Zašto se topla voda smrzava brže od hladne?

Os Uma
Piše: Irena Dujmušić

Mpemba učinak, pri čemu se topla voda brže smrzava od hladne dugo je predstavljao zagonetku, no rješenje su donijeli fizičari s Nanyang Tehnološkog sveučilišta u Singapuru.

Ovaj učinak je dobio ime po tadašnjem osnovnoškolcu iz Tanzanije koji je 1963. godine primijetio da se vruća mješavina za sladoled smrzava brže od hladne smjese. No i u davnoj povijesti je već zabilježeno isto, u 4.st. pne Aristotel je zapisao: “Činjenica da je voda prethodno ugrijana pridonosi bržem smrzavanju; tako se hladi brže. Stoga, mnogi ljudi, kada žele smrznuti toplu vodu što prije, prvo je stave na sunce.”, a kasnije su to također navodili i Roger Bacon, Giovanni Marliani te Francis Bacon i René Descartes. U srednjoj školi, uz pomoć profesora fizike, dr. Osborna, Mpemba je 1969. napisao članak o ovom efektu.

Teorije o Mpemba efektu su raznolike, između ostalog navodi se brže isparavanje tople vode, čime se smanjuje volumen vode koji će se zamrznuti. Tu je i stvaranje sloja leda na površini hladne vode što djeluje kao izolacija te različite koncentracije otopljenih tvari, poput ugljičnog dioksida, koji se odvodi kada se voda zagrijava. No, učinak se ne pojavljuje uvijek, naime hladna voda se često zapravo zamrzne brže od tople, ali Mpemba učinak se i dalje pojavljuje a da do sada nitko nije utvrdio zašto se to događa.

Fizičari iz Singapura na čelu s Xi Zhangom, našli su dokaze da upravo kemijske veze koje drže vodu zajedno osiguravaju ovaj učinak. Svaka molekula vode se sastoji od jednog atoma kisika vezanog kovalentno na dvije molekule vodika. To uključuje dobro poznatu teoriju dijeljenja elektrona između vezanih atoma. Odvojene molekule vode su također međusobno vezane slabijim snagama generiranim vodikovim vezama. Ove sile se javljaju kada se atom vodika iz jedne molekule vode nalazi u blizini atoma kisika iz druge molekule vode. Istraživači sada sugeriraju da upravo ove veze uzrokuju Mpemba učinak. Oni predlažu da kada su molekule vode dovedene u bliski kontakt, prirodno odbijanje između molekula uzrokuje rastezanje kovalentnih veza i pohranu energije. Kada se tekućina zagrije, vodikove veze se rastežu, voda postaje manje gusta i molekule idu dalje odvojene.

Istezanje u vodikovim vezama omogućuje da se kovalentne veze opuste i ponešto smanje, što uzrokuje da otpuštaju svoju energiju. Proces otpuštanja energije kovalentnih veza u suštini je isto što i hlađenje, stoga bi se topla voda u teoriji trebala brže hladiti od hladne. Izračuni tima upućuju na to da magnituda opuštanja kovalentnih veza objašnjava eksperimentalnu razliku u vremenu koje je potrebno da bi se smrznula i topla i hladna voda.

Izvori: Wikipedia, Science Alert

Advertisements

Leave a Reply

Fill in your details below or click an icon to log in:

WordPress.com Logo

You are commenting using your WordPress.com account. Log Out / Change )

Twitter picture

You are commenting using your Twitter account. Log Out / Change )

Facebook photo

You are commenting using your Facebook account. Log Out / Change )

Google+ photo

You are commenting using your Google+ account. Log Out / Change )

Connecting to %s