A múlt héten a szingapúri Nanyang Technológiai Egyetem Villamos- és Elektronikai Mérnöki Karának kutatói az Mpemba-effektus eddigi legvalószínűbb magyarázatát találták meg.

Valószínűleg hallottál már arról, hogy a forró víz gyorsabban megfagy, mint a hideg víz: ez az Mpemba-effektus. Nincs vita arról, hogy az Mpemba-effektus létezik. Számos ellenőrzött kísérletben megfigyelték. Arisztotelész jegyezte meg először a létezését, amikor több mint két évezreddel ezelőtt arról írt, hogy a jéghalászok felmelegítik a vizet, hogy az gyorsabban megfagyjon.

A hatás a tanzániai Erasto Mpembáról kapta a nevét, aki 1963-ban, középiskolás diákként észrevette, hogy a forró fagylaltkeverékek gyorsabban fagynak meg, mint a hideg fagylaltkeverékek. A múlt heti tanulmányig a leghihetőbb munkát az érdeklődő laikus James Brownridge végezte, aki azt javasolta, hogy a víz melegítése megváltoztatja a szennyeződések jellegét, ami viszont megváltoztatja a fagyáspontját (megfigyelte, hogy a legtöbb víz valójában 0 °C felett szuperhűl, és csak jóval e hőmérséklet alatt kezd kristályosodni).

Most az új tanulmány azt állítja, hogy a hatásnak valóban van kémiai magyarázata, méghozzá olyan, amely matematikailag is illeszkedik a megfigyelt adatokhoz. Ez az első magyarázat, amely képes erre. A vízmolekulák két hidrogénmolekulából állnak, amelyek elsősorban erős kovalens kötésekkel kapcsolódnak egy oxigénmolekulához.

Normális esetben a kovalens kötések melegítés hatására megpuhulnak és meghosszabbodnak. A vízben azonban a hidrogénkötések egyedi tulajdonságai miatt (az egyik vízmolekula hidrogénatomjai és a szomszédos molekula oxigénmolekulája közötti kölcsönhatás) éppen az ellenkezője történik.

Ahogy egy víztömeg energiát vesz fel, a hidrogénkötések megnyúlnak (és az egyes vízmolekulák eltávolodnak egymástól), de az egyes molekulákon belüli kovalens kötések rövidebbek és merevebbek lesznek. Ugyanez történik, amikor a víz megfagy. Tehát a felmelegített víz egyedi molekuláris szinten jobban hasonlít a fagyott vízre, mint a kezdeti hidegebb víz.

Ennél is fontosabb, hogy az ezekben a zsugorodott kovalens kötésekben lévő energia felszabadulásának sebessége exponenciálisan függ attól, hogy eredetileg mennyi energiát tároltak. A forró vízben gyakorlatilag rugóként van felcsévélt energia, amely felszabadul, amikor elkezdjük hűteni, és így gyorsabban lehűl és megfagy.

(Forrás: SeriousEats)