Czy wiesz że? Efekt Mpemby
O tzw. efekcie Mpemby, czyli zjawisku polegającym na szybszym zamarzaniu wody cieplejszej od zimniejszej opowiada dr Dariusz Kajewski z Instytutu Fizyki UŚ
Efekt Mpemby to zjawisko polegające na szybszym zamarzaniu wody cieplejszej od zimniejszej w określonych warunkach. W czasach nowożytnych zjawisko "odkrył" w 1963 roku w Tanzanii Erasto B. Mpemba. Wcześniej uwagę na nie zwrócił Arystoteles. Wytłumaczenie tego zjawiska nie jest jednoznaczne, może mieć na niego wpływ wiele czynników:
- różne definicje "zamarznięcia" (czy wtedy kiedy na powierzchni wody tworzy się warstwa lodu, czy kiedy woda zamarza w całej objętości);
- parowanie, które jest procesem endoenergetycznym i jako takie przyspiesza ochłodzenie wody pozostajacej w zbiorniku, a ponadto zmniejsza jej objętość, a zatem również pojemność cieplną;
- konwekcja, która przyspiesza przepływ ciepła;
- osadzanie się szronu na powierzchni naczynia z wodą;
- wcześniejsze wrzenie (a nawet samo podgrzanie) wody zmniejsza zawartość rozpuszczonych w niej gazów;
- przechłodzenie;
- sole mineralne rozpuszczone w wodzie, m.in. węglany wapnia i magnezu (twarda woda), obniżają jej temperaturę zamarzania, a w procesie podgrzewania ich część zostaje wytrącona.
Zjawisko wyjaśnić można, przyglądając się budowie molekularnej wody. Pojedyncza cząsteczka zawiera bowiem spory atom tlenu, do którego za 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 są słabsze od wiązań kowalencyjnych, choć są niezwykle istotne, gdyż to za ich pomocą tworzą się pewne struktury białek, kwasów nukleinowych i wielu innych złożonych substancji o ogromnym znaczeniu biologicznym, a co za tym idzie, umożliwiają one istnienie życia na Ziemi. Ale to dzięki wiązaniom wodorowym woda ma dużo wyższą temperaturę wrzenia niż inne płyny. 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.
