„Už sme sa stretli s niektorými zaujímavými vlastnosťami vody, ktoré nám umožňujú žiť konkrétne a živým bytostiam vo všeobecnosti, pokračujme v téme a upozorníme vás na ďalšiu zaujímavú vlastnosť (aj keď nie je jasné, či je pravdivá alebo fiktívna).
Zaujímavosť o vode – Mpembov efekt: vedeli ste, že na internete kolujú fámy, že? horúca voda mrzne rýchlejšie ako zima? Možno to neviete, ale tieto fámy kolujú. A veľmi vytrvalý. O čom sa teda bavíme – o experimentálnej chybe alebo o novej, zatiaľ neprebádanej, zaujímavej vlastnosti vody?
Poďme na to. Legenda, ktorá sa opakuje z miesta na miesto, znie: vezmite dve nádoby s vodou: do jednej nalejte horúcu vodu a do druhej studenú a vložte ich do mrazničky. Horúca voda zamrzne rýchlejšie ako studená. Prečo sa to deje?
V roku 1963 tanzánsky študent menom Erasto B. Mpemba zmrazoval zmrzlinovú zmes, keď si všimol, že horúca zmes tuhne na mraznička rýchlejšie ako zima. Keď sa mladík o svoj objav podelil so svojím učiteľom fyziky, len sa mu vysmial. Našťastie bol študent vytrvalý a presvedčil učiteľa, aby vykonal experiment, ktorý potvrdil jeho objav: určité podmienky Horúca voda v skutočnosti zamrzne rýchlejšie ako studená.
Druhá verzia legendy - Mpemba sa obrátila na veľkého vedca, ktorý sa našťastie nachádzal vedľa Mpembovej africkej školy. A vedec chlapcovi uveril a dvakrát skontroloval, čo sa deje. No, ideme na to... Tento jav, kedy horúca voda mrzne rýchlejšie ako studená voda, sa teraz nazýva „Mpemba efekt“. Pravda, dávno predtým jedinečná nehnuteľnosť vodu zaznamenali Aristoteles, Francis Bacon a René Descartes.
Vedci stále úplne nerozumejú podstate tohto javu, vysvetľujú ho buď rozdielom v podchladení, vyparovaní, tvorbe ľadu, konvekcii, alebo vplyvom skvapalnených plynov na teplú a studenú vodu.
Máme teda Mpembov efekt (Mpemba Paradox) – paradox, ktorý hovorí, že horúca voda (za určitých podmienok) môže zamrznúť rýchlejšie ako studená. Aj keď zároveň musí prejsť teplotou studenej vody počas procesu zmrazovania.
V súlade s tým existujú dva spôsoby, ako sa vysporiadať s paradoxom. Prvým je začať vysvetľovať tento jav, vymýšľať teórie a tešiť sa, že voda je tajomná kvapalina. Alebo môžete ísť inou cestou - vykonajte tento experiment sami. A vyvodiť príslušné závery.
Obráťme sa na ľudí, ktorí skutočne vykonali tento experiment, snažiac sa reprodukovať Mpembov efekt. A zároveň sa pozrime na malú štúdiu, ktorá určuje, „odkiaľ nohy rastú“.
V ruštine sa správa o Mpembovom efekte prvýkrát objavila pred 42 rokmi, ako sa uvádza v časopise „Chemistry and Life“ (1970, č. 1, s. 89). Svedomití zamestnanci spoločnosti „Chémia a život“ sa rozhodli sami vykonať experimenty a boli presvedčení: „horúce mlieko tvrdohlavo odmietalo najskôr zmraziť“. Pre tento výsledok bolo dané prirodzené vysvetlenie: „Horúca tekutina by nemala najskôr zamrznúť. Jej teplota sa totiž musí najskôr rovnať teplote studenej tekutiny.“
Jeden z čitateľov „Chémie a života“ informoval o svojich pokusoch nasledovné (1970, č. 9, s. 81). Mlieko priviedol do varu, ochladil až izbová teplota a dáme do chladničky zároveň s neprevareným mliekom, ktoré malo tiež izbovú teplotu. Uvarené mlieko rýchlejšie zamrzlo. Rovnaký účinok, ale slabší, sa dosiahol, keď sa mlieko zohrialo na 60 °C, a nie do varu. Varenie by mohlo mať zásadný význam: tým sa odparí časť vody a odparí sa svetlejšia časť tuku. V dôsledku toho sa môže zmeniť bod mrazu. Okrem toho pri zahrievaní a najmä pri varení sú možné niektoré chemické premeny organickej časti mlieka.
„Poškodený telefón“ však už začal fungovať a o viac ako 25 rokov neskôr bol tento príbeh opísaný takto: „Časť zmrzliny vychladne rýchlejšie, ak ju po dôkladnom zohriatí vložíte do chladničky. najprv ho nechajte pri nízkej teplote“ („Vedomosť je sila“, 1997, č. 10, s. 100). Na mlieko začali postupne zabúdať a rozhovor sa zvrtol najmä na vodu.
O trinásť rokov neskôr sa v tom istom „Chémia a život“ objavil nasledujúci dialóg: „Ak vyberiete dva poháre do chladu – jeden so studeným a druhý s horúca voda, „ktorá voda potom zamrzne rýchlejšie?... Počkajte do zimy a skontrolujte: teplá voda zamrzne rýchlejšie“ (1993, č. 9, s. 79). O rok neskôr prišiel list jedného svedomitého čitateľa, ktorý v zime usilovne vyťahoval do chladu hrnčeky studenej a horúcej vody a presvedčil sa, že studená voda rýchlejšie zamrzne (1994, č. 11, s. 62).
Podobný experiment sa uskutočnil s použitím chladničky, v ktorej bola mraznička pokrytá silnou vrstvou námrazy. Keď na túto mrazničku dám teplé a studené poháre studená voda, potom sa mráz pod pohármi horúcej vody roztopil, klesli a voda v nich rýchlejšie zamrzla. Keď som položil poháre na námrazu, efekt nebol pozorovaný, keďže námraza pod pohármi sa neroztopila. Účinok sa nedostavil ani vtedy, keď som po rozmrazení chladničky položil poháre na mrazničku, ktorá nebola pokrytá námrazou. To dokazuje, že príčinou účinku je rozmrazovanie námrazy pod šálkami horúcej vody ("Chémia a život" 2000, č. 2, s. 55).
Príbeh o paradoxe, ktorý si všimol tanzánsky chlapec, opakovane sprevádzala zmysluplná poznámka – vraj netreba zanedbávať žiadne informácie, ani veľmi zvláštne. Želanie je dobré, ale nerealizovateľné. Ak najskôr nevyfiltrujeme nespoľahlivé informácie, utopíme sa v nich. A nepravdepodobné informácie sú najčastejšie nesprávne. Okrem toho sa často stáva (ako v prípade Mpemba efektu), že nepravdepodobnosť je dôsledkom skreslenia informácie počas procesu prenosu.
Je to teda zaujímavé o vode vo všeobecnosti a najmä o Mpembovom efekte - nie vždy je to pravda :)
Viac podrobností na stránke http://wsyachina.narod.ru/physics/mpemba.html
V roku 1963 položil tanzánsky školák menom Erasto Mpemba svojmu učiteľovi hlúpu otázku – prečo teplá zmrzlina v jeho mrazničke zamrzla rýchlejšie ako studená?
Byť študentom Magambinskaja stredná škola v Tanzánii urobil Erasto Mpemba praktická práca vo varení. Potreboval urobiť domácu zmrzlinu – uvariť mlieko, rozpustiť v ňom cukor, ochladiť na izbovú teplotu a potom dať zamraziť do chladničky. Mpemba zjavne nebol mimoriadne usilovným študentom a s dokončením prvej časti úlohy meškal. Zo strachu, že to do konca hodiny nestihne, dal ešte horúce mlieko do chladničky. Na jeho prekvapenie zamrzlo ešte skôr ako mlieko jeho súdruhov, pripravené podľa danej technológie.
Obrátil sa na učiteľa fyziky so žiadosťou o vysvetlenie, ale ten sa študentovi iba vysmial a povedal: „Toto nie je univerzálna fyzika, ale fyzika Mpemba. Potom Mpemba experimentoval nielen s mliekom, ale aj s obyčajnou vodou.
V každom prípade, už ako študent na strednej škole Mkwava sa profesora Dennisa Osbornea z University College v Dar Es Salaam (pozvaný riaditeľom školy, aby študentom prednášal o fyzike) pýtal konkrétne na vodu: „Ak si vezmete dve rovnaké nádoby s rovnakým objemom vody, takže v jednej z nich má voda teplotu 35 ° C a v druhej - 100 ° C a vložte ich do mrazničky, potom v druhej voda rýchlejšie zamrzne. Prečo?" Osborne sa začal o túto problematiku zaujímať a čoskoro, v roku 1969, on a Mpemba publikovali výsledky svojich experimentov v časopise Physics Education. Odvtedy sa efekt, ktorý objavili, nazýva Mpemba efekt.
Zaujíma vás, prečo sa to deje? Len pred pár rokmi sa vedcom podarilo tento jav vysvetliť...
Mpembov efekt (Mpembov paradox) je paradox, ktorý hovorí, že horúca voda za určitých podmienok zamŕza rýchlejšie ako studená voda, hoci počas procesu zmrazovania musí prejsť teplotou studenej vody. Tento paradox je experimentálnym faktom, ktorý je v rozpore so zaužívanými predstavami, podľa ktorých za rovnakých podmienok trvá viac zohriatemu telesu na ochladenie na určitú teplotu viac času ako menej zohriatemu telesu na ochladenie na rovnakú teplotu.
Tento jav si vo svojej dobe všimli Aristoteles, Francis Bacon a René Descartes. Doteraz nikto presne nevie, ako tento zvláštny efekt vysvetliť. Vedci nemajú jedinú verziu, aj keď ich je veľa. Všetko je to o rozdiele vo vlastnostiach teplej a studenej vody, ale zatiaľ nie je jasné, ktoré vlastnosti hrajú v tomto prípade úlohu: rozdiel v podchladení, vyparovaní, tvorbe ľadu, konvekcii alebo vplyve skvapalnených plynov na vodu, keď rozdielne teploty. Paradoxom Mpemba efektu je, že čas, počas ktorého sa teleso ochladí na teplotu okolia, by malo byť úmerné teplotnému rozdielu medzi týmto telesom a prostredím. Tento zákon zaviedol Newton a odvtedy bol v praxi mnohokrát potvrdený. Pri tomto efekte sa voda s teplotou 100°C ochladí na teplotu 0°C rýchlejšie ako rovnaké množstvo vody s teplotou 35°C.
Odvtedy boli vyjadrené rôzne verzie, z ktorých jedna bola nasledovná: časť horúcej vody sa najskôr jednoducho odparí a potom, keď jej zostane menej, voda rýchlejšie zamrzne. Táto verzia sa vďaka svojej jednoduchosti stala najobľúbenejšou, ale vedcov úplne neuspokojila.
Teraz tím výskumníkov z technologickej univerzity Nanyang v Singapure pod vedením chemika Xi Zhanga tvrdí, že vyriešili odvekú záhadu, prečo teplá voda zamŕza rýchlejšie ako studená. Ako zistili čínski odborníci, tajomstvo spočíva v množstve energie uloženej vo vodíkových väzbách medzi molekulami vody.
Ako viete, molekuly vody pozostávajú z jedného atómu kyslíka a dvoch atómov vodíka držaných pohromade kovalentnými väzbami, čo na úrovni častíc vyzerá ako výmena elektrónov. Ďalší známy fakt spočíva v tom, že atómy vodíka sú priťahované k atómom kyslíka zo susedných molekúl – a vznikajú vodíkové väzby.
Zároveň sa molekuly vody vo všeobecnosti navzájom odpudzujú. Vedci zo Singapuru si všimli: čím je voda teplejšia, tým väčšia je vzdialenosť medzi molekulami kvapaliny v dôsledku zvýšenia odpudivých síl. V dôsledku toho sa vodíkové väzby naťahujú, a preto ukladajú viac energie. Táto energia sa uvoľní, keď sa voda ochladí – molekuly sa priblížia k sebe. A uvoľňovanie energie, ako je známe, znamená ochladzovanie.
Tu sú predpoklady predložené vedcami:
Odparovanie
Horúca voda sa z nádoby rýchlejšie odparuje, čím sa zmenšuje jej objem a menší objem vody pri rovnakej teplote rýchlejšie zamrzne. Voda zohriata na 100 °C stratí pri ochladení na 0 °C 16 % svojej hmoty. Účinok odparovania je dvojitý. Po prvé, množstvo vody potrebné na chladenie klesá. A po druhé, v dôsledku vyparovania sa jeho teplota znižuje.
Teplotný rozdiel
Vzhľadom na to, že teplotný rozdiel medzi teplou vodou a studeným vzduchom je väčší, výmena tepla je v tomto prípade intenzívnejšia a horúca voda rýchlejšie chladne.
Podchladenie
Keď sa voda ochladí pod 0 °C, nie vždy zamrzne. Za určitých podmienok môže prejsť podchladením, pričom pri teplotách pod bodom mrazu zostane tekutý. V niektorých prípadoch môže voda zostať tekutá aj pri teplote -20°C. Dôvodom tohto efektu je, že na to, aby sa začali vytvárať prvé kryštály ľadu, sú potrebné centrá tvorby kryštálov. Ak nie sú prítomné v kvapalnej vode, podchladenie bude pokračovať, kým teplota neklesne natoľko, aby sa kryštály spontánne vytvorili. Keď sa začnú tvoriť v podchladenej kvapaline, začnú rásť rýchlejšie, pričom sa vytvorí kašovitý ľad, ktorý zamrzne a vytvorí ľad. Horúca voda je najviac náchylná na podchladenie, pretože jej zahrievanie odstraňuje rozpustené plyny a bubliny, ktoré zase môžu slúžiť ako centrá pre tvorbu ľadových kryštálikov. Prečo podchladenie spôsobuje rýchlejšie zamrznutie horúcej vody? V prípade studenej vody, ktorá nie je podchladená, sa deje nasledovné: na jej povrchu a tenká vrstvaľad, ktorý pôsobí ako izolant medzi vodou a studeným vzduchom, čím zabraňuje ďalšiemu vyparovaniu. Rýchlosť tvorby ľadových kryštálov bude v tomto prípade nižšia. V prípade horúcej vody podrobenej podchladeniu nemá podchladená voda ochrannú povrchovú vrstvu ľadu. Preto cez otvorený vrch oveľa rýchlejšie stráca teplo. Keď sa proces podchladenia skončí a voda zamrzne, stratí sa oveľa viac tepla, a preto sa vytvorí viac ľadu. Mnohí výskumníci tohto účinku považujú hypotermiu za hlavný faktor v prípade Mpemba efektu.
Konvekcia
Studená voda začína zamŕzať zhora, čím sa zhoršujú procesy vyžarovania a prúdenia tepla, a tým aj tepelné straty, zatiaľ čo horúca voda začína zamŕzať zdola. Tento efekt sa vysvetľuje anomáliou v hustote vody. Voda má maximálnu hustotu pri 4°C. Ak vodu schladíte na 4°C a umiestnite ju do prostredia s nižšou teplotou, povrchová vrstva vody rýchlejšie zamrzne. Pretože táto voda má menšiu hustotu ako voda pri 4 °C, zostane na povrchu a vytvorí tenkú studenú vrstvu. Za týchto podmienok sa na povrchu vody v priebehu krátkej doby vytvorí tenká vrstva ľadu, ale táto vrstva ľadu bude pôsobiť ako izolant, chrániaci spodné vrstvy vody, ktoré zostanú pri teplote 4°C. . Preto bude ďalší proces chladenia pomalší. V prípade teplej vody je situácia úplne iná. Povrchová vrstva vody sa rýchlejšie ochladí v dôsledku vyparovania a väčšieho teplotného rozdielu. Vrstvy studenej vody sú tiež hustejšie ako vrstvy horúcej vody, takže vrstva studenej vody klesne, čím sa vrstva zvýši teplá voda na povrch. Táto cirkulácia vody zabezpečuje rýchly pokles teploty. Prečo však tento proces nedosiahne rovnovážny bod? Pre vysvetlenie Mpemba efektu z pohľadu konvekcie by bolo potrebné predpokladať, že studená a horúca vrstva vody sa oddelí a samotný konvekčný proces pokračuje po r. priemerná teplota voda klesne pod 4°C. Neexistujú však žiadne experimentálne dôkazy na podporu tejto hypotézy, že studené a horúce vrstvy vody sú oddelené procesom konvekcie.
Plyny rozpustené vo vode
Voda vždy obsahuje rozpustené plyny - kyslík a oxid uhličitý. Tieto plyny majú schopnosť znižovať bod tuhnutia vody. Pri zahrievaní vody sa tieto plyny uvoľňujú z vody, pretože ich rozpustnosť vo vode je vysoká vysoká teplota nižšie. Preto pri ochladzovaní horúcej vody vždy obsahuje menej rozpustených plynov ako v neohriatej vode. studená voda. Preto je bod tuhnutia ohriatej vody vyšší a rýchlejšie zamrzne. Tento faktor sa niekedy považuje za hlavný pri vysvetľovaní Mpembovho efektu, hoci neexistujú žiadne experimentálne údaje potvrdzujúce túto skutočnosť.
Tepelná vodivosť
Tento mechanizmus môže hrať významnú úlohu, keď je voda umiestnená v mrazničke chladiaca komora v malých nádobách. Za týchto podmienok bolo pozorované, že nádoba s horúcou vodou roztopí ľad v mrazničke pod ňou, čím sa zlepší tepelný kontakt so stenou mrazničky a tepelná vodivosť. Vďaka tomu sa teplo z nádoby na teplú vodu odvádza rýchlejšie ako zo studenej. Nádoba so studenou vodou zasa neroztopí sneh pod ňou. Všetky tieto (ale aj iné) podmienky boli skúmané v mnohých experimentoch, no jednoznačná odpoveď na otázku - ktoré z nich zabezpečujú 100% reprodukciu Mpembovho efektu - sa nikdy nepodarilo získať. Napríklad v roku 1995 nemecký fyzik David Auerbach skúmal vplyv podchladzovacej vody na tento efekt. Zistil, že horúca voda, ktorá dosiahne podchladený stav, zamrzne pri vyššej teplote ako studená voda, a teda rýchlejšie ako studená voda. Ale studená voda dosiahne podchladený stav rýchlejšie ako horúca voda, čím kompenzuje predchádzajúce oneskorenie. Navyše Auerbachove výsledky boli v rozpore s predchádzajúcimi údajmi, že horúca voda bola schopná dosiahnuť väčšie podchladenie vďaka menšiemu počtu kryštalizačných centier. Pri zohrievaní vody sa z nej odstraňujú plyny v nej rozpustené a pri varení sa vyzrážajú niektoré soli rozpustené v nej. Zatiaľ možno konštatovať len jedno: reprodukcia tohto efektu výrazne závisí od podmienok, za ktorých sa experiment uskutočňuje. Práve preto, že nie vždy sa reprodukuje.
Ale ako sa hovorí, najpravdepodobnejší dôvod.
Ako píšu chemici vo svojom článku, ktorý možno nájsť na predtlačovej stránke arXiv.org, vodíkové väzby sú silnejšie v horúcej vode ako v studenej vode. Ukazuje sa teda, že vo vodíkových väzbách horúcej vody sa ukladá viac energie, čo znamená, že sa jej viac uvoľňuje pri ochladzovaní na mínusové teploty. Z tohto dôvodu dochádza k rýchlejšiemu vytvrdzovaniu.
Vedci dodnes túto záhadu vyriešili len teoreticky. Keď predložia presvedčivé dôkazy o svojej verzii, otázku, prečo horúca voda zamrzne rýchlejšie ako studená, možno považovať za uzavretú.
Voda je jedna z najúžasnejších kvapalín na svete, ktorá má nezvyčajné vlastnosti. Napríklad ľad je pevné skupenstvo kvapaliny, má špecifická hmotnosť nižšie ako samotná voda, čo urobilo veľa možný výskyt a vývoj života na Zemi. Okrem toho sa v pseudovedeckom a vedeckom svete diskutuje o tom, ktorá voda zamrzne rýchlejšie – horúca alebo studená. Každý, kto dokáže, že horúca kvapalina za určitých podmienok zamrzne rýchlejšie a vedecky podloží svoje riešenie, dostane od Britskej kráľovskej spoločnosti chemikov odmenu 1 000 libier.
Pozadie
Skutočnosť, že za určitých podmienok horúca voda zamrzne rýchlejšie ako studená, bola zaznamenaná už v stredoveku. Francis Bacon a René Descartes vynaložili veľa úsilia na vysvetlenie tohto fenoménu. Z pohľadu klasickej tepelnej techniky sa však tento paradox vysvetliť nedá a snažili sa to ostýchavo ututlať. Impulzom na pokračovanie debaty bol trochu kuriózny príbeh, ktorý sa stal v roku 1963 tanzánijskému školákovi Erastovi Mpembovi. Jedného dňa, počas hodiny výroby dezertov v kuchárskej škole, chlapec, rozptýlený inými vecami, nestihol včas vychladnúť zmrzlinovú zmes a vložil do mrazničky horúci roztok cukru v mlieku. Na jeho prekvapenie sa produkt ochladzoval o niečo rýchlejšie ako jeho kolegovia praktizujúci, ktorí to pozorovali teplotný režim výrobu zmrzliny.
V snahe pochopiť podstatu tohto javu sa chlapec obrátil na učiteľa fyziky, ktorý bez toho, aby zachádzal do podrobností, zosmiešňoval svoje kulinárske experimenty. Erasto sa však vyznačoval závideniahodnou húževnatosťou a pokračoval vo svojich experimentoch nie na mlieku, ale na vode. Presvedčil sa, že v niektorých prípadoch horúca voda zamrzne rýchlejšie ako studená.
Po vstupe na univerzitu v Dar es Salaame sa Erasto Mpembe zúčastnil prednášky profesora Dennisa G. Osbornea. Po jej skončení si študentka zamotala hlavu s problémom o rýchlosti zamŕzania vody v závislosti od jej teploty. D.G. Osborne zosmiešnil samotné položenie otázky a s nadhľadom vyhlásil, že každý chudobný študent vie, že studená voda zamrzne rýchlejšie. Prirodzená húževnatosť mladého muža sa však prejavila. Stavil sa s profesorom a navrhol vykonať experimentálny test priamo tu v laboratóriu. Erasto umiestnil do mrazničky dve nádoby s vodou, jednu s teplotou 95 °F (35 °C) a druhú s teplotou 212 °F (100 °C). Predstavte si prekvapenie profesora a okolitých „fanúšikov“, keď voda v druhej nádobe rýchlejšie zamrzla. Odvtedy sa tento jav nazýva „Mpembov paradox“.
Dodnes však neexistuje koherentná teoretická hypotéza vysvetľujúca „Mpembov paradox“. Nie je jasné, aké vonkajšie faktory chemické zloženie voda, prítomnosť rozpustených plynov v nej a minerály ovplyvňujú rýchlosť tuhnutia kvapalín pri rôznych teplotách. Paradoxom “Mpemba efektu” je, že odporuje jednému zo zákonov objavených I. Newtonom, ktorý tvrdí, že čas chladenia vody je priamo úmerný teplotnému rozdielu medzi kvapalinou a prostredím. A ak všetky ostatné kvapaliny úplne dodržiavajú tento zákon, potom je voda v niektorých prípadoch výnimkou.
Prečo horúca voda mrzne rýchlejšie?T
Existuje niekoľko verzií, prečo horúca voda zamrzne rýchlejšie ako studená. Hlavné sú:
- horúca voda sa rýchlejšie vyparuje, pričom sa jej objem zmenšuje a menší objem kvapaliny rýchlejšie chladne - pri chladení vody z + 100°C na 0°C objemové straty atmosferický tlak dosiahnuť 15 %;
- Čím väčší je teplotný rozdiel, tým vyššia je teda intenzita výmeny tepla medzi kvapalinou a prostredím tepelné straty vriaca voda prechádza rýchlejšie;
- keď sa horúca voda ochladí, na jej povrchu sa vytvorí ľadová kôra, ktorá zabráni úplnému zamrznutiu a odpareniu kvapaliny;
- pri vysokých teplotách vody dochádza ku konvekčnému miešaniu, čím sa skracuje čas mrazenia;
- Plyny rozpustené vo vode znižujú bod tuhnutia a odoberajú energiu na tvorbu kryštálov – v horúcej vode nie sú rozpustené plyny.
Všetky tieto podmienky boli opakovane experimentálne testované. Najmä nemecký vedec David Auerbach zistil, že teplota kryštalizácie horúcej vody je o niečo vyššia ako teplota studenej vody, čo umožňuje rýchlejšie zamrznutie prvej. Neskôr však boli jeho experimenty kritizované a mnohí vedci sú presvedčení, že „Mpembov efekt“, ktorý určuje, ktorá voda mrzne rýchlejšie – horúca alebo studená, sa dá reprodukovať len za určitých podmienok, ktoré doteraz nikto nehľadal a nešpecifikoval.
Jeden z mojich obľúbených predmetov v škole bola chémia. Raz nám učiteľ chémie dal veľmi zvláštnu a ťažkú úlohu. Dal nám zoznam otázok, na ktoré sme museli odpovedať z hľadiska chémie. Na túto úlohu sme dostali niekoľko dní a mohli sme využívať knižnice a iné dostupné zdroje informácií. Jedna z týchto otázok sa týkala bodu mrazu vody. Nepamätám si presne, ako tá otázka znela, ale išlo o to, čo ak si vezmete dve drevené vedrá rovnaká veľkosť, jeden s horúcou vodou, druhý so studenou vodou (presne zadanej teploty), a umiestniť ich do prostredia s určitou teplotou, ktorá rýchlejšie zamrzne? Samozrejme, odpoveď sa hneď navrhla – vedro studenej vody, no zdalo sa nám to príliš jednoduché. Ale na úplnú odpoveď to nestačilo, potrebovali sme to dokázať z chemického hľadiska. Napriek všetkému premýšľaniu a skúmaniu som nedokázal dospieť k logickému záveru. V ten deň som sa dokonca rozhodol túto lekciu vynechať, takže som sa nikdy nenaučil riešenie tejto hádanky.
Roky plynuli a ja som sa naučil mnoho každodenných mýtov o bode varu a bode tuhnutia vody a jeden mýtus hovoril: „horúca voda zamrzne rýchlejšie“. Pozrel som si veľa webových stránok, ale informácie boli príliš protichodné. A boli to len názory, z vedeckého hľadiska nepodložené. A rozhodol som sa uskutočniť svoj vlastný experiment. Keďže som nenašiel drevené vedrá, použil som mrazničku, sporák, trochu vody a digitálny teplomer. O výsledkoch mojej skúsenosti vám poviem trochu neskôr. Najprv sa s vami podelím o niekoľko zaujímavých argumentov o vode:
Horúca voda zamrzne rýchlejšie ako studená. Väčšina odborníkov tvrdí, že studená voda zamrzne rýchlejšie ako horúca. Jeden vtipný jav (takzvaný Memba efekt) však z neznámych dôvodov dokazuje opak: Horúca voda zamrzne rýchlejšie ako studená. Jedným z niekoľkých vysvetlení je proces vyparovania: ak sa veľmi horúca voda umiestni do chladného prostredia, voda sa začne odparovať (zvyšné množstvo vody rýchlejšie zamrzne). A podľa zákonov chémie to vôbec nie je mýtus a s najväčšou pravdepodobnosťou to chcel od nás učiteľ počuť.
Prevarená voda rýchlejšie zamrzne voda z vodovodu. Napriek predchádzajúcemu vysvetleniu niektorí odborníci tvrdia, že prevarená voda Po ochladení na izbovú teplotu by mala rýchlejšie zamrznúť, pretože varom sa znižuje množstvo kyslíka.
Studená voda vrie rýchlejšie ako horúca voda. Ak horúca voda zamrzne rýchlejšie, potom možno studená voda rýchlejšie vrie! To je v rozpore so zdravým rozumom a vedci tvrdia, že to jednoducho nemôže byť. Horúca voda z vodovodu by v skutočnosti mala vrieť rýchlejšie ako studená voda. Ale použitie horúcej vody na varenie nešetrí energiu. Môžete spotrebovať menej plynu alebo svetla, ale ohrievač vody spotrebuje rovnaké množstvo energie, aké je potrebné na ohrev studenej vody. (S solárna energia veci sú trochu iné). V dôsledku ohrevu vody ohrievačom vody sa môže objaviť sediment, takže ohrev vody bude trvať dlhšie.
Ak do vody pridáte soľ, bude vrieť rýchlejšie. Soľ zvyšuje bod varu (a podľa toho znižuje bod tuhnutia – preto si niektoré gazdinky pridávajú do zmrzliny trochu kamennej soli). Ale sme v tom v tomto prípade Zaujíma ma ďalšia otázka: ako dlho bude voda vrieť a či bod varu môže v tomto prípade stúpnuť nad 100 °C). Napriek tomu, čo hovoria kuchárske knihy, vedci tvrdia, že množstvo soli, ktoré pridávame do vriacej vody, nestačí na ovplyvnenie doby alebo teploty varu.
Ale tu je to, čo som dostal:
Studená voda: Použil som tri 100 ml sklenené poháre čistenej vody: jeden pohár s izbovou teplotou (72 °F/22 °C), jeden s horúcou vodou (115 °F/46 °C) a jeden s prevarenou vodou (212 °F/100 °C). Všetky tri poháre som dala do mrazničky na -18°C. A keďže som vedel, že voda sa hneď nezmení na ľad, určil som stupeň zamrznutia pomocou „dreveného plaváka“. Keď sa tyčinka umiestnená v strede pohára už nedotýkala základne, považoval som vodu za zamrznutú. Kontroloval som okuliare každých päť minút. A aké sú moje výsledky? Voda v prvom pohári zamrzla po 50 minútach. Horúca voda zamrzla po 80 minútach. Varené - po 95 minútach. Moje zistenia: Vzhľadom na podmienky v mrazničke a použitú vodu som nebol schopný reprodukovať efekt Memba.
Tento experiment som vyskúšal aj s predtým prevarenou vodou, ktorá vychladla na izbovú teplotu. Zamrzol do 60 minút – aj tak to trvalo dlhšie ako zamrznutie studenej vody.
Prevarená voda: Vzal som liter vody izbovej teploty a dal som ju na oheň. Za 6 minút sa to uvarilo. Potom som ju schladil späť na izbovú teplotu a pridal som ju do nej, kým bola horúca. Pri tom istom ohni sa horúca voda uvarila za 4 hodiny a 30 minút. Záver: Podľa očakávania horúca voda vrie oveľa rýchlejšie.
Prevarená voda (so soľou): Na 1 liter vody som pridala 2 veľké polievkové lyžice kuchynskej soli. Uvaril za 6 minút 33 sekúnd a ako ukázal teplomer, dosiahol teplotu 102°C. Soľ nepochybne ovplyvňuje bod varu, ale nie veľmi. Záver: soľ vo vode veľmi neovplyvňuje teplotu a čas varu. Úprimne priznávam, že moju kuchyňu možno len ťažko nazvať laboratóriom a možno moje závery odporujú realite. Moja mraznička nemusí zmraziť potraviny rovnomerne. Moje sklenené okuliare by mohli byť nepravidelný tvar, Atď. Ale bez ohľadu na to, čo sa deje v laboratóriu, pri zmrazovaní alebo varení vody v kuchyni je najdôležitejší zdravý rozum.
prepojenie so zaujímavými faktami o vode, všetko o vode
ako sa uvádza na forum.ixbt.com, tento efekt (efekt zmrazovania horúcej vody rýchlejšie ako studenej vody) sa nazýva „Aristotelov-Mpembov efekt“
Tie. Prevarená voda (chladená) zamrzne rýchlejšie ako „surová“
Voda- z chemického hľadiska celkom jednoduchá látka, má však množstvo nezvyčajné vlastnosti, ktorý vedcov neprestáva udivovať. Nižšie uvádzame niekoľko faktov, o ktorých vie len málokto.
1. Ktorá voda zamrzne rýchlejšie – studená alebo horúca?
Vezmime si dve nádoby s vodou: do jednej nalejeme horúcu vodu a do druhej studenú a dáme do mrazničky. Horúca voda zamrzne rýchlejšie ako studená, aj keď logicky by sa studená mala najskôr zmeniť na ľad: veď horúca voda sa musí najskôr ochladiť na studenú teplotu a potom sa premení na ľad, zatiaľ čo studená voda chladiť nemusí. Prečo sa to deje?
V roku 1963 si tanzánsky študent menom Erasto B. Mpemba pri zmrazovaní zmrzlinovej zmesi všimol, že horúca zmes tuhne v mrazničke rýchlejšie ako studená. Keď sa mladík o svoj objav podelil so svojím učiteľom fyziky, len sa mu vysmial. Našťastie bol študent vytrvalý a presvedčil učiteľa, aby urobil experiment, ktorý potvrdil jeho objav: za určitých podmienok horúca voda skutočne zamrzne rýchlejšie ako studená.
Teraz sa tento jav zmrazovania horúcej vody rýchlejšie ako studenej vody nazýva „ Mpemba efekt" Pravda, dávno pred ním túto jedinečnú vlastnosť vody zaznamenali Aristoteles, Francis Bacon a René Descartes.
Vedci stále úplne nerozumejú podstate tohto javu, vysvetľujú ho buď rozdielom v podchladení, vyparovaní, tvorbe ľadu, konvekcii, alebo vplyvom skvapalnených plynov na teplú a studenú vodu.
2. Môže okamžite zamrznúť
Každý to vie voda pri ochladení na 0°C sa vždy zmení na ľad... až na niektoré výnimky! Takýmto prípadom je napríklad prechladzovanie, ktoré je vlastnosťou veľmi čistá voda zostávajú tekuté aj pri ochladení pod bod mrazu. Tento jav je možný vďaka tomu, že životné prostredie neobsahuje centrá ani jadrá kryštalizácie, ktoré by mohli spustiť tvorbu ľadových kryštálikov. A tak voda zostáva vo vnútri tekutá forma, a to aj pri ochladení na teploty pod nula stupňov Celzia.
Proces kryštalizácie môžu byť spôsobené napríklad bublinami plynu, nečistotami (kontaminantmi) alebo nerovným povrchom nádoby. Bez nich zostane voda v tekutom stave. Keď sa spustí proces kryštalizácie, môžete sledovať, ako sa podchladená voda okamžite mení na ľad.
Všimnite si, že „prehriata“ voda tiež zostáva tekutá, aj keď je zahriata nad jej bod varu.
3. 19 stavov vody
Bez váhania pomenujte, koľko rôznych stavov má voda? Ak ste odpovedali tri: pevná látka, kvapalina, plyn, tak ste sa mýlili. Vedci rozlišujú najmenej 5 rôznych stavov vody v tekutej forme a 14 stavov v zmrazenej forme.
Pamätáte si na rozhovor o super vychladenej vode? Takže nech robíte čokoľvek, pri -38 °C sa aj tá najčistejšia super vychladená voda zrazu zmení na ľad. Čo sa stane pri ďalšom poklese teploty? Pri -120 °C sa s vodou začne diať niečo zvláštne: stane sa superviskózna alebo viskózna, ako melasa, a pri teplotách pod -135 °C sa zmení na „sklovitú“ alebo „sklovitú“ vodu - pevný, v ktorom nie je žiadna kryštálová štruktúra.
4. Voda fyzikov prekvapuje
Zapnuté molekulárnej úrovni voda je ešte prekvapivejšia. V roku 1995 experiment s rozptylom neutrónov, ktorý uskutočnili vedci, priniesol neočakávaný výsledok: fyzici zistili, že neutróny zamerané na molekuly vody „vidia“ o 25 % menej vodíkových protónov, ako sa očakávalo.
Ukázalo sa, že rýchlosťou jednej attosekundy (10 - 18 sekúnd) dochádza k nezvyčajnému kvantovému efektu a chemický vzorec namiesto toho vodu H2O, stáva sa H1,5O!
5. Pamäť vody
Alternatíva oficiálna medicína homeopatia uvádza, že zriedený rozt liek môže poskytnúť liečivý účinok na tele, aj keď je faktor riedenia taký vysoký, že v roztoku nezostane nič okrem molekúl vody. Zástancovia homeopatie vysvetľujú tento paradox konceptom s názvom „ vodná pamäť“, podľa ktorého má voda na molekulárnej úrovni „pamäť“ látky, ktorá v nej bola kedysi rozpustená a zachováva si vlastnosti roztoku v pôvodnej koncentrácii po tom, čo v nej nezostane ani jedna molekula zložky.
Medzinárodný tím vedcov pod vedením profesorky Madeleine Ennis z Queen's University of Belfast, ktorý kritizoval princípy homeopatie, uskutočnil v roku 2002 experiment, aby tento koncept raz a navždy vyvrátil. Výsledok bol opačný. Potom vedci uviedli, že boli schopní dokázať realitu účinku “ vodná pamäť" Experimenty realizované pod dohľadom nezávislých odborníkov však nepriniesli výsledky. Spory o existencii fenoménu " vodná pamäť"ďalej.
Voda má mnoho ďalších nezvyčajných vlastností, o ktorých sme v tomto článku nehovorili. Napríklad hustota vody sa mení v závislosti od teploty (hustota ľadu je menšia ako hustota vody); voda má pomerne vysoké povrchové napätie; v kvapalnom stave je voda zložitou a dynamicky sa meniacou sieťou zhlukov vody a práve správanie zhlukov ovplyvňuje štruktúru vody atď.
O týchto a mnohých ďalších neočakávaných funkciách voda si môžete prečítať v článku “ Anomálne vlastnosti vody“, ktorého autorom je Martin Chaplin, profesor Londýnskej univerzity.