Το ζεστό νερό παγώνει πιο γρήγορα από το κρύο διότι …

Posted on 02/11/2013

10


ice_2259923b
To 2012 η Royal Society of Chemistry της Μεγάλης Βρετανίας , έδινε βραβείο 1250 ευρώ σ’ αυτόν που θα απαντούσε ικανοποιητικά στην ερώτηση: «Γιατί το ζεστό νερό παγώνει πιο γρήγορα από το κρύο;» (διαβάστε ΕΔΩ).

Πρόκειται για ένα αμφιλεγόμενο φαινόμενο γνωστό από την εποχή του Αριστοτέλη (του οποίου η ερμηνεία ήταν λανθασμένη) και μελετήθηκε επίσης από τους φιλοσόφους Francis Bacon και René Descartes.

Αναφέρεται συνήθως ως φαινόμενο Mpemba, από το όνομα ενός Τανζανού μαθητή, που παρατήρησε (1963) πραγματοποιώντας ένα πείραμα σε τάξη μαγειρικής,  ότι ένα ζεστό μίγμα πάγωνε πιο γρήγορα από ένα κρύο. Όταν ρώτησε τους  καθηγητές του για το φαινόμενο αυτό,  αρχικά εισέπραξε ειρωνεία.
Ευτυχώς όμως γι αυτόν, ένας καθηγητής Φυσικής, ο Osborne, επανέλαβε το πείραμα και επιβεβαίωσε τις παρατηρήσεις Mpemba.

Έτσι, το 1968 οι E B Mpemba και D G Osborne δημοσίευσαν την εργασία με τίτλο: “Cool?” με συγγραφείς τους E B Mpemba και D G Osborne, όπου διαπιστώνεται πως σε ορισμένες συνθήκες, πράγματι το ζεστό νερό παγώνει πιο γρήγορα από το κρύο.

Στον διαγωνισμό της Βασιλικής Εταιρίας Χημείας έλαβαν μέρος πάνω από 22000 άτομα και το βραβείο δόθηκε στην εργασία του Nikola Bregovic: «Mpemba effect from a viewpoint of an experimental physical chemist«.

Παρ’ όλα αυτά δυο φυσικοί από το πανεπιστήμιο Nanyang της Σιγκαπούρης, υποστηρίζουν ότι έδωσαν μια πιο ολοκληρωμένη ερμηνεία του φαινομένου παίρνοντας υπόψη τους τις μοριακές αλληλεπιδράσεις μεταξύ των μορίων του νερού.

Στο μόριο του νερού τα δυο υδρογόνα ενώνονται με ομοιοπολικό δεσμό με το άτομο του οξυγόνου. Επίσης, τα μόρια του νερού συνδέονται με τα γειτονικά τους μόρια σχηματίζοντας δεσμούς υδρογόνου. Οι δεσμοί υδρογόνου είναι ηλεκτροστατικής φύσης και ευθύνονται μεταξύ άλλων για την μεγάλη επιφανειακή τάση του νερού και για ττην υψηλή θερμοκρασία βρασμού σε σύγκριση με άλλα υγρά.

Δεσμός υδρογόνου (διακεκομμένη) μεταξύ δυο μορίων νερού

Δεσμός υδρογόνου (διακεκομμένη) μεταξύ δυο μορίων νερού

Οι Sun Changqing και Xi Zhang έδειξαν πως οι δεσμοί υδρογόνου ρυθμίζουν και τον τρόπο με τον οποίο το νερό αποθηκεύει και απελευθερώνει ενέργεια. Η διαδικασία και ο ρυθμός που απελευθερώνεται η ενέργεια από το νερό εξαρτάται από την αρχική του κατάσταση.

Η ερμηνεία του φαινομένου Mpemba βρίσκεται στην αλληλεπίδραση μεταξύ των δεσμών υδρογόνου και των ισχυρότερων ομοιοπολικών δεσμών που συνδέουν τα άτομα του οξυγόνου με τα άτομα υδρογόνου στο μόριο του νερού.

Κανονικά όταν ένα υγρό θερμαίνεται οι ομοιοπολικοί δεσμοί τεντώνουν και αποθηκεύουν ενέργεια.
Σύμφωνα με τους Sun Changqing και Xi Zhang στο νερό οι δεσμοί υδρογόνου προκαλούν το αντίθετο αποτέλεσμα στους ομοιοπολικούς δεσμούς των μορίων του νερού. Οι ομοιοπολικοί δεσμοί συσπειρώνονται αποθηκεύοντας ενέργεια κατά τη θέρμανσή τους.
Όταν τώρα το νερό ψυχθεί, οι ομοιοπολικοί δεσμοί θα απελευθερώσουν ενέργεια με εκθετικά μεγαλύτερο ρυθμό, σε σχέση με νερό χαμηλότερης θερμοκρασίας στο οποίο οι ομοιοπολικοί δεσμοί είναι λιγότερο συσπειρωμένοι.

Εφαρμόζοντας αυτό το σκεπτικό σε μικροσκοπικό επίπεδο, oι Sun Changqing και Xi Zhang, κατάφεραν να αποδείξουν ότι το ζεστό νερό στην διαδικασία ψύξης του, αποβάλλει ενέργεια πολύ γρηγορότερα σε σχέση με αντίστοιχη ποσότητα ψυχρότερου νερού και για τον λόγο αυτό «το ζεστό νερό παγώνει πιο γρήγορα από το κρύο»

www.telegraph.co.uk – http://arxiv.org/ftp/arxiv/papers/1310/1310.6514.pdf

(νεώτερη ενημέρωση)
… και ο αντίλογος από τους Henry C. Burridge και Paul F. Linden. Στην εργασία τους με τίτλο: «Questioning the Mpemba effect: hot water does not cool more quickly than cold» ερευνούν πειραματικά το φαινόμενο Mpemba, καταλήγοντας στο συμπέρασμα ότι: «δυστυχώς, δεν υπάρχουν σημαντικά στοιχεία που να υποστηρίζουν το φαινόμενο Μpemba»

Ετικέτα: