0

Paslaptis, kodėl karštas vanduo užšąla greičiau, atskleista?

lapkričio 7, 2013 Mokslas

Mokslininkai tvirtina išsiaiškinę paslaptį, kuri nedavė ramybės didžiausiems pasaulio protams nuo Aristotelio laikų – kodėl karštas vanduo užšąla greičiau nei šaltas, rašo telegraph.co.uk. Šis reiškinys mokslininkų vadinamas Mpembos efektu. Vanduo, skirtingai nuo daugumos kitų skysčių, į vientisą gabalą sušąla greičiau, jeigu yra karštas, o ne kambario temperatūros.

Mokslininkai yra pateikę ne vieną dešimtį teorijų, kodėl taip yra, tačiau nė viena iš jų nėra pakankama paaiškinti šiai keistai fizikinei savybei.

03

Kitokia molekulių sąveika

Fizikų komanda iš Singapūro Nanyango technologijos universiteto teigia pagaliau radę sprendimą. Pasak jų, paaiškinimas slypi neįprastoje sąveikoje tarp vandens molekulių. Kiekviena vandens molekulė yra surišta su gretimomis elektromagnetinėmis jungtimis, vadinamomis „vandenilinėmis jungtimis“. Tai vandens paviršiuje sukuria įtampą, taip pat dėl šios priežasties vanduo užverda aukštesnėje temperatūroje, nei kiti skysčiai.

Bet Sun Changqingas ir Xi Zhangas iš Nanyango technologijos universiteto tvirtina, kad šitai lemia ir tai, kaip vandens molekulės kaupia ir išskiria energiją. Pasak jų, lygis, kada energija yra išskiriama, skiriasi priklausomai nuo pradinės vandens būsenos, ir tai lemia, kad karštas vanduo, padėtas į šaldiklį, energiją atiduoda greičiau.

Užšalusio stiklo karštu vandeniu verčiau netirpdyti

Mpembos efektas taip pavadintas pagal Tanzanijos studentą Erasto Mpembą, kuris pastebėjo, kad karštas ledų mišinys sustingsta greičiau nei šaltas mišinys. Kartu su Dar es Salaamo universitetinio koledžo fizikos profesoriumi jis 1969 m. paskelbė straipsnį, kuriame atskleidžiama, kad toks pat kiekis verdančio ir šalto vandens tokiuose pat induose užšals skirtingu laiku, ir karštas vanduo užšals pirmas.

Lygiai tas pat buvo pastebėta ir anksčiau – tą aprašė Aristotelis, Francis Baconas ir Rene Descartes’as. Šis efektas pastebimas ir kasdieniame gyvenime, pavyzdžiui, bandant atitirpdyti užšalusį automobilio priekinį stiklą verdančiu vandeniu. Taip pat daug kas yra pastebėję, kad karšto vandens vamzdžiai labiau linkę užšalti, negu šalto.

Egzistuoja daug teorijų, kodėl taip yra. Pagal vieną iš jų, karštas vanduo garuoja, todėl jo mažesnis kiekis turi užšalti.

Zagrebo universiteto chemijos mokslų asistentas Nikola Bregovičius

Milijono svarų premija Praėjusiais metais britų Karališkoji chemijos draugija pasiūlė 1 mln. svarų premiją tam, kas paaiškins Mpembos efektą. Prizo laimėtoju šiemet paskelbtas Zagrebo universiteto chemijos mokslų asistentas Nikola Bregovičius. Jis laboratorijoje atliko eksperimentus su vandens menzūrėlėmis ir padarė išvadą, kad toks efektas kyla dėl konvekcijos. Dėl konvekcijos srovių, esą, šiltas vanduo šąla greičiau.

Tačiau Sun Changqingas ir Xi Zhangas pabandė procesą paaiškinti giliau, tirdami jį molekuliniu lygmeniu. Straipsnyje, pasirodžiusiame žurnale „Scientific reports“, parodoma, kaip vandens molekulės išsidėsto, formuojantis ledui.

Kovalentinės jungtys trumpėja

Pasak mokslininkų, sąveika tarp vandenilinių jungčių ir stipresnių jungčių, kurios kiekvienoje molekulėje jungia vandenilio ir deguonies atomus, vadinama kovalentine jungtimi, ir sukelia Mpembos efektą. Paprastai, kai skystis kaitinamas, kovalentinės jungtys tarp atomų pailgėja ir sukaupia energiją. Mokslininkai teigia, kad vandenyje vandenilinės jungtys sukuria neįprastą efektą, dėl kurio kaitinant kovalentinės trumpėja kaupdamos energiją. Dėl to šaldant šaldiklyje jungtys išskiria savo energiją sparčiau, palyginti su pradiniu sukauptu kiekiu.

Taigi, karštas vanduo daugiau energijos praras greičiau negu šaltas. „Kaitinant energija kaupiasi trumpėjant ir stangrėjant H-O kovalentinėms jungtims. Šaldant šaldytuve, H-O jungtis atiduoda savo energiją, priklausomai nuo pradinės sukauptos energijos, ir taip atsiranda Mpembos efektas“, – sako Sun Changqingas.

Karališkoji chemijos draugija gavo daugiau nei 22 tūkst. atsakymų į prašymą paaiškinti Mpembos efektą, ir iki šiol juos gauna, nors konkursas jau seniai pasibaigė. „Ši maža ir paprasta molekulė stulbina ir intriguoja mus savo magija“, – sakė konkurso nugalėtoju paskelbtas N.Bregovičius.

Parengė Jurgita Noreikienė

m.lrytas.lt

© 2013, viršaitis. All rights reserved.

Palikite atsiliepimą

Jūs turite būti prisijungęs komentavimui.