este încălzită, aceste gaze sunt eliberate din apă deoarece solubilitatea lor în apă la temperatură ridicată este mai mică. Prin urmare, atunci când apa fierbinte este răcită, există întotdeauna mai puține gaze dizolvate în ea decât în ​​apa rece neîncălzită. Prin urmare, punctul de îngheț al apei încălzite este mai mare și îngheață mai repede. Acest factor este uneori considerat ca fiind principalul în explicarea efectului Mpemba, deși nu există date experimentale care să confirme acest fapt.

Conductivitate termică

Acest mecanism poate juca un rol semnificativ atunci când apa este plasată într-un frigider congelator în recipiente mici. În aceste condiții, s-a observat că recipientul cu apă fierbinte topește gheața congelatorului de dedesubt, îmbunătățind astfel contactul termic cu peretele congelatorului și conductivitatea termică. Ca urmare, căldura este îndepărtată din recipientul cu apă caldă mai repede decât din cel rece. La rândul său, recipientul cu apă rece nu topește zăpada sub el. Toate aceste condiții (precum și alte) au fost studiate în multe experimente, dar un răspuns fără ambiguitate la întrebare - care dintre ele oferă o reproducere de 100% a efectului Mpemba - nu a fost obținut. Deci, de exemplu, în 1995, fizicianul german David Auerbach a studiat influența suprarăcirii apei asupra acestui efect. El a descoperit că apa fierbinte, ajungând într-o stare suprarăcită, îngheață la o temperatură mai mare decât apa rece și, prin urmare, mai repede decât cea din urmă. Dar apa rece atinge o stare de suprarăcire mai repede decât apa fierbinte, compensând astfel întârzierea anterioară. În plus, rezultatele lui Auerbach au contrazis datele anterioare conform cărora apa fierbinte este capabilă să realizeze o suprarăcire mai mare datorită mai puține centre de cristalizare. Când apa este încălzită, gazele dizolvate în ea sunt îndepărtate din ea, iar când este fiertă precipită unele săruri dizolvate în ea. Până acum, un singur lucru poate fi afirmat - reproducerea acestui efect depinde în mod semnificativ de condițiile în care se desfășoară experimentul. Tocmai pentru că nu este întotdeauna reprodusă.

Și iată cel mai probabil motiv.

După cum scriu chimiștii în articolul lor, care poate fi găsit pe site-ul arXiv.org preprint, legăturile de hidrogen sunt întinse mai puternic în apă caldă decât în ​​apă rece. Astfel, se dovedește că mai multă energie este stocată în legăturile de hidrogen ale apei fierbinți, ceea ce înseamnă că mai multă energie este eliberată atunci când este răcită la temperaturi sub zero. Din acest motiv, congelarea este mai rapidă.

Până în prezent, oamenii de știință au rezolvat această ghicitoare doar teoretic. Când prezintă dovezi convingătoare ale versiunii lor, atunci întrebarea de ce apa caldă îngheață mai repede decât apa rece poate fi considerată închisă.

Apă- o substanță destul de simplă din punct de vedere chimic, cu toate acestea, are o serie de proprietăți neobișnuite care nu încetează să uimească oamenii de știință. Mai jos sunt câteva fapte despre care puțini oameni le știu.

1. Care apă îngheață mai repede - rece sau fierbinte?

Luați două recipiente cu apă: turnați apă fierbinte într-unul și apă rece în celălalt și puneți-le la congelator. Apa fierbinte va îngheța mai repede decât apa rece, deși în mod logic, apa rece ar fi trebuit să se transforme mai întâi în gheață: la urma urmei, apa fierbinte trebuie mai întâi să se răcească la temperatura rece și apoi să se transforme în gheață, în timp ce apa rece nu trebuie să se răcească. De ce se întâmplă asta?

În 1963, un student din Tanzania pe nume Erasto B. Mpemba, în timp ce congela un amestec de înghețată preparat, a observat că amestecul fierbinte se solidifica mai repede în congelator decât cel rece. Când tânărul și-a împărtășit descoperirea cu un profesor de fizică, a râs doar de el. Din fericire, elevul a fost persistent și l-a convins pe profesor să efectueze un experiment, care i-a confirmat descoperirea: în anumite condiții, apa fierbinte într-adevăr îngheață mai repede decât apa rece.

Acum, acest fenomen de înghețare a apei calde mai repede decât apa rece se numește „ Efectul Mpemba". Adevărat, cu mult înainte proprietate unică apa a fost remarcată de Aristotel, Francis Bacon și Rene Descartes.

Oamenii de știință nu înțeleg pe deplin natura acestui fenomen, explicându-l fie prin diferența de hipotermie, evaporare, formare a gheții, convecție, fie prin efectul gazelor lichefiate asupra apei calde și reci.

2. Este capabilă să înghețe instantaneu

Toata lumea stie asta apă se transformă întotdeauna în gheață când este răcit la 0 °C ... cu excepția unor cazuri! Un astfel de caz, de exemplu, este suprarăcirea, care este o proprietate a foarte apă curată rămâne lichid chiar și atunci când este răcit sub punctul de îngheț. Acest fenomen este posibil prin faptul că mediu inconjurator nu contine centri sau nuclei de cristalizare, care ar putea provoca formarea de cristale de gheata. Și astfel apa rămâne în formă lichidă, chiar și atunci când este răcită la temperaturi sub zero grade Celsius.

procesul de cristalizare poate fi provocată, de exemplu, de bule de gaz, impurități (poluare), suprafața neuniformă a recipientului. Fără ele, apa va rămâne în stare lichidă. Când începe procesul de cristalizare, puteți urmări cum apa super-răcită se transformă instantaneu în gheață.

Rețineți că apa „supraîncălzită” rămâne, de asemenea, lichidă chiar și atunci când este încălzită peste punctul său de fierbere.

3. 19 stări ale apei

Numește fără ezitare câte stări diferite are apa? Dacă ai răspuns la trei: solid, lichid, gazos, atunci te înșeli. Oamenii de știință disting cel puțin 5 stări diferite ale apei în formă lichidă și 14 stări în formă înghețată.

Îți amintești conversația despre apa super-răcită? Deci, indiferent ce faci, la -38°C, chiar și cea mai pură apă super-răcită se va transforma brusc în gheață. Ce se întâmplă când temperatura scade și mai mult? La -120°C, ceva ciudat începe să se întâmple cu apa: devine super-vâscoasă sau vâscoasă, precum melasa, iar la temperaturi sub -135°C, se transformă în apă „sticlă” sau „sticoasă” – un solid care nu are. structură cristalină.

4. Apa îi surprinde pe fizicieni

Pe nivel molecular apa surprinde si mai mult. În 1995, un experiment de împrăștiere a neutronilor realizat de oamenii de știință a dat un rezultat neașteptat: fizicienii au descoperit că neutronii direcționați către moleculele de apă „văd” cu 25% mai puțini protoni de hidrogen decât se aștepta.

S-a dovedit că la viteza de o attosecundă (10 -18 secunde) are loc un efect cuantic neobișnuit și formula chimica apă în schimb H2O, devine H1.5O!

5. Memoria apei

Alternativă medicina oficială homeopatie afirmă că o soluție diluată medicament poate avea un efect terapeutic asupra organismului, chiar dacă factorul de diluție este atât de mare încât nu mai rămâne nimic în soluție decât molecule de apă. Susținătorii homeopatiei explică acest paradox cu un concept numit „ memoria apei”, conform căreia apa la nivel molecular are o „memorie” a unei substanțe odată dizolvată în ea și păstrează proprietățile unei soluții de concentrație inițială după ce nu mai rămâne în ea nici o moleculă de ingredient.

O echipă internațională de oameni de știință condusă de profesorul Madeleine Ennis de la Universitatea Queen din Belfast, care a criticat principiile homeopatiei, a efectuat un experiment în 2002 pentru a infirma conceptul odată pentru totdeauna. Rezultatul a fost invers. După aceea, oamenii de știință au spus că au reușit să demonstreze realitatea efectului " memoria apei". Cu toate acestea, experimentele desfășurate sub supravegherea experților independenți nu au adus rezultate. Dispute despre existența fenomenului " memoria apei" continua.

Apa are multe alte proprietăți neobișnuite pe care nu le-am tratat în acest articol. De exemplu, densitatea apei variază în funcție de temperatură (densitatea gheții este mai mică decât cea a apei); apa are destul marime mare tensiune de suprafata; în stare lichidă, apa este o rețea complexă și în schimbare dinamică de clustere de apă, iar comportamentul clusterelor este cel care afectează structura apei etc.

Despre acestea și multe alte caracteristici neașteptate apă poate fi citit in articol Proprietăți anormale ale apei”, al cărui autor este Martin Chaplin, profesor la Universitatea din Londra.