Keemia oli koolis üks mu lemmikaineid. Kord andis keemiaõpetaja meile väga kummalise ja raske ülesande. Ta andis meile nimekirja küsimustest, millele pidime keemia osas vastama. Selle ülesande täitmiseks anti meile mitu päeva ning lubati kasutada raamatukogusid ja muid kättesaadavaid teabeallikaid. Üks neist küsimustest puudutas vee külmumispunkti. Ma ei mäleta täpselt, kuidas see küsimus kõlas, aga see puudutas seda, et kui võtta kaks ühesuurust puidust ämbrit, millest üks on kuuma, teine ​​külma veega (täpselt määratud temperatuuril) ja asetada need. kumb nad teatud temperatuuriga keskkonnas kiiremini külmuvad? Vastus muidugi pakkus end kohe välja - ämber külma vett, aga meile tundus see liiga lihtne. Kuid sellest ei piisanud täieliku vastuse andmiseks, me pidime seda tõestama keemilisest vaatenurgast. Vaatamata kogu oma mõtlemisele ja uurimistööle ei suutnud ma loogilist järeldust teha. Sel päeval otsustasin isegi selle õppetunni vahele jätta, nii et ma ei leidnud kunagi selle mõistatuse lahendust.

Möödusid aastad ja õppisin palju igapäevaseid müüte vee keemis- ja külmumistemperatuuri kohta ning üks müüt ütles: "kuum vesi külmub kiiremini." Vaatasin paljusid veebisaite, kuid teave oli liiga vastuoluline. Ja need olid vaid arvamused, teaduse seisukohalt alusetud. Ja otsustasin oma kogemuse läbi viia. Kuna ma ei leidnud puidust ämbreid, kasutasin sügavkülmikut, pliidiplaati, vett ja digitaalset termomeetrit. Oma kogemuse tulemustest räägin veidi hiljem. Esiteks jagan teiega mõningaid huvitavaid argumente vee kohta:

Kuum vesi külmub kiiremini kui külm vesi. Enamik eksperte väidab, et külm vesi külmub kiiremini kui kuum vesi. Kuid üks naljakas nähtus (nn Memba efekt) tõestab teadmata põhjustel vastupidist: kuum vesi külmub kiiremini kui külm vesi. Üks paljudest seletustest on aurustumisprotsess: kui väga kuum vesi asetada külma keskkonda, hakkab vesi aurustuma (ülejäänud veekogus külmub kiiremini). Ja keemiaseaduste järgi pole see sugugi müüt ja suure tõenäosusega tahtis seda õpetaja meilt kuulda.

Keedetud vesi külmub kiiremini kui kraanivesi. Vaatamata eelnevale selgitusele väidavad mõned eksperdid, et toatemperatuurini jahtunud keedetud vesi peaks külmuma kiiremini, sest keetmine vähendab hapniku hulka.

Külm vesi keeb kiiremini kui kuum vesi. Kui kuum vesi külmub kiiremini, võib külm vesi kiiremini keeda! See on vastuolus terve mõistusega ja teadlased väidavad, et see lihtsalt ei saa olla. Kuum kraanivesi peaks tegelikult keema kiiremini kui külm vesi. Kuid kasutades keetmiseks kuuma vett, ei säästa te energiat. Võite kasutada vähem gaasi või elektrit, kuid boiler kasutab sama palju energiat kui külma vee soojendamiseks. (Päikeseenergia on veidi erinev.) Veesoojendiga vee soojendamisel võib tekkida sete, mistõttu vee soojenemine võtab kauem aega.

Kui lisada vette soola, läheb see kiiremini keema. Sool tõstab keemistemperatuuri (ja seetõttu langetab külmumistemperatuuri – seepärast lisavad mõned perenaised jäätisele veidi kivisoola). Kuid sel juhul huvitab meid veel üks küsimus: kui kaua vesi keeb ja kas keemistemperatuur võib sel juhul tõusta üle 100 ° C). Vaatamata sellele, mida kokaraamatud ütlevad, väidavad teadlased, et soola kogus, mille lisame keevasse vette, ei ole piisav, et mõjutada keetmise aega ega temperatuuri.

Aga siin on see, mis ma sain:

Külm vesi: kasutasin kolme 100 ml klaasist keeduklaasi puhastatud vett: ühte toatemperatuuri (72 °F/22 °C), ühte kuuma vett (115 °F/46 °C) ja ühte keedetud (212 °F/100 °C). C). Panin kõik kolm klaasi sügavkülma -18°C. Ja kuna teadsin, et vesi ei muutu kohe jääks, määrasin külmumisastme “puuujukiga”. Kui klaasi keskele asetatud pulk enam alust ei puudutanud, uskusin, et vesi on jäätunud. Prille kontrollisin iga viie minuti tagant. Ja millised on minu tulemused? Esimeses klaasis olev vesi külmus 50 minuti pärast. Kuum vesi külmus 80 minuti pärast. Keedetud - 95 minuti pärast. Minu järeldused: Arvestades sügavkülmiku tingimusi ja kasutatud vett, ei suutnud ma Memba efekti taasesitada.

Proovisin seda katset ka eelnevalt keedetud toatemperatuurini jahutatud veega. See külmus 60 minutiga – külmumine võttis ikka kauem aega kui külm vesi.

Keedetud vesi: võtsin liitri toatemperatuuril vett ja panin tulele. Ta keetis 6 minutiga. Seejärel jahutasin uuesti toatemperatuurile ja lisasin kuumale. Sama tulega keetis kuum vesi 4 tunni ja 30 minutiga. Järeldus: nagu oodatud, keeb kuum vesi palju kiiremini.

Keedetud vesi (soolaga): 1 liitrile veele lisasin 2 suurt supilusikatäit lauasoola. See kees 6 minuti 33 sekundiga ja nagu termomeeter näitas, saavutas see temperatuuri 102°C. Kahtlemata mõjutab sool keemistemperatuuri, kuid mitte palju. Järeldus: vees olev sool ei mõjuta oluliselt temperatuuri ja keemisaega. Tunnistan ausalt, et minu kööki on raske laboriks nimetada ja võib-olla on minu järeldused tegelikkusega vastuolus. Minu sügavkülmik võib toidu ebaühtlaselt külmutada. Minu prillid võivad olla ebakorrapärased jne. Aga mis laboris ka ei juhtuks, köögis vee külmutamise või keetmise puhul on kõige tähtsam terve mõistus.

link huvitavate faktidega vee ja vee kohta
nagu foorumis forum.ixbt.com soovitati, nimetatakse seda efekti (kuuma vee külmutamise mõju külmast veest kiiremini) "Aristotelese-Mpemba efektiks".

Need. keedetud vesi (jahutatud) külmub kiiremini kui "toores"

Mpemba efekt ehk miks kuum vesi külmub kiiremini kui külm vesi? Mpemba efekt (Mpemba Paradoks) on paradoks, mis väidab, et kuum vesi külmub teatud tingimustel kiiremini kui külm vesi, kuigi külmumise käigus peab see läbima külma vee temperatuuri. See paradoks on eksperimentaalne tõsiasi, mis on vastuolus tavapäraste ideedega, mille kohaselt vajab kuumem keha samades tingimustes teatud temperatuurini jahtumiseks rohkem aega kui jahedam keha sama temperatuurini jahtumiseks. Seda nähtust märkasid omal ajal Aristoteles, Francis Bacon ja Rene Descartes, kuid alles 1963. aastal avastas Tansaania koolipoiss Erasto Mpemba, et kuum jäätisesegu külmub kiiremini kui külm. Erasto Mpemba õppis Tansaanias Magambini keskkoolis praktilist kokatööd. Ta pidi valmistama isetehtud jäätist – keetma piima, lahustama selles suhkur, jahutama toatemperatuurini ja panema siis külmkappi tarduma. Ilmselt polnud Mpemba eriti usin õpilane ja venitas ülesande esimese osaga. Kartes, et ta ei jõua tunni lõpuks õigeks ajaks, pani ta veel kuuma piima külmkappi. Tema üllatuseks külmus see isegi varem kui tema seltsimeeste piim, mis oli valmistatud etteantud tehnoloogia järgi. Pärast seda katsetas Mpemba mitte ainult piima, vaid ka tavalise veega. Igatahes, olles juba Mkwawa keskkooli tudeng, küsis ta Dar es Salaami ülikooli kolledži professorilt Dennis Osborne’ilt (kooli direktori kutsel õpilastele füüsikaloengut pidama) vee kohta: "Kui võtate kaks identset anumat võrdse koguse veega, nii et ühes neist oleks vee temperatuur 35 ° C ja teises - 100 ° C, ja asetage need sügavkülma, siis teises külmub vesi kiiremini. Miks? Osborne hakkas selle küsimuse vastu huvi tundma ja peagi 1969. aastal avaldasid nad koos Mpembaga oma katsete tulemused ajakirjas "Physics Education". Sellest ajast alates nimetatakse nende avastatud efekti Mpemba efektiks. Seni ei tea keegi täpselt, kuidas seda kummalist efekti seletada. Teadlastel pole ühest versiooni, kuigi neid on palju. See kõik puudutab kuuma ja külma vee omaduste erinevust, kuid pole veel selge, millised omadused mängivad antud juhul rolli: erinevus ülejahutuses, aurustumises, jää tekkimises, konvektsioonis või veeldatud gaaside mõjul veele erinevad temperatuurid. Mpemba efekti paradoks seisneb selles, et aeg, mille jooksul keha jahtub ümbritseva õhu temperatuurini, peab olema võrdeline selle keha ja keskkonna temperatuuride erinevusega. Selle seaduse kehtestas Newton ja sellest ajast alates on seda praktikas korduvalt kinnitatud. Sama efektiga jahtub vesi temperatuuril 100 °C kiiremini 0 °C-ni kui sama kogus vett 35 °C juures. See aga ei tähenda veel paradoksi, kuna Mpemba efekti saab seletada ka tuntud füüsika raames. Siin on mõned selgitused Mpemba efekti kohta: Aurustumine Kuum vesi aurustub anumast kiiremini, vähendades seeläbi selle mahtu ja väiksem kogus vett samal temperatuuril külmub kiiremini. 100 C-ni kuumutatud vesi kaotab temperatuurini 0 C jahutamisel 16% oma massist. Aurustumise mõju on kahekordne. Esiteks vähendatakse jahutamiseks vajaliku vee massi. Ja teiseks, temperatuur langeb tänu sellele, et veefaasist aurufaasi üleminekul väheneb aurustumissoojus. Temperatuuride erinevus Tulenevalt sellest, et kuuma vee ja külma õhu temperatuuride vahe on suurem – seega on soojusvahetus sel juhul intensiivsem ja kuum vesi jahtub kiiremini. Alajahutus Kui vesi jahutatakse alla 0 C, ei jäätu see alati. Teatud tingimustel võib see ülejahtuda, jäädes samal ajal vedelaks ka külmumistemperatuurist madalamal temperatuuril. Mõningatel juhtudel võib vesi jääda vedelaks ka temperatuuril -20 C. Selle efekti põhjuseks on see, et esimeste jääkristallide tekkeks on vaja kristallide tekketsentreid. Kui need ei ole vedelas vees, jätkub ülejahutamine, kuni temperatuur langeb piisavalt, et kristallid hakkavad spontaanselt moodustuma. Kui nad hakkavad ülejahutatud vedelikus moodustuma, hakkavad nad kiiremini kasvama, moodustades jäälörtsi, mis külmub jääks. Kuum vesi on kõige vastuvõtlikum hüpotermiale, kuna selle kuumutamine kõrvaldab lahustunud gaasid ja mullid, mis omakorda võivad olla jääkristallide moodustumise keskused. Miks hüpotermia tõttu kuum vesi kiiremini külmub? Külma vee puhul, mis ei ole ülejahutatud, ilmneb järgmine. Sel juhul tekib anuma pinnale õhuke jääkiht. See jääkiht toimib isolaatorina vee ja külma õhu vahel ning takistab edasist aurustumist. Jääkristallide moodustumise kiirus on sel juhul väiksem. Alajahutust läbiva kuuma vee korral ei ole alajahtunud veel kaitsev pinnakiht jääst. Seetõttu kaotab see avatud ülaosa kaudu palju kiiremini soojust. Kui ülejahutusprotsess lõppeb ja vesi külmub, läheb palju rohkem soojust kaduma ja seetõttu tekib rohkem jääd. Paljud selle mõju uurijad peavad Mpemba efekti puhul peamiseks teguriks hüpotermiat. Konvektsioon Külm vesi hakkab külmuma ülalt, halvendades seeläbi soojuskiirguse ja konvektsiooni protsesse ning sellest tulenevalt soojuskadu, samas kui kuum vesi hakkab külmuma altpoolt. Seda mõju seletatakse vee tiheduse anomaaliaga. Vee maksimaalne tihedus on 4 C. Kui jahutada vesi temperatuurini 4 C ja panna see madalamale temperatuurile, külmub vee pindmine kiht kiiremini. Kuna see vesi on vähem tihe kui vesi temperatuuril 4 °C, jääb see pinnale, moodustades õhukese külma kihi. Nendel tingimustel tekib veepinnale lühiajaliselt õhuke jääkiht, kuid see jääkiht toimib isolaatorina, mis kaitseb alumisi veekihte, mille temperatuur püsib 4 C juures. , edasine jahutamine on aeglasem. Kuuma vee puhul on olukord hoopis teine. Vee pinnakiht jahtub aurustumise ja suurema temperatuuride erinevuse tõttu kiiremini. Samuti on külmaveekihid tihedamad kui kuumaveekihid, mistõttu külmaveekiht vajub allapoole, tõstes sooja veekihi pinnale. Selline veeringlus tagab kiire temperatuuri languse. Aga miks see protsess tasakaalupunkti ei jõua? Mpemba efekti selgitamiseks sellest konvektsiooni vaatenurgast lähtudes võiks eeldada, et külm ja kuum veekiht eralduvad ning konvektsiooniprotsess ise jätkub pärast keskmise veetemperatuuri langemist alla 4 C. Samas puuduvad katseandmed. mis kinnitaks seda hüpoteesi, et külm ja kuum veekiht eraldatakse konvektsiooniga. Vees lahustunud gaasid Vesi sisaldab alati selles lahustunud gaase – hapnikku ja süsihappegaasi. Nendel gaasidel on võime alandada vee külmumispunkti. Vee kuumutamisel eralduvad need gaasid veest, kuna nende lahustuvus vees kõrgel temperatuuril on madalam. Seetõttu on kuuma vee jahutamisel selles alati vähem lahustunud gaase kui soojendamata külmas vees. Seetõttu on kuumutatud vee külmumistemperatuur kõrgem ja see külmub kiiremini. Seda tegurit peetakse mõnikord Mpemba efekti selgitamisel peamiseks, kuigi seda fakti kinnitavad eksperimentaalsed andmed puuduvad. Soojusjuhtivus See mehhanism võib mängida olulist rolli, kui vesi asetatakse väikestes anumates külmikusse sügavkülma. Nendes tingimustes on täheldatud, et kuuma veega anum sulatab enda all sügavkülmiku jää, parandades seeläbi soojuskontakti sügavkülmiku seinaga ja soojusjuhtivust. Tänu sellele eemaldatakse kuumaveenõust soojus kiiremini kui külmast. Külma veega anum omakorda ei sulata enda all lund. Kõiki neid (nagu ka teisi) tingimusi on uuritud paljudes katsetes, kuid ühemõttelist vastust küsimusele – millised neist tagavad Mpemba efekti 100% taasesituse – pole saadud. Nii näiteks uuris saksa füüsik David Auerbach 1995. aastal vee ülejahutuse mõju sellele efektile. Ta avastas, et kuum vesi, saavutades ülejahutuse, külmub kõrgemal temperatuuril kui külm vesi ja seetõttu kiiremini kui viimane. Kuid külm vesi jõuab ülejahutatud olekusse kiiremini kui kuum vesi, kompenseerides sellega eelneva viivituse. Lisaks olid Auerbachi tulemused vastuolus varasemate andmetega, et kuum vesi suudab saavutada suurema ülejahutuse tänu vähematele kristallisatsioonikeskustele. Vee kuumutamisel eemaldatakse sellest lahustunud gaasid, keetes sadestuvad mõned selles lahustunud soolad. Seni saab väita vaid üht – selle efekti taastootmine oleneb sisuliselt tingimustest, milles katse läbi viiakse. Just sellepärast, et seda alati ei reprodutseerita. O. V. Mosin

Tundub selge, et külm vesi külmub kiiremini kui kuum vesi, kuna võrdsetel tingimustel võtab kuuma vee jahtumine ja seejärel külmumine kauem aega. Kuid tuhandeid aastaid kestnud vaatlused ja ka kaasaegsed katsed on näidanud, et tõsi on ka vastupidine: teatud tingimustel külmub kuum vesi kiiremini kui külm vesi. Teaduskanal Sciencium selgitab seda nähtust:

Nagu ülaltoodud videos selgitatud, on nähtus, kus kuum vesi külmub külmast kiiremini, tuntud kui Mpemba efekt, mis sai nime Tansaaniast pärit õpilase Erasto Mpemba järgi, kes valmistas 1963. aastal kooliprojekti raames jäätist. Õpilased pidid koore ja suhkru segu keema, laskma jahtuda ja seejärel sügavkülma panna.

Selle asemel sättis Erasto oma segu korraga kuumaks, ootamata, kuni see jahtub. Selle tulemusena oli tema segu 1,5 tunni pärast juba külmunud, kuid teiste õpilaste segud mitte. Nähtusest huvitatud Mpemba hakkas seda küsimust uurima koos füüsikaprofessor Denis Osborne'iga ja 1969. aastal avaldasid nad artikli, milles öeldakse, et soe vesi külmub kiiremini kui külm vesi. See oli esimene sedalaadi eelretsenseeritud uurimus, kuid nähtust ennast mainitakse Aristotelese paberites, mis pärinevad 4. sajandist eKr. e. Seda nähtust märkisid oma uurimustes ka Francis Bacon ja Descartes.

Videos on mitu võimalust toimuva selgitamiseks:

1. Härmatis on dielektrik ja seetõttu salvestab härmas külm vesi soojust paremini kui soe klaas, mis sellega kokkupuutel jää sulab.
2. Külmas vees on rohkem lahustunud gaase kui soojas vees ja teadlased oletavad, et see võib mängida rolli jahtumise kiiruses, kuigi pole veel selge, kuidas.
3. Kuum vesi kaotab aurustumisel rohkem veemolekule, mistõttu jääb vähem külmuma
4. Soe vesi võib suurenenud konvektiivvoolude tõttu kiiremini jahtuda. Need hoovused tekivad seetõttu, et klaasis olev vesi jahtub esmalt pinnal ja külgedel, mistõttu külm vesi vajub ja kuum vesi tõuseb. Soojas klaasis on konvektiivsed voolud aktiivsemad, mis võib mõjutada jahutuskiirust.

2016. aastal viidi aga läbi hoolikalt kontrollitud uuring, mis näitas vastupidist: kuum vesi külmus palju aeglasemalt kui külm vesi. Samal ajal märkasid teadlased, et termopaari – temperatuuri erinevusi määrava seadme – asukoha muutmine vaid sentimeetri võrra viib Mpemba efekti ilmnemiseni. Teiste sarnaste tööde uuring näitas, et kõigil juhtudel, kui seda efekti täheldati, toimus termopaari nihkumine sentimeetri piires.

Vesi- keemilisest seisukohast üsna lihtne aine, kuid sellel on mitmeid ebatavalisi omadusi, mis ei lakka teadlasi hämmastamast. Allpool on mõned faktid, millest vähesed teavad.

1. Milline vesi külmub kiiremini – külm või kuum?

Võtke kaks anumat vett: valage ühte kuum vesi ja teise külm vesi ning asetage need sügavkülma. Kuum vesi külmub kiiremini kui külm vesi, kuigi loogiliselt võttes oleks külm vesi pidanud enne jääks muutuma: kuum vesi peab ju esmalt jahtuma külma temperatuurini ja seejärel muutuma jääks, külm vesi aga ei pea jahtuma. Miks see juhtub?

1963. aastal märkas Tansaania üliõpilane Erasto B. Mpemba valmistatud jäätisesegu külmutades, et kuum segu tahkub sügavkülmas kiiremini kui külm. Kui noormees oma avastust füüsikaõpetajaga jagas, naeris ta tema üle vaid. Õnneks oli õpilane järjekindel ja veenis õpetajat katset tegema, mis kinnitas tema avastust: teatud tingimustel külmub kuum vesi tõesti kiiremini kui külm vesi.

Nüüd nimetatakse seda nähtust, kus kuum vesi külmub kiiremini kui külm vesi " Mpemba efekt". Tõsi, ammu enne teda märkisid seda vee ainulaadset omadust Aristoteles, Francis Bacon ja Rene Descartes.

Teadlased ei mõista selle nähtuse olemust täielikult, seletades seda kas hüpotermia, aurustumise, jää moodustumise, konvektsiooni või veeldatud gaaside mõjuga kuumale ja külmale veele.

2. Ta suudab koheselt külmuda

Kõik teavad seda vesi muutub temperatuurini 0 °C jahutamisel alati jääks ... välja arvatud mõnel juhul! Selline juhtum on näiteks ülejahutus, mis on väga puhta vee omadus jääda vedelaks ka siis, kui see jahutatakse alla külmumistemperatuuri. See nähtus saab võimalikuks tänu sellele, et keskkond ei sisalda kristallisatsioonikeskusi ega tuumasid, mis võiksid provotseerida jääkristallide teket. Ja nii jääb vesi vedelaks isegi siis, kui see jahutatakse temperatuurini alla null kraadi Celsiuse järgi.

kristallisatsiooniprotsess võivad esile kutsuda näiteks gaasimullid, lisandid (reostus), anuma ebaühtlane pind. Ilma nendeta jääb vesi vedelaks. Kui kristalliseerumisprotsess algab, saate jälgida, kuidas ülijahtunud vesi muutub hetkega jääks.

Pange tähele, et "ülekuumutatud" vesi jääb vedelaks ka siis, kui seda kuumutatakse üle keemistemperatuuri.

3. 19 vee olekut

Nimetage kõhklemata, mitu erinevat olekut veel on? Kui vastasite kolm: tahke, vedel, gaasiline, siis eksite. Teadlased eristavad vedelal kujul vähemalt 5 erinevat vee olekut ja külmutatud kujul 14 erinevat olekut.

Kas mäletate vestlust ülijahutatud vee teemal? Nii et hoolimata sellest, mida teete, muutub -38 ° C juures isegi puhtaim ülijahutatud vesi ootamatult jääks. Mis juhtub, kui temperatuur veelgi langeb? -120°C juures hakkab veega juhtuma midagi kummalist: see muutub üliviskoosseks või viskoosseks nagu melass ja temperatuuril alla -135°C muutub see "klaasjaks" või "klaasjaks" veeks – tahkeks aineks, mis puudub kristalne struktuur.

4. Vesi üllatab füüsikuid

Molekulaarsel tasandil on vesi veelgi üllatavam. 1995. aastal viisid teadlased läbi neutronite hajumise katse, mis andis ootamatu tulemuse: füüsikud leidsid, et veemolekulidele suunatud neutronid "näevad" oodatust 25% vähem vesiniku prootoneid.

Selgus, et ühe attosekundi (10 -18 sekundi) kiirusel toimub ebatavaline kvantefekt ja vee keemiline valem H2O, muutub H1,5O!

5. Veemälu

Alternatiiv ametlikule meditsiinile homöopaatia väidab, et ravimi lahjendatud lahus võib avaldada kehale ravitoimet, isegi kui lahjendustegur on nii suur, et lahusesse ei jää muud üle kui vee molekulid. Homöopaatia pooldajad selgitavad seda paradoksi mõistega, mida nimetatakse " veemälu”, mille kohaselt on vees molekulaarsel tasemel "mälu" selles kunagi lahustunud ainest ja see säilitab esialgse kontsentratsiooniga lahuse omadused pärast seda, kui sellesse pole jäänud ainsatki koostisosa molekuli.

Rahvusvaheline teadlaste meeskond eesotsas Belfasti Queeni ülikooli professori Madeleine Ennisega, kes kritiseeris homöopaatia põhimõtteid, viis 2002. aastal läbi eksperimendi, et see kontseptsioon lõplikult ümber lükata. Tulemus oli vastupidine. Pärast seda ütlesid teadlased, et neil õnnestus tõestada mõju tegelikkust " veemälu". Sõltumatute ekspertide järelevalve all tehtud katsed aga tulemusi ei toonud. Vaidlused nähtuse olemasolu üle " veemälu» jätka.

Veel on palju muid ebatavalisi omadusi, mida me selles artiklis ei käsitlenud. Näiteks vee tihedus muutub sõltuvalt temperatuurist (jää tihedus on väiksem kui vee tihedus); vesi on üsna suure pindpinevusega; vedelas olekus on vesi kompleksne ja dünaamiliselt muutuv veekogumike võrgustik ning just klastrite käitumine mõjutab vee struktuuri jne.

Nende ja paljude teiste ootamatute funktsioonide kohta vesi saab lugeda artiklist Vee anomaalsed omadused”, mille autor on Londoni ülikooli professor Martin Chaplin.

Paljud teadlased on esitanud ja esitavad oma versioonid, miks kuum vesi külmub kiiremini kui külm vesi. Tundub paradoksaalne – külmumiseks peab kuum vesi ju kõigepealt maha jahtuma. Kuid fakt jääb faktiks ja teadlased selgitavad seda erineval viisil.

Peamised versioonid

Praegu on seda fakti selgitavad mitmed versioonid:

1. Kuna kuumas vees aurustub kiiremini, väheneb selle maht. Väiksem kogus sama temperatuuriga vett külmub kiiremini.
2. Külmiku sügavkülmkambril on lumevooder. Kuuma vett sisaldav anum sulatab selle all oleva lume. See parandab termilist kontakti sügavkülmikuga.
3. Külma vee külmutamine, erinevalt kuumast, algab ülalt. Sel juhul süvenevad konvektsioon ja soojuskiirgus ning sellest tulenevalt ka soojuskadu.
4. Külmas vees on kristallisatsioonikeskused - selles lahustunud ained. Nende väikese sisaldusega vees on jäätumine keeruline, kuigi samal ajal on selle hüpotermia võimalik - kui see on miinustemperatuuril vedelas olekus.

Kuigi ausalt öeldes võib öelda, et seda mõju ei täheldata alati. Külm vesi külmub sageli kiiremini kui kuum vesi.

Mis temperatuuril vesi külmub

Miks vesi üldse külmub? See sisaldab teatud koguses mineraalseid või orgaanilisi osakesi. Need võivad olla näiteks väga peened liiva-, tolmu- või saviosakesed. Õhutemperatuuri langedes muutuvad need osakesed keskusteks, mille ümber tekivad jääkristallid.

Kristallisatsioonituumade rolli võivad täita ka õhumullid ja praod vett sisaldavas anumas. Vee jääks muutumise protsessi kiirust mõjutab suuresti selliste keskuste arv – kui neid on palju, külmub vedelik kiiremini. Tavalistes tingimustes, normaalse atmosfäärirõhu juures, läheb vesi temperatuuril 0 kraadi vedelikust tahkesse olekusse.

Mpemba efekti olemus

Mpemba efekti mõistetakse paradoksina, mille olemus seisneb selles, et teatud asjaoludel külmub kuum vesi kiiremini kui külm vesi. Seda nähtust märkasid Aristoteles ja Descartes. Kuid alles 1963. aastal tegi Tansaaniast pärit koolipoiss Erasto Mpemba kindlaks, et kuum jäätis külmub lühema ajaga kui külm jäätis. Sellise järelduse tegi ta toiduvalmistamise ülesannet täites.

Ta pidi suhkru keedetud piimas lahustama ja pärast jahutamist külmkappi külmuma panema. Ilmselt ei erinenud Mpemba erilise hoolsuse poolest ja hakkas ülesande esimest osa täitma hilja. Seetõttu ei oodanud ta piima jahtumist, vaid pani selle kuumalt külmkappi. Suur oli tema üllatus, kui see külmus isegi kiiremini kui klassikaaslastel, kes tegid tööd etteantud tehnoloogia järgi.

See asjaolu huvitas noormeest väga ja ta alustas katseid tavalise veega. 1969. aastal avaldas ajakiri Physics Education Mpemba ja Dar es Salaami ülikooli professori Dennis Osborni uurimistöö tulemused. Nende kirjeldatud efektile anti nimi Mpemba. Kuid isegi tänapäeval pole nähtusel selget seletust. Kõik teadlased nõustuvad, et peamine roll selles on jahutatud ja kuuma vee omaduste erinevustel, kuid mis täpselt, pole teada.

Singapuri versioon

Ka ühe Singapuri ülikooli füüsikuid huvitas küsimus, kumb vesi külmub kiiremini – kuum või külm? Xi Zhangi juhitud teadlaste rühm selgitas seda paradoksi täpselt vee omadustega. Kõik teavad veel kooliajast vee koostist – hapnikuaatom ja kaks vesinikuaatomit. Hapnik tõmbab mingil määral vesinikust elektrone, seega on molekul teatud tüüpi "magnet".

Selle tulemusena tõmbuvad teatud molekulid vees üksteise poole kergelt ja neid ühendab vesinikside. Selle tugevus on mitu korda väiksem kui kovalentsel sidemel. Singapuri teadlased usuvad, et Mpemba paradoksi seletus peitub just vesiniksidemetes. Kui veemolekulid asetsevad üksteisele väga tihedalt, siis nii tugev molekulidevaheline interaktsioon võib deformeerida molekuli enda keskel asuva kovalentse sideme.

Kuid kui vett kuumutatakse, liiguvad seotud molekulid üksteisest veidi eemale. Selle tulemusena toimub molekulide keskel kovalentsete sidemete lõdvenemine koos liigse energia tagasitulekuga ja üleminekuga madalaimale energiatasemele. See toob kaasa asjaolu, et kuum vesi hakkab kiiresti jahtuma. Vähemalt nii näitavad Singapuri teadlaste teostatud teoreetilised arvutused.

Vee kiire külmutamine – 5 uskumatut nippi: video