Kemia lilikuwa mojawapo ya masomo niliyopenda sana shuleni. Mara moja mwalimu wa kemia alitupa kazi ya ajabu sana na ngumu. Alitupa orodha ya maswali ambayo tulipaswa kujibu katika suala la kemia. Tulipewa siku kadhaa kwa kazi hii na tukaruhusiwa kutumia maktaba na vyanzo vingine vya habari. Moja ya maswali haya yalihusu kiwango cha kuganda cha maji. Sikumbuki jinsi swali lilivyosikika, lakini ilikuwa juu ya ukweli kwamba ikiwa unachukua ndoo mbili za mbao za ukubwa sawa, moja na maji ya moto, nyingine na maji baridi (kwa joto maalum), na kuziweka. katika mazingira yenye halijoto fulani, ni ipi wataiganda kwa haraka zaidi? Bila shaka, jibu mara moja lilipendekeza yenyewe - ndoo ya maji baridi, lakini ilionekana kwetu kuwa rahisi sana. Lakini hii haikutosha kutoa jibu kamili, tulihitaji kudhibitisha kutoka kwa mtazamo wa kemikali. Licha ya mawazo na utafiti wangu wote, sikuweza kufikia mkataa wenye mantiki. Siku hii, niliamua hata kuruka somo hili, kwa hivyo sikupata suluhu ya kitendawili hiki.

Miaka ilipita, na nilijifunza hadithi nyingi za kila siku kuhusu kiwango cha kuchemsha na kiwango cha kufungia cha maji, na hadithi moja ilisema: "maji ya moto hufungia kwa kasi." Niliangalia tovuti nyingi lakini habari ilikuwa ya kupingana sana. Na haya yalikuwa maoni tu, yasiyo na msingi kutoka kwa mtazamo wa sayansi. Na niliamua kufanya uzoefu wangu mwenyewe. Kwa kuwa sikuweza kupata ndoo za mbao, nilitumia freezer, stovetop, maji, na kipimajoto cha dijiti. Nitazungumza juu ya matokeo ya uzoefu wangu baadaye kidogo. Kwanza, nitashiriki nawe hoja za kuvutia kuhusu maji:

Maji ya moto huganda haraka kuliko maji baridi. Wataalamu wengi wanasema kwamba maji baridi yatafungia kwa kasi zaidi kuliko maji ya moto. Lakini jambo moja la kuchekesha (kinachojulikana athari ya Memba), kwa sababu zisizojulikana, inathibitisha kinyume chake: Maji ya moto huganda kwa kasi zaidi kuliko maji baridi. Moja ya maelezo kadhaa ni mchakato wa uvukizi: ikiwa maji ya moto sana yanawekwa katika mazingira ya baridi, basi maji yataanza kuyeyuka (kiasi kilichobaki cha maji kitafungia kwa kasi). Na kulingana na sheria za kemia, hii sio hadithi hata kidogo, na uwezekano mkubwa ndivyo mwalimu alitaka kusikia kutoka kwetu.

Maji yaliyochemshwa huganda haraka kuliko maji ya bomba. Licha ya maelezo ya awali, baadhi ya wataalam wanasema kuwa maji yaliyochemshwa ambayo yamepozwa kwa joto la kawaida yanapaswa kuganda haraka kwa sababu kiasi cha oksijeni hupungua kutokana na kuchemsha.

Maji baridi huchemka haraka kuliko maji ya moto. Ikiwa maji ya moto yanagandisha haraka, basi maji baridi yanaweza kuchemsha haraka! Hii ni kinyume na akili ya kawaida na wanasayansi wanasema kuwa hii haiwezi kuwa. Maji ya bomba ya moto yanapaswa kuchemka haraka kuliko maji baridi. Lakini kwa kutumia maji ya moto kuchemsha, hauhifadhi nishati. Unaweza kutumia gesi au umeme kidogo, lakini hita ya maji itatumia kiasi sawa cha nishati kinachohitajika kupasha maji baridi. (Nishati ya jua ni tofauti kidogo.) Kama matokeo ya kupokanzwa maji na hita ya maji, sediment inaweza kuunda, kwa hivyo maji itachukua muda mrefu kuwasha.

Ikiwa unaongeza chumvi kwa maji, ita chemsha haraka. Chumvi huongeza kiwango cha kuchemsha (na kwa hiyo hupunguza kiwango cha kufungia - ndiyo sababu baadhi ya mama wa nyumbani huongeza chumvi kidogo ya mwamba kwenye ice cream). Lakini katika kesi hii, tunavutiwa na swali lingine: maji yatachemka kwa muda gani na ikiwa kiwango cha kuchemsha katika kesi hii kinaweza kuongezeka zaidi ya 100 ° C). Licha ya kile ambacho vitabu vya kupikia vinasema, wanasayansi wanasema kwamba kiasi cha chumvi tunachoongeza kwa maji ya moto haitoshi kuathiri wakati au joto la jipu.

Lakini hii ndio nilipata:

Maji baridi: Nilitumia glasi tatu za mililita 100 za maji yaliyotakaswa: joto la chumba kimoja (72°F/22°C), maji ya moto moja (115°F/46°C), na moja kuchemshwa (212°F/100°). C). Niliweka glasi zote tatu kwenye jokofu kwa -18°C. Na kwa kuwa nilijua kuwa maji hayangegeuka kuwa barafu mara moja, niliamua kiwango cha kufungia kwa "kuelea kwa mbao". Wakati fimbo, iliyowekwa katikati ya kioo, haikugusa tena msingi, niliamini kwamba maji yalikuwa yamehifadhiwa. Niliangalia glasi kila baada ya dakika tano. Na matokeo yangu ni nini? Maji kwenye glasi ya kwanza yaliganda baada ya dakika 50. Maji ya moto yaliganda baada ya dakika 80. Kuchemsha - baada ya dakika 95. Hitimisho Langu: Kwa kuzingatia hali ya friji na maji niliyotumia, sikuweza kuzalisha athari ya Memba.

Nilijaribu pia jaribio hili na maji yaliyochemshwa hapo awali yaliyopozwa kwa joto la kawaida. Iliganda kwa dakika 60 - bado ilichukua muda mrefu kuliko maji baridi kuganda.

Maji ya kuchemsha: Nilichukua lita moja ya maji kwenye joto la kawaida na kuiweka kwenye moto. Alichemsha kwa dakika 6. Kisha nikaipunguza kwa joto la kawaida tena na kuiongeza kwa ile ya moto. Kwa moto huo huo, maji ya moto yalichemshwa kwa masaa 4 na dakika 30. Hitimisho: kama inavyotarajiwa, maji ya moto huchemka haraka sana.

Maji ya kuchemsha (pamoja na chumvi): Niliongeza vijiko 2 vikubwa vya chumvi kwa lita 1 ya maji. Ilichemka kwa dakika 6 sekunde 33, na jinsi kipimajoto kilivyoonyesha kilifikia joto la 102°C. Bila shaka, chumvi huathiri kiwango cha kuchemsha, lakini sio sana. Hitimisho: chumvi katika maji haiathiri sana joto na wakati wa kuchemsha. Ninakubali kwa uaminifu kwamba jikoni yangu ni vigumu kuiita maabara, na labda hitimisho langu ni kinyume na ukweli. Friji yangu inaweza kugandisha chakula kwa usawa. Miwani yangu ya glasi inaweza kuwa isiyo ya kawaida, nk. Lakini chochote kinachotokea katika maabara, linapokuja kufungia au kuchemsha maji jikoni, jambo muhimu zaidi ni akili ya kawaida.

kiungo na ukweli wa kuvutia kuhusu waterall kuhusu maji
kama inavyopendekezwa kwenye jukwaa la forum.ixbt.com, athari hii (athari ya kuganda kwa maji ya moto haraka kuliko maji baridi) inaitwa "Aristotle-Mpemba effect"

Wale. maji yaliyochemshwa (yaliyopozwa) huganda haraka kuliko "mbichi"

Athari ya Mpemba au kwa nini maji ya moto huganda haraka kuliko maji baridi? Athari ya Mpemba (Mpemba Paradox) ni kitendawili kinachosema kuwa maji ya moto chini ya hali fulani huganda haraka kuliko maji baridi, ingawa lazima yapitishe joto la maji baridi wakati wa kuganda. Kitendawili hiki ni ukweli wa majaribio ambao unapingana na mawazo ya kawaida, kulingana na ambayo, chini ya hali sawa, mwili wa joto unahitaji muda zaidi wa kupoa hadi joto fulani kuliko mwili wa baridi ili kupungua kwa joto sawa. Jambo hili liligunduliwa wakati huo na Aristotle, Francis Bacon na Rene Descartes, lakini mnamo 1963, mvulana wa shule ya Kitanzania Erasto Mpemba aligundua kuwa mchanganyiko wa ice cream ya moto huganda haraka kuliko baridi. Erasto Mpemba alikuwa mwanafunzi katika Shule ya Upili ya Magambin nchini Tanzania akifanya kazi ya upishi kwa vitendo. Ilibidi atengeneze ice cream ya nyumbani - kuchemsha maziwa, kufuta sukari ndani yake, baridi kwa joto la kawaida, na kisha kuiweka kwenye jokofu ili kufungia. Inavyoonekana, Mpemba hakuwa mwanafunzi mwenye bidii sana na aliahirisha sehemu ya kwanza ya kazi hiyo. Akihofia kwamba hatafika kwa wakati ifikapo mwisho wa somo, aliweka maziwa bado ya moto kwenye jokofu. Kwa mshangao wake, iliganda hata mapema zaidi kuliko maziwa ya wenzi wake, yaliyotayarishwa kulingana na teknolojia fulani. Baada ya hapo, Mpemba alijaribu sio tu kwa maziwa, bali pia na maji ya kawaida. Kwa vyovyote vile akiwa tayari ni mwanafunzi wa Shule ya Sekondari Mkwawa, alimtaka Profesa Dennis Osborne kutoka Chuo Kikuu cha Dar es Salaam (aliyealikwa na mkurugenzi wa shule hiyo kutoa somo la fizikia kwa wanafunzi) kuhusu maji: “Ukichukua vyombo viwili vinavyofanana na kiasi sawa cha maji ili katika moja yao maji yana joto la 35 ° C, na kwa nyingine - 100 ° C, na kuziweka kwenye friji, kisha kwa pili maji yatafungia kwa kasi zaidi. Kwa nini? Osborne alipendezwa na suala hili na hivi karibuni mnamo 1969, pamoja na Mpemba, walichapisha matokeo ya majaribio yao kwenye jarida la "Elimu ya Fizikia". Tangu wakati huo, athari waliyogundua inaitwa athari ya Mpemba. Hadi sasa, hakuna mtu anayejua hasa jinsi ya kuelezea athari hii ya ajabu. Wanasayansi hawana toleo moja, ingawa kuna mengi. Yote ni juu ya tofauti katika mali ya maji ya moto na baridi, lakini bado haijulikani wazi ni mali gani ina jukumu katika kesi hii: tofauti ya baridi kali, uvukizi, uundaji wa barafu, convection, au athari za gesi kioevu kwenye maji. joto tofauti. Kitendawili cha athari ya Mpemba ni kwamba wakati ambao mwili hupoa hadi joto la kawaida lazima liwe sawia na tofauti ya joto kati ya mwili huu na mazingira. Sheria hii ilianzishwa na Newton na tangu wakati huo imethibitishwa mara nyingi katika mazoezi. Katika athari sawa, maji kwa 100 ° C hupoa hadi 0 ° C kwa kasi zaidi kuliko kiasi sawa cha maji kwa 35 ° C. Hata hivyo, hii bado haimaanishi kitendawili, kwani athari ya Mpemba inaweza pia kuelezewa ndani ya fizikia inayojulikana. Hapa kuna maelezo machache ya athari ya Mpemba: Uvukizi Maji ya moto huvukiza haraka kutoka kwa chombo, na hivyo kupunguza ujazo wake, na ujazo mdogo wa maji kwa joto sawa huganda haraka. Maji yenye joto hadi 100 C hupoteza 16% ya wingi wake wakati kilichopozwa hadi 0 C. Athari ya uvukizi ni athari mbili. Kwanza, wingi wa maji unaohitajika kwa baridi hupunguzwa. Na pili, joto hupungua kutokana na ukweli kwamba joto la uvukizi wa mpito kutoka awamu ya maji hadi awamu ya mvuke hupungua. Tofauti ya joto Kutokana na ukweli kwamba tofauti ya joto kati ya maji ya moto na hewa baridi ni kubwa zaidi - hivyo kubadilishana joto katika kesi hii ni kali zaidi na maji ya moto hupunguza kwa kasi zaidi. Subcooling Wakati maji yamepozwa chini ya 0 C, huwa haigandishi kila wakati. Chini ya hali fulani, inaweza kupitia supercooling huku ikiendelea kubaki kioevu kwenye joto chini ya kiwango cha kufungia. Katika baadhi ya matukio, maji yanaweza kubaki kioevu hata kwa joto la -20 C. Sababu ya athari hii ni kwamba ili fuwele za kwanza za barafu kuanza kuunda, vituo vya malezi ya kioo vinahitajika. Ikiwa hawako katika maji ya kioevu, basi supercooling itaendelea mpaka joto linapungua kutosha kwamba fuwele huanza kuunda kwa hiari. Wanapoanza kuunda kioevu kilichopozwa sana, wataanza kukua kwa kasi zaidi, na kutengeneza slush ya barafu ambayo itaganda na kuunda barafu. Maji ya moto huathirika zaidi na hypothermia kwa sababu inapokanzwa huondoa gesi na Bubbles zilizoyeyushwa, ambazo zinaweza kutumika kama vituo vya kuunda fuwele za barafu. Kwa nini hypothermia husababisha maji ya moto kuganda haraka? Katika kesi ya maji baridi, ambayo si supercooled, zifuatazo hutokea. Katika kesi hii, safu nyembamba ya barafu itaunda juu ya uso wa chombo. Safu hii ya barafu itafanya kazi kama kizio kati ya maji na hewa baridi na itazuia uvukizi zaidi. Kiwango cha malezi ya fuwele za barafu katika kesi hii itakuwa chini. Katika kesi ya maji ya moto yanayopitia subcooling, maji ya subcooled hayana safu ya uso ya kinga ya barafu. Kwa hiyo, inapoteza joto kwa kasi zaidi kupitia juu ya wazi. Wakati mchakato wa supercooling unaisha na maji kufungia, joto zaidi hupotea na kwa hiyo barafu zaidi huundwa. Watafiti wengi wa athari hii wanaona hypothermia kuwa sababu kuu katika kesi ya athari ya Mpemba. Convection Maji baridi huanza kufungia kutoka juu, na hivyo kuzidisha taratibu za mionzi ya joto na convection, na hivyo kupoteza joto, wakati maji ya moto huanza kufungia kutoka chini. Athari hii inaelezewa na anomaly katika wiani wa maji. Maji yana wiani wa juu saa 4 C. Ikiwa unapunguza maji hadi 4 C na kuiweka kwenye joto la chini, safu ya uso wa maji itafungia kwa kasi. Kwa sababu maji haya ni chini ya mnene kuliko maji saa 4 ° C, itakaa juu ya uso, na kutengeneza safu nyembamba ya baridi. Chini ya hali hizi, safu nyembamba ya barafu itaunda juu ya uso wa maji kwa muda mfupi, lakini safu hii ya barafu itatumika kama insulator kulinda tabaka za chini za maji, ambazo zitabaki kwenye joto la 4 C. Kwa hiyo , baridi zaidi itakuwa polepole. Katika kesi ya maji ya moto, hali ni tofauti kabisa. Safu ya uso ya maji itapoa haraka zaidi kutokana na uvukizi na tofauti kubwa ya joto. Pia, tabaka za maji baridi ni mnene zaidi kuliko tabaka za maji ya moto, hivyo safu ya maji baridi itazama chini, kuinua safu ya maji ya joto kwenye uso. Mzunguko huu wa maji huhakikisha kushuka kwa kasi kwa joto. Lakini kwa nini mchakato huu haufikii hatua ya usawa? Ili kuelezea athari ya Mpemba kutoka kwa mtazamo huu wa convection, inaweza kuchukuliwa kuwa tabaka za baridi na moto za maji zinatenganishwa na mchakato wa convection yenyewe unaendelea baada ya wastani wa joto la maji kushuka chini ya 4 C. Hata hivyo, hakuna data ya majaribio. ambayo ingethibitisha dhana hii, kwamba tabaka za maji baridi na moto hutenganishwa na upitishaji. Gesi kufutwa katika Maji Maji daima ina gesi kufutwa ndani yake - oksijeni na dioksidi kaboni. Gesi hizi zina uwezo wa kupunguza kiwango cha kufungia cha maji. Wakati maji yanapokanzwa, gesi hizi hutolewa kutoka kwa maji kwa sababu umumunyifu wao katika maji kwenye joto la juu ni chini. Kwa hiyo, wakati maji ya moto yamepozwa, daima kuna gesi chache kufutwa ndani yake kuliko katika maji baridi yasiyo na joto. Kwa hiyo, hatua ya kufungia ya maji yenye joto ni ya juu na inafungia kwa kasi zaidi. Sababu hii wakati mwingine inachukuliwa kuwa ndiyo kuu katika kuelezea athari ya Mpemba, ingawa hakuna data ya majaribio inayothibitisha ukweli huu. Uendeshaji wa Joto Utaratibu huu unaweza kuwa na jukumu kubwa wakati maji yanawekwa kwenye friji ya friji kwenye vyombo vidogo. Chini ya hali hizi, imeonekana kuwa chombo kilicho na maji ya moto kinayeyusha barafu ya friji chini, na hivyo kuboresha mawasiliano ya joto na ukuta wa friji na conductivity ya mafuta. Matokeo yake, joto huondolewa kwenye chombo cha maji ya moto kwa kasi zaidi kuliko kutoka kwa baridi. Kwa upande wake, chombo na maji baridi haina kuyeyuka theluji chini yake. Masharti haya yote (pamoja na mengine) yamejifunza katika majaribio mengi, lakini jibu lisilo na shaka kwa swali - ni nani kati yao hutoa uzazi wa 100% wa athari ya Mpemba - haijapatikana. Kwa hiyo, kwa mfano, mwaka wa 1995, mwanafizikia wa Ujerumani David Auerbach alisoma ushawishi wa supercooling ya maji juu ya athari hii. Aligundua kwamba maji ya moto, kufikia hali ya supercooled, kufungia kwa joto la juu kuliko maji baridi, na kwa hiyo kwa kasi zaidi kuliko mwisho. Lakini maji baridi hufikia hali ya supercooled kwa kasi zaidi kuliko maji ya moto, na hivyo kulipa fidia kwa lag ya awali. Kwa kuongeza, matokeo ya Auerbach yalipingana na data ya awali kwamba maji ya moto yanaweza kufikia baridi zaidi kutokana na vituo vichache vya fuwele. Wakati maji yanapokanzwa, gesi zilizoyeyushwa ndani yake huondolewa kutoka kwake, na wakati inapochemshwa, baadhi ya chumvi hupasuka ndani yake. Kufikia sasa, jambo moja tu linaweza kuthibitishwa - uzazi wa athari hii kimsingi inategemea hali ambayo majaribio hufanywa. Hasa kwa sababu haijatolewa kila wakati. O. V. Mosin

Inaonekana wazi kuwa maji baridi huganda haraka kuliko maji ya moto, kwani chini ya hali sawa maji ya moto huchukua muda mrefu kupoa na kufungia. Hata hivyo, maelfu ya miaka ya uchunguzi, pamoja na majaribio ya kisasa, yameonyesha kuwa kinyume chake pia ni kweli: chini ya hali fulani, maji ya moto hufungia kwa kasi zaidi kuliko maji baridi. Idhaa ya kisayansi Sciencium inaelezea jambo hili:

Kama ilivyoelezwa kwenye video hapo juu, hali ya maji ya moto kuganda haraka kuliko maji baridi inajulikana kama athari ya Mpemba, iliyopewa jina la Erasto Mpemba, mwanafunzi kutoka Tanzania ambaye alitengeneza ice cream kama sehemu ya mradi wa shule mnamo 1963. Wanafunzi walipaswa kuchemsha mchanganyiko wa cream na sukari, wacha upoe, na kisha uweke kwenye friji.

Badala yake, Erasto aliweka mchanganyiko wake mara moja, moto, bila kungoja upoe. Matokeo yake, baada ya masaa 1.5, mchanganyiko wake ulikuwa tayari umehifadhiwa, lakini mchanganyiko wa wanafunzi wengine haukuwa. Akiwa amevutiwa na jambo hilo, Mpemba alianza kuchunguza suala hilo na profesa wa fizikia, Denis Osborn, na mwaka 1969 walichapisha karatasi iliyosema kuwa maji ya joto huganda haraka kuliko maji baridi. Huu ulikuwa utafiti wa kwanza wa aina hii uliopitiwa na rika, lakini jambo lenyewe limetajwa kwenye karatasi za Aristotle zilizoanzia karne ya 4 KK. e. Francis Bacon na Descartes pia walibainisha jambo hili katika masomo yao.

Video inaorodhesha chaguzi kadhaa za kuelezea kile kinachotokea:

1. Frost ni dielectric, na kwa hivyo maji baridi ya baridi huhifadhi joto bora kuliko glasi ya joto ambayo huyeyusha barafu inapogusana nayo.
2. Maji baridi yana gesi zilizoyeyushwa zaidi kuliko maji ya joto, na watafiti wanakisia kuwa hii inaweza kuchukua jukumu katika kiwango cha kupoeza, ingawa bado haijawa wazi jinsi gani.
3. Maji ya moto hupoteza molekuli nyingi za maji kupitia uvukizi, na kuacha chache kuganda
4. Maji ya joto yanaweza baridi kwa kasi kutokana na kuongezeka kwa mikondo ya convective. Mikondo hii hutokea kwa sababu maji katika glasi kwanza hupoa juu ya uso na pande, na kusababisha maji baridi kuzama na maji ya moto kupanda. Katika glasi ya joto, mikondo ya convective inafanya kazi zaidi, ambayo inaweza kuathiri kiwango cha baridi.

Walakini, mnamo 2016, uchunguzi uliodhibitiwa kwa uangalifu ulifanyika, ambao ulionyesha kinyume chake: maji ya moto yaliganda polepole zaidi kuliko maji baridi. Wakati huo huo, wanasayansi waliona kwamba mabadiliko katika eneo la thermocouple - kifaa ambacho huamua tofauti za joto - kwa sentimita moja tu husababisha kuonekana kwa athari ya Mpemba. Uchunguzi wa kazi nyingine sawa ulionyesha kuwa katika matukio yote wakati athari hii ilizingatiwa, kulikuwa na uhamisho wa thermocouple ndani ya sentimita.

Maji- dutu rahisi kutoka kwa mtazamo wa kemikali, hata hivyo, ina idadi ya mali isiyo ya kawaida ambayo haiachi kuwashangaza wanasayansi. Ifuatayo ni baadhi ya ukweli ambao watu wachache wanajua kuuhusu.

1. Ni maji gani huganda haraka - baridi au moto?

Chukua vyombo viwili vya maji: mimina maji ya moto kwenye moja na maji baridi ndani ya nyingine, na uweke kwenye jokofu. Maji ya moto yataganda haraka kuliko maji baridi, ingawa kwa mantiki, maji baridi yanapaswa kugeuka kuwa barafu kwanza: baada ya yote, maji ya moto lazima kwanza yapoe hadi joto la baridi, na kisha yageuke kuwa barafu, wakati maji baridi hayahitaji kupungua. Kwa nini hii inatokea?

Mnamo mwaka wa 1963, mwanafunzi wa Kitanzania anayeitwa Erasto B. Mpemba, alipokuwa akigandisha mchanganyiko wa ice cream uliotayarishwa, aligundua kuwa mchanganyiko huo wa moto uliganda haraka kwenye friji kuliko ule wa baridi. Kijana huyo aliposhiriki ugunduzi wake na mwalimu wa fizikia, alimcheka tu. Kwa bahati nzuri, mwanafunzi alikuwa akiendelea na akamshawishi mwalimu kufanya jaribio, ambalo lilithibitisha ugunduzi wake: chini ya hali fulani, maji ya moto huganda haraka kuliko maji baridi.

Sasa jambo hili la maji ya moto kuganda haraka kuliko maji baridi linaitwa " Mpemba athari". Kweli, muda mrefu kabla yake, mali hii ya kipekee ya maji ilibainishwa na Aristotle, Francis Bacon na Rene Descartes.

Wanasayansi hawaelewi kikamilifu asili ya jambo hili, wakielezea ama kwa tofauti ya hypothermia, uvukizi, uundaji wa barafu, convection, au athari za gesi kioevu kwenye maji ya moto na baridi.

2. Ana uwezo wa kuganda papo hapo

Kila mtu anajua hilo maji daima hugeuka kuwa barafu inapopozwa hadi 0 °C ... isipokuwa katika baadhi ya matukio! Kesi hiyo ni, kwa mfano, supercooling, ambayo ni mali ya maji safi sana kubaki kioevu hata wakati kilichopozwa chini ya kufungia. Jambo hili linawezekana kutokana na ukweli kwamba mazingira hayana vituo vya fuwele au viini ambavyo vinaweza kusababisha uundaji wa fuwele za barafu. Na hivyo maji hubakia katika hali ya kimiminika, hata yakipozwa kwa joto chini ya nyuzi joto sifuri.

mchakato wa crystallization inaweza kuwa hasira, kwa mfano, na Bubbles gesi, uchafu (uchafuzi), uso kutofautiana ya chombo. Bila wao, maji yatabaki katika hali ya kioevu. Mchakato wa uwekaji fuwele unapoanza, unaweza kutazama jinsi maji yaliyopozwa sana yanabadilika mara moja kuwa barafu.

Kumbuka kuwa maji "yenye joto kali" pia hubaki kioevu hata yanapokanzwa juu ya kiwango chake cha kuchemka.

3. majimbo 19 ya maji

Bila kusita, taja maji yana majimbo ngapi tofauti? Ikiwa umejibu tatu: imara, kioevu, gesi, basi umekosea. Wanasayansi hutofautisha angalau majimbo 5 tofauti ya maji katika hali ya kioevu na majimbo 14 katika fomu iliyoganda.

Je, unakumbuka mazungumzo kuhusu maji yaliyopozwa sana? Kwa hivyo, haijalishi unafanya nini, saa -38 ° C, hata maji safi zaidi yaliyopozwa sana yatabadilika kuwa barafu. Ni nini hufanyika wakati halijoto inapungua zaidi? Katika -120 ° C, kitu cha ajabu huanza kutokea kwa maji: inakuwa super-viscous au viscous, kama molasi, na kwa joto chini ya -135 ° C, inageuka kuwa "glasi" au "glasi" maji - dutu ngumu ambayo. haina muundo wa fuwele.

4. Maji huwashangaza wanafizikia

Katika ngazi ya Masi, maji ni ya kushangaza zaidi. Mnamo mwaka wa 1995, wanasayansi walifanya majaribio juu ya kutawanya kwa nyutroni walitoa matokeo yasiyotarajiwa: wanafizikia waligundua kuwa neutroni zilizoelekezwa kwenye molekuli za maji "ona" 25% chini ya protoni za hidrojeni kuliko ilivyotarajiwa.

Ilibadilika kuwa kwa kasi ya attosecond moja (sekunde 10 -18) athari ya quantum isiyo ya kawaida hufanyika, na formula ya kemikali ya maji badala ya H2O, inakuwa H1.5O!

5. Kumbukumbu ya maji

Mbadala kwa dawa rasmi homeopathy anasema kuwa suluhisho la dilute la dawa linaweza kuwa na athari ya matibabu kwa mwili, hata ikiwa sababu ya dilution ni kubwa sana kwamba hakuna kitu kilichobaki katika suluhisho lakini molekuli za maji. Watetezi wa ugonjwa wa ugonjwa wa ugonjwa wa ugonjwa wa ugonjwa wa ugonjwa wa ugonjwa wa ugonjwa wa ugonjwa wa ugonjwa wa ugonjwa wa ugonjwa wa ugonjwa wa ugonjwa wa ugonjwa wa ugonjwa wa ugonjwa wa ugonjwa wa ugonjwa wa ugonjwa wa ugonjwa wa ugonjwa wa ugonjwa wa nyumbani huelezea kitendawili hiki kwa dhana inayoitwa " kumbukumbu ya maji", kulingana na ambayo maji katika ngazi ya Masi ina "kumbukumbu" ya dutu ambayo mara moja ilifutwa ndani yake na huhifadhi mali ya suluhisho la mkusanyiko wa awali baada ya hakuna molekuli moja ya kiungo iliyobaki ndani yake.

Timu ya kimataifa ya wanasayansi ikiongozwa na Profesa Madeleine Ennis wa Chuo Kikuu cha Malkia cha Belfast, ambaye alikosoa kanuni za tiba ya magonjwa ya akili, walifanya majaribio mwaka wa 2002 ili kukanusha dhana hiyo mara moja na kwa wote. Matokeo yalikuwa kinyume. Baada ya hapo, wanasayansi walisema waliweza kudhibitisha ukweli wa athari " kumbukumbu ya maji". Hata hivyo, majaribio yaliyofanywa chini ya usimamizi wa wataalam wa kujitegemea hayakuleta matokeo. Mizozo juu ya uwepo wa jambo hilo " kumbukumbu ya maji»endelea.

Maji yana mali zingine nyingi zisizo za kawaida ambazo hatujashughulikia katika nakala hii. Kwa mfano, wiani wa maji hutofautiana na joto (wiani wa barafu ni chini ya maji); maji yana mvutano mkubwa wa uso; katika hali ya kioevu, maji ni mtandao mgumu na unaobadilika wa makundi ya maji, na ni tabia ya makundi ambayo huathiri muundo wa maji, nk.

Kuhusu vipengele hivi na vingine vingi visivyotarajiwa maji inaweza kusomwa katika makala Tabia isiyo ya kawaida ya maji”, mwandishi ambaye ni Martin Chaplin, profesa katika Chuo Kikuu cha London.

Watafiti wengi wameweka mbele na wanatoa matoleo yao wenyewe kwa nini maji ya moto huganda haraka kuliko maji baridi. Inaweza kuonekana kuwa kitendawili - baada ya yote, ili kufungia, maji ya moto yanahitaji kwanza kupungua. Walakini, ukweli unabaki, na wanasayansi wanaelezea kwa njia tofauti.

Matoleo Makuu

Kwa sasa, kuna matoleo kadhaa ambayo yanaelezea ukweli huu:

1. Kwa kuwa uvukizi katika maji ya moto ni kasi, kiasi chake hupungua. Kiasi kidogo cha maji ya joto sawa huganda haraka.
2. Sehemu ya kufungia ya jokofu ina safu ya theluji. Chombo kilicho na maji ya moto huyeyusha theluji chini yake. Hii inaboresha mawasiliano ya joto na friji.
3. Kufungia kwa maji baridi, tofauti na moto, huanza kutoka juu. Katika kesi hiyo, convection na mionzi ya joto, na, kwa hiyo, kupoteza joto huzidi kuwa mbaya.
4. Katika maji baridi kuna vituo vya crystallization - dutu kufutwa ndani yake. Kwa maudhui yao madogo katika maji, icing ni vigumu, ingawa wakati huo huo inawezekana kuipunguza - wakati ina hali ya kioevu kwenye joto la chini ya sifuri.

Ingawa kwa haki inaweza kusema kuwa athari hii haizingatiwi kila wakati. Maji baridi mara nyingi huganda haraka kuliko maji ya moto.

Maji huganda kwa joto gani

Kwa nini maji huganda kabisa? Ina kiasi fulani cha madini au chembe za kikaboni. Hizi, kwa mfano, zinaweza kuwa chembe nzuri sana za mchanga, vumbi au udongo. Joto la hewa linapopungua, chembe hizi huwa vituo vinavyozunguka fuwele za barafu.

Jukumu la viini vya crystallization pia linaweza kufanywa na Bubbles za hewa na nyufa kwenye chombo kilicho na maji. Kiwango cha mchakato wa kugeuza maji kuwa barafu huathiriwa kwa kiasi kikubwa na idadi ya vituo hivyo - ikiwa kuna wengi wao, kioevu hufungia kwa kasi. Chini ya hali ya kawaida, na shinikizo la kawaida la anga, maji hupita kwenye hali imara kutoka kioevu kwenye joto la digrii 0.

Kiini cha athari ya Mpemba

Athari ya Mpemba inaeleweka kama kitendawili, kiini chake ni kwamba, chini ya hali fulani, maji ya moto huganda haraka kuliko maji baridi. Jambo hili liligunduliwa na Aristotle na Descartes. Hata hivyo, ilikuwa hadi 1963 ambapo Erasto Mpemba, mvulana wa shule kutoka Tanzania, aliamua kwamba aiskrimu ya moto hugandishwa kwa muda mfupi zaidi kuliko aiskrimu baridi. Alifanya hitimisho kama hilo wakati akifanya kazi ya kupika.

Alipaswa kufuta sukari katika maziwa ya kuchemsha na, baada ya kuipunguza, kuiweka kwenye jokofu ili kufungia. Inavyoonekana, Mpemba hakutofautiana kwa bidii maalum na alianza kutekeleza sehemu ya kwanza ya kazi hiyo kwa kuchelewa. Kwa hiyo, hakusubiri maziwa ya baridi, na kuiweka kwenye friji ya moto. Alishangaa sana pale ilipoganda kwa kasi zaidi kuliko ile ya wanafunzi wenzake, ambao walifanya kazi hiyo kwa kufuata teknolojia aliyopewa.

Ukweli huu ulimvutia sana kijana huyo, na akaanza majaribio na maji ya kawaida. Mnamo 1969, jarida la Physics Education lilichapisha matokeo ya utafiti wa Mpemba na Profesa Dennis Osborn wa Chuo Kikuu cha Dar es Salaam. Athari waliyoieleza ilipewa jina la Mpemba. Hata hivyo, hata leo hakuna maelezo wazi ya jambo hilo. Wanasayansi wote wanakubali kwamba jukumu kuu katika hili ni la tofauti katika mali ya maji baridi na ya moto, lakini ni nini hasa haijulikani.

Toleo la Singapore

Wanafizikia kutoka kwa moja ya vyuo vikuu vya Singapore pia walipendezwa na swali, ni maji gani yanafungia kwa kasi - moto au baridi? Timu ya watafiti wakiongozwa na Xi Zhang walielezea kitendawili hiki kwa usahihi na sifa za maji. Kila mtu bado anajua muundo wa maji kutoka shuleni - atomi ya oksijeni na atomi mbili za hidrojeni. Oksijeni kwa kiasi fulani huchota elektroni kutoka kwa hidrojeni, hivyo molekuli ni aina fulani ya "sumaku".

Matokeo yake, molekuli fulani katika maji huvutia kidogo kwa kila mmoja na huunganishwa na dhamana ya hidrojeni. Nguvu yake ni mara nyingi chini kuliko dhamana ya covalent. Watafiti wa Singapore wanaamini kwamba maelezo ya kitendawili cha Mpemba yapo katika vifungo vya hidrojeni. Ikiwa molekuli za maji zimewekwa kwa karibu sana, basi mwingiliano mkali kati ya molekuli unaweza kuharibu kifungo cha ushirikiano katikati ya molekuli yenyewe.

Lakini wakati maji yanapokanzwa, molekuli zilizofungwa husogea kidogo kutoka kwa kila mmoja. Matokeo yake, utulivu wa vifungo vya covalent hutokea katikati ya molekuli na kurudi kwa nishati ya ziada na mpito kwa kiwango cha chini cha nishati. Hii inaongoza kwa ukweli kwamba maji ya moto huanza kupungua kwa kasi. Angalau, hivi ndivyo hesabu za kinadharia zinazofanywa na wanasayansi wa Singapore zinaonyesha.

Kuganda kwa Maji Papo hapo - Mbinu 5 za Ajabu: Video