Если в морозную погоду плеснуть из емкости холодную воду, она просто брызгами упадет на землю. Кипящая вода же превратится в снежный пар. Этот факт известен со времен Аристотеля, но объяснения феномену до последнего момента не было.
© kaiskynet | Shutterstock
В 2012 году Королевское химическое общество Великобритании даже провело соревнование, чтобы посмотреть, смогут ли ученые разгадать тайну эффекта Мпембы (названного в честь Эрасто Мпембы, танзанского школьника, который в 1960-х гг. заморозил кипящее молоко, чтобы приготовить мороженое быстрее своих друзей). На конкурс было подано более 22 тысяч заявок, но объяснения явлению так и не поступило.
Исследование, опубликованное в журнале «Химическая теория и вычисления», однако, объясняет феномен на молекулярном уровне. Вода состоит из двух атомов водорода и одного атома кислорода. Ученые предполагают, что водородные связи, сформированные между атомами водорода и кислорода соседних молекул воды, — ключ к разгадке эффекта Мпембы. В холодной воде есть и сильные, и слабые водородные связи, в то время как горячая вода в основном состоит только из сильных водородных связей, так как слабые связи распадаются в процессе нагревания.
Распавшиеся молекулы образуют «шестиугольную решетку твердого льда», и это ключ к разгадке эффекта Мпембы. В холодной воде водородные связи должны распасться, чтобы начался процесс заморозки. Но если связи уже распались в горячей воде, лед образуется быстрее, так как структуры, необходимые для этого, уже существуют.
Впрочем, ряд ученых полагает, что данный эффект «работает» далеко не всегда: на то, какая вода замерзнет быстрее, в значительной степени влияет среда, то есть условия проведения эксперимента.