Perché è più facile produrre il ghiaccio dall'acqua calda? Perché l'acqua calda congela più velocemente dell'acqua fredda?

L'acqua è uno dei liquidi più sorprendenti al mondo, che ha proprietà insolite. Ad esempio, il ghiaccio stato solido liquido, ha peso specifico inferiore all’acqua stessa, il che ha reso in gran parte possibile la nascita e lo sviluppo della vita sulla Terra. Inoltre, nel mondo pseudo-scientifico e scientifico si discute su quale acqua si congela più velocemente: calda o fredda. Chiunque riuscirà a dimostrare che un liquido caldo si congela più velocemente in determinate condizioni e a dimostrare scientificamente la propria soluzione riceverà una ricompensa di 1.000 sterline dalla British Royal Society of Chemists.

Sfondo

Ciò se vengono soddisfatte una serie di condizioni acqua calda In termini di velocità di congelamento, è in anticipo rispetto al freddo; è stato notato nel Medioevo. Francis Bacon e René Descartes si sono impegnati molto per spiegare questo fenomeno. Tuttavia, dal punto di vista dell'ingegneria termica classica, questo paradosso non può essere spiegato e hanno cercato di metterlo timidamente a tacere. L’impulso per la continuazione del dibattito fu una storia piuttosto curiosa accaduta allo scolaro tanzaniano Erasto Mpemba nel 1963. Un giorno, durante una lezione sulla preparazione dei dolci presso una scuola di chef, il ragazzo, distratto da altre cose, non fece in tempo a far raffreddare in tempo la miscela del gelato e mise nel congelatore una soluzione calda di zucchero nel latte. Con sua sorpresa, il prodotto si è raffreddato un po' più velocemente di quello dei suoi compagni studenti che hanno osservato il regime di temperatura per la preparazione del gelato.

Cercando di comprendere l'essenza del fenomeno, il ragazzo si è rivolto a un insegnante di fisica che, senza entrare nei dettagli, ha ridicolizzato i suoi esperimenti culinari. Tuttavia, Erasto si distinse per un'invidiabile tenacia e continuò i suoi esperimenti non sul latte, ma sull'acqua. Si convinse che in alcuni casi l'acqua calda congela più velocemente dell'acqua fredda.

Entrato all'Università di Dar es Salaam, Erasto Mpembe ha assistito a una conferenza del professor Dennis G. Osborne. Dopo il suo completamento, lo studente ha lasciato perplesso lo scienziato con un problema sulla velocità di congelamento dell'acqua a seconda della sua temperatura. DG Osborne ha ridicolizzato la stessa posa della domanda, dichiarando con disinvoltura che ogni povero studente sa che l'acqua fredda si congela più velocemente. Tuttavia, la naturale tenacia del giovane si fece sentire. Ha fatto una scommessa con il professore, proponendogli di condurre una prova sperimentale proprio qui in laboratorio. Erasto ha messo due contenitori d'acqua nel congelatore, uno a 35°C (95°F) e l'altro a 100°C (212°F). Immaginate la sorpresa del professore e dei “fan” circostanti quando l'acqua nel secondo contenitore si congelò più velocemente. Da allora, questo fenomeno è stato chiamato “Paradosso Mpemba”.

Tuttavia, ad oggi non esiste un’ipotesi teorica coerente che spieghi il “Paradosso Mpemba”. Non è chiaro quale fattori esterni, Composizione chimica acqua, la presenza di gas disciolti e minerali in essa influenza la velocità di congelamento dei liquidi a diverse temperature. Il paradosso dell'“Effetto Mpemba” è che contraddice una delle leggi scoperte da I. Newton, secondo la quale il tempo di raffreddamento dell'acqua è direttamente proporzionale alla differenza di temperatura tra il liquido e l'ambiente. E se tutti gli altri liquidi obbediscono completamente a questa legge, in alcuni casi l'acqua è un'eccezione.

Perché l'acqua calda si congela più velocemente?T

Esistono diverse versioni del motivo per cui l'acqua calda si congela più velocemente dell'acqua fredda. I principali sono:

• l'acqua calda evapora più velocemente, mentre il suo volume diminuisce, e un volume minore di liquido si raffredda più velocemente - quando si raffredda l'acqua da + 100°C a 0°C, perdite volumetriche pressione atmosferica raggiungere il 15%;
• maggiore è la differenza di temperatura, maggiore è la differenza di temperatura, maggiore è l'intensità dello scambio di calore tra il liquido e l'ambiente, quindi la perdita di calore dell'acqua bollente avviene più velocemente;
• quando l'acqua calda si raffredda, sulla sua superficie si forma una crosta di ghiaccio che impedisce al liquido di congelarsi completamente ed evaporare;
• A alta temperatura l'acqua viene miscelata per convezione, riducendo i tempi di congelamento;
• I gas disciolti nell'acqua abbassano il punto di congelamento, sottraendo energia per la formazione dei cristalli: nell'acqua calda non ci sono gas disciolti.

Tutte queste condizioni sono state ripetutamente testate sperimentalmente. In particolare, lo scienziato tedesco David Auerbach ha scoperto che la temperatura di cristallizzazione dell'acqua calda è leggermente superiore a quella dell'acqua fredda, il che permette alla prima di congelarsi più rapidamente. Tuttavia, in seguito i suoi esperimenti furono criticati e molti scienziati sono convinti che l '"effetto Mpemba", che determina quale acqua si congela più velocemente - calda o fredda, può essere riprodotto solo in determinate condizioni, che nessuno ha cercato e specificato fino ad ora.

Effetto Mpemba(Paradosso di Mpemba) - un paradosso che afferma che l'acqua calda in alcune condizioni congela più velocemente dell'acqua fredda, sebbene debba superare la temperatura acqua fredda durante il processo di congelamento. Questo paradosso è un fatto sperimentale che contraddice le idee usuali, secondo le quali, nelle stesse condizioni, un corpo più riscaldato impiega più tempo per raffreddarsi ad una certa temperatura rispetto a un corpo meno riscaldato per raffreddarsi alla stessa temperatura.

Questo fenomeno fu notato un tempo da Aristotele, Francis Bacon e Rene Descartes, ma fu solo nel 1963 che lo scolaro tanzaniano Erasto Mpemba scoprì che una miscela di gelato calda si congela più velocemente di quella fredda.

Essere uno studente di Magambinskaya Scuola superiore in Tanzania lo ha fatto Erasto Mpemba lavoro pratico nella cucina. Aveva bisogno di fare il gelato fatto in casa: far bollire il latte, sciogliervi lo zucchero, raffreddarlo fino a quando temperatura ambiente e poi riporre in frigorifero a congelare. Apparentemente Mpemba non era uno studente particolarmente diligente e ha ritardato il completamento della prima parte del compito. Temendo di non farcela alla fine della lezione, mise nel frigorifero il latte ancora caldo. Con sua sorpresa, si congelò anche prima del latte dei suoi compagni, preparato secondo la tecnologia data.

Successivamente Mpemba ha sperimentato non solo il latte, ma anche il latte acqua naturale. In ogni caso, già da studente alla Mkwawa Secondary School, chiese proprio a proposito dell’acqua al professor Dennis Osborne dell’University College di Dar Es Salaam (invitato dal direttore della scuola a tenere una lezione di fisica agli studenti): “Se prendete due contenitori identici con volumi uguali acqua in modo che in uno l'acqua abbia una temperatura di 35°C, e nell'altro - 100°C, e mettili nel congelatore, poi nel secondo l'acqua si congelerà più velocemente. Perché?" Osborne si interessò a questa domanda e presto, nel 1969, lui e Mpemba pubblicarono i risultati dei loro esperimenti sulla rivista Physics Education. Da allora, l'effetto da loro scoperto è stato chiamato Effetto Mpemba.

Fino ad ora nessuno sa esattamente come spiegare questo strano effetto. Gli scienziati non hanno un’unica versione, anche se ce ne sono molte. Riguarda la differenza nelle proprietà dell'acqua calda e fredda, ma non è ancora chiaro quali proprietà giochino un ruolo in questo caso: la differenza nel sottoraffreddamento, nell'evaporazione, nella formazione di ghiaccio, nella convezione o nell'effetto dei gas liquefatti sull'acqua a temperature diverse.

Il paradosso dell'effetto Mpemba è che il tempo durante il quale un corpo si raffredda fino alla temperatura ambiente dovrebbe essere proporzionale alla differenza di temperatura tra questo corpo e l'ambiente. Questa legge fu stabilita da Newton e da allora è stata confermata molte volte nella pratica. In questo effetto, l'acqua con una temperatura di 100°C si raffredda fino a una temperatura di 0°C più velocemente della stessa quantità di acqua con una temperatura di 35°C.

Tuttavia ciò non implica ancora un paradosso, poiché l’effetto Mpemba può essere spiegato nell’ambito della fisica conosciuta. Ecco alcune spiegazioni per l’effetto Mpemba:

Evaporazione

L'acqua calda evapora più velocemente dal contenitore, riducendone così il volume, e un volume minore di acqua alla stessa temperatura si congela più velocemente. L'acqua riscaldata a 100 C perde il 16% della sua massa quando viene raffreddata a 0 C.

L'effetto dell'evaporazione è un doppio effetto. Innanzitutto diminuisce la massa d'acqua necessaria per il raffreddamento. E in secondo luogo, la temperatura diminuisce a causa del fatto che diminuisce il calore di evaporazione della transizione dalla fase acquosa a quella vapore.

Differenza di temperatura

A causa della differenza di temperatura tra acqua calda e c'è più aria fredda, quindi lo scambio di calore in questo caso è più intenso e l'acqua calda si raffredda più velocemente.

Ipotermia

Quando l'acqua si raffredda sotto 0 C, non sempre congela. In alcune condizioni può subire un sottoraffreddamento, continuando a rimanere liquido a temperature inferiori allo zero. In alcuni casi l’acqua può rimanere liquida anche ad una temperatura di –20 C.

La ragione di questo effetto è che affinché i primi cristalli di ghiaccio inizino a formarsi, sono necessari centri di formazione dei cristalli. Se non sono presenti nell'acqua liquida, il sottoraffreddamento continuerà finché la temperatura non scenderà abbastanza da far sì che i cristalli inizino a formarsi spontaneamente. Quando inizieranno a formarsi nel liquido superraffreddato, inizieranno a crescere più velocemente, formando una granita di ghiaccio, che si congelerà per formare ghiaccio.

L’acqua calda è più suscettibile all’ipotermia perché il riscaldamento rimuove i gas disciolti e le bolle, che a loro volta possono fungere da centri per la formazione di cristalli di ghiaccio.

Perché l'ipotermia fa congelare l'acqua calda più velocemente? In caso di acqua fredda, che non è sottoraffreddato, si verifica quanto segue. In questo caso si formerà un sottile strato di ghiaccio sulla superficie della nave. Questo strato di ghiaccio fungerà da isolante tra l'acqua e l'aria fredda e impedirà un'ulteriore evaporazione. Il tasso di formazione dei cristalli di ghiaccio in questo caso sarà inferiore. Nel caso di acqua calda sottoposta a sottoraffreddamento, l'acqua sottoraffreddata non presenta uno strato protettivo superficiale di ghiaccio. Pertanto, perde calore molto più velocemente attraverso la parte superiore aperta.

Quando il processo di sottoraffreddamento termina e l’acqua ghiaccia, si perde molto più calore e quindi si forma più ghiaccio.

Molti ricercatori di questo effetto considerano l'ipotermia il fattore principale nel caso dell'effetto Mpemba.

Convezione

L'acqua fredda inizia a congelare dall'alto, peggiorando così i processi di irraggiamento e convezione del calore, e quindi la perdita di calore, mentre l'acqua calda inizia a congelare dal basso.

Questo effetto è spiegato da un'anomalia nella densità dell'acqua. L'acqua ha una densità massima a 4 C. Se raffreddi l'acqua a 4 C e la metti a una temperatura inferiore, lo strato superficiale dell'acqua si congelerà più velocemente. Poiché quest'acqua è meno densa dell'acqua alla temperatura di 4 C, rimarrà in superficie formando un sottile strato freddo. In queste condizioni, in breve tempo si formerà un sottile strato di ghiaccio sulla superficie dell'acqua, ma questo strato di ghiaccio fungerà da isolante, proteggendo gli strati inferiori dell'acqua, che rimarranno ad una temperatura di 4 C. Perciò processo ulteriore il raffreddamento avverrà più lentamente.

Nel caso dell'acqua calda la situazione è completamente diversa. Lo strato superficiale dell'acqua si raffredderà più rapidamente a causa dell'evaporazione e differenza più grande temperature Inoltre, gli strati di acqua fredda sono più densi degli strati di acqua calda, quindi lo strato di acqua fredda affonderà, sollevando lo strato acqua calda alla superficie. Questa circolazione dell'acqua garantisce un rapido abbassamento della temperatura.

Ma perché questo processo non raggiunge un punto di equilibrio? Per spiegare l'effetto Mpemba da questo punto di vista della convezione, sarebbe necessario supporre che gli strati d'acqua freddi e caldi siano separati e che il processo di convezione stesso continui dopo temperatura media l'acqua scenderà sotto i 4 C.

Tuttavia, non ci sono prove sperimentali a sostegno di questa ipotesi che gli strati d'acqua freddi e caldi siano separati dal processo di convezione.

Gas disciolti nell'acqua

L'acqua contiene sempre gas disciolti in essa: ossigeno e diossido di carbonio. Questi gas hanno la capacità di ridurre il punto di congelamento dell'acqua. Quando l'acqua viene riscaldata, questi gas vengono rilasciati dall'acqua perché la loro solubilità in acqua è inferiore alle alte temperature. Pertanto, quando l'acqua calda si raffredda, contiene sempre meno gas disciolti rispetto all'acqua fredda non riscaldata. Pertanto, il punto di congelamento dell'acqua riscaldata è più alto e si congela più velocemente. Questo fattore è talvolta considerato il principale per spiegare l'effetto Mpemba, sebbene non ci siano dati sperimentali che confermino questo fatto.

Conduttività termica

Questo meccanismo può svolgere un ruolo significativo quando l'acqua viene collocata nel vano frigorifero/congelatore in piccoli contenitori. In queste condizioni si è osservato che un contenitore di acqua calda scioglie il ghiaccio presente nel congelatore sottostante, migliorando così il contatto termico con la parete del congelatore e la conduttività termica. Di conseguenza, il calore viene rimosso più velocemente da un contenitore di acqua calda che da uno freddo. A sua volta, un contenitore con acqua fredda non scioglie la neve sottostante.

Tutte queste (così come altre) condizioni sono state studiate in molti esperimenti, ma una risposta chiara alla domanda - quali di esse forniscono una riproduzione al cento per cento dell'effetto Mpemba - non è mai stata ottenuta.

Ad esempio, nel 1995, il fisico tedesco David Auerbach ha studiato l'effetto del sottoraffreddamento dell'acqua su questo effetto. Scoprì che l'acqua calda, raggiungendo uno stato sottoraffreddato, congela a una temperatura più elevata dell'acqua fredda, e quindi più velocemente di quest'ultima. Ma l’acqua fredda raggiunge uno stato sottoraffreddato più velocemente dell’acqua calda, compensando così il ritardo precedente.

Inoltre, i risultati di Auerbach contraddicevano i dati precedenti secondo cui l’acqua calda era in grado di raggiungere un maggiore sottoraffreddamento grazie al minor numero di centri di cristallizzazione. Quando l'acqua viene riscaldata, i gas in essa disciolti vengono rimossi da essa e quando viene bollita precipitano alcuni sali disciolti in essa.

Per ora si può affermare solo una cosa: la riproduzione di questo effetto dipende in modo significativo dalle condizioni in cui viene condotto l'esperimento. Proprio perché non sempre viene riprodotta.

OV Mosin

Letterariofonti:

"L'acqua calda congela più velocemente dell'acqua fredda. Perché lo fa?", Jearl Walker in The Amateur Scientist, Scientific American, vol. 237, n. 3, pp 246-257; Settembre 1977.

"Il congelamento dell'acqua calda e fredda", G.S. Kell nell'American Journal of Physics, vol. 37, n. 5, pp 564-565; Maggio 1969.

"Il superraffreddamento e l'effetto Mpemba", David Auerbach, in American Journal of Physics, vol. 63, n. 10, pp 882-885; Ottobre 1995.

"L'effetto Mpemba: i tempi di congelamento dell'acqua calda e fredda", Charles A. Knight, in American Journal of Physics, vol. 64, n. 5, p. 524; Maggio 1996.

In questo articolo esamineremo la questione del perché l'acqua calda si congela più velocemente dell'acqua fredda.

L'acqua riscaldata si congela molto più velocemente dell'acqua fredda! Questo proprietà straordinaria l'acqua, una spiegazione esatta per la quale gli scienziati ancora non riescono a trovare, è nota fin dall'antichità. Ad esempio, anche in Aristotele c'è una descrizione della pesca invernale: i pescatori infilavano le canne da pesca nei buchi del ghiaccio e, per farle congelare più velocemente, annaffiavano il ghiaccio acqua calda. Questo fenomeno prende il nome da Erasto Mpemba negli anni '60 del XX secolo. Mnemba notò uno strano effetto mentre preparava il gelato e si rivolse al suo insegnante di fisica, il dottor Denis Osborne, per una spiegazione. Mpemba e il dottor Osborne hanno sperimentato con l'acqua temperature diverse e ha concluso: l'acqua quasi bollente inizia a congelare molto più velocemente dell'acqua a temperatura ambiente. Altri scienziati hanno condotto i propri esperimenti e ogni volta hanno ottenuto risultati simili.

Spiegazione di un fenomeno fisico

Non esiste una spiegazione generalmente accettata per il motivo per cui ciò accade. Molti ricercatori suggeriscono che il punto risiede nel sottoraffreddamento del liquido, che si verifica quando la sua temperatura scende al di sotto del punto di congelamento. In altre parole, se l'acqua congela a una temperatura inferiore a 0°C, l'acqua superraffreddata può avere una temperatura, ad esempio, di -2°C e rimanere liquida senza trasformarsi in ghiaccio. Quando proviamo a congelare l'acqua fredda, c'è la possibilità che prima si raffreddi e si indurisca solo dopo un po' di tempo. Altri processi avvengono in acqua riscaldata. La sua più rapida trasformazione in ghiaccio è associata alla convezione.

Convezione- Questo fenomeno fisico, in cui gli strati inferiori caldi di liquido salgono e quelli superiori, raffreddati, cadono.

Sembrerebbe che la buona vecchia formula H 2 O non contenga segreti. Ma in realtà l'acqua, la fonte della vita e il liquido più famoso al mondo, è piena di molti misteri che a volte persino gli scienziati non riescono a risolvere.

Ecco i 5 più fatti interessanti sull'acqua:

1. L’acqua calda congela più velocemente dell’acqua fredda

Prendiamo due contenitori con acqua: in uno versiamo l'acqua calda e nell'altro l'acqua fredda, e mettiamoli nel congelatore. L'acqua calda si congela più velocemente dell'acqua fredda, anche se, secondo la logica delle cose, l'acqua fredda avrebbe dovuto prima trasformarsi in ghiaccio: dopotutto, l'acqua calda deve prima raffreddarsi alla temperatura fredda e poi trasformarsi in ghiaccio, mentre l'acqua fredda no. bisogno di rinfrescarsi. Perché sta succedendo?

Nel 1963, Erasto B. Mpemba, uno studente delle scuole superiori in Tanzania, stava congelando una miscela di gelato e notò che la miscela calda si solidificava più velocemente nel congelatore rispetto a quella fredda. Quando il giovane ha condiviso la sua scoperta con il suo insegnante di fisica, ha solo riso di lui. Fortunatamente, lo studente è stato tenace e ha convinto l'insegnante a condurre un esperimento che ha confermato la sua scoperta: in determinate condizioni, l'acqua calda congela effettivamente più velocemente dell'acqua fredda.

Ora questo fenomeno per cui l’acqua calda si congela più velocemente dell’acqua fredda è chiamato effetto Mpemba. È vero, molto prima di lui questo proprietà unica l'acqua fu notata da Aristotele, Francis Bacon e René Descartes.

Gli scienziati non comprendono ancora appieno la natura di questo fenomeno, spiegandolo con la differenza tra sottoraffreddamento, evaporazione, formazione di ghiaccio, convezione o con l'effetto dei gas liquefatti sull'acqua calda e fredda.

Nota di X.RU sull'argomento "L'acqua calda congela più velocemente dell'acqua fredda".

Poiché i problemi del raffreddamento sono più vicini a noi, specialisti della refrigerazione, ci permetteremo di approfondire un po' l'essenza di questo problema e di fornire due opinioni sulla natura di tale fenomeno misterioso.

1. Uno scienziato dell'Università di Washington ha proposto una spiegazione per un misterioso fenomeno noto fin dai tempi di Aristotele: perché l'acqua calda congela più velocemente dell'acqua fredda.

Il fenomeno, chiamato effetto Mpemba, è ampiamente utilizzato nella pratica. Ad esempio, gli esperti consigliano agli automobilisti di versare acqua fredda, non calda, nel serbatoio della lavatrice in inverno. Ma cosa si nasconde dietro questo fenomeno? per molto tempo rimasto sconosciuto.

Il dottor Jonathan Katz dell'Università di Washington ha studiato questo fenomeno ed è giunto alla conclusione che le sostanze disciolte nell'acqua, che precipitano quando riscaldate, svolgono un ruolo importante, riferisce EurekAlert.

Sotto disciolto sostanze dott. Katz si riferisce ai bicarbonati di calcio e magnesio, che si trovano nell'acqua dura. Quando l'acqua viene riscaldata, queste sostanze precipitano formando incrostazioni sulle pareti del bollitore. L'acqua che non è mai stata riscaldata contiene queste impurità. Quando si congela e si formano cristalli di ghiaccio, la concentrazione di impurità nell'acqua aumenta di 50 volte. Per questo motivo, il punto di congelamento dell'acqua diminuisce. "E ora l'acqua deve raffreddarsi ulteriormente per congelare", spiega il Dr. Katz.

C'è una seconda ragione che impedisce il congelamento dell'acqua non riscaldata. L'abbassamento del punto di congelamento dell'acqua riduce la differenza di temperatura tra la fase solida e quella liquida. "Poiché la velocità con cui l'acqua perde calore dipende da questa differenza di temperatura, l'acqua che non è stata riscaldata si raffredda meno bene", commenta il Dr. Katz.

Secondo lo scienziato, la sua teoria può essere testata sperimentalmente, perché L'effetto Mpemba diventa più evidente per l'acqua più dura.

2. L'ossigeno più l'idrogeno più il freddo creano il ghiaccio. A prima vista, questa sostanza trasparente sembra molto semplice. In realtà, il ghiaccio è pieno di molti misteri. Il ghiaccio, creato dall'africano Erasto Mpemba, non pensava alla fama. Le giornate erano calde. Lui voleva ghiaccio alla frutta. Prese la scatola del succo e la mise nel congelatore. Lo ha fatto più di una volta e quindi ha notato che il succo si congela particolarmente rapidamente se lo tieni prima al sole: si riscalda davvero! Questo è strano, pensò lo scolaro tanzaniano, che ha agito contrariamente alla saggezza mondana. È davvero necessario preriscaldare il liquido per trasformarlo in ghiaccio più velocemente? Il giovane fu così sorpreso che condivise la sua ipotesi con l'insegnante. Ha riportato questa curiosità alla stampa.

Questa storia è accaduta negli anni sessanta del secolo scorso. Ora l '"effetto Mpemba" è ben noto agli scienziati. Ma per molto tempo questo fenomeno apparentemente semplice rimase un mistero. Perché l'acqua calda congela più velocemente dell'acqua fredda?

Fu solo nel 1996 che il fisico David Auerbach trovò una soluzione. Per rispondere a questa domanda, ha condotto un esperimento per un anno intero: ha riscaldato l'acqua in un bicchiere e l'ha raffreddata di nuovo. Allora cosa ha scoperto? Quando riscaldate, le bolle d'aria disciolte nell'acqua evaporano. L'acqua priva di gas congela più facilmente sulle pareti del recipiente. “Naturalmente anche l’acqua ad alto contenuto di aria congela”, spiega Auerbach, “ma non a zero gradi Celsius, ma solo a meno quattro-sei gradi”. Ovviamente dovrai aspettare più a lungo. Quindi, l'acqua calda congela prima dell'acqua fredda, questo è un fatto scientifico.

Difficilmente esiste una sostanza che si presenti davanti ai nostri occhi con la stessa facilità del ghiaccio. È costituito solo da molecole d'acqua, cioè molecole elementari contenenti due atomi di idrogeno e un atomo di ossigeno. Tuttavia, il ghiaccio è forse la sostanza più misteriosa dell'Universo. Gli scienziati non sono ancora riusciti a spiegare alcune delle sue proprietà.

2. Sottoraffreddamento e congelamento "istantaneo".

Tutti sanno che l'acqua si trasforma sempre in ghiaccio quando viene raffreddata a 0°C... tranne in alcuni casi! Un caso del genere, ad esempio, è il "superraffreddamento", che è una proprietà di molto acqua pulita rimangono liquidi anche se raffreddati sotto lo zero. Questo fenomeno diventa possibile a causa del fatto che ambiente non contiene centri o nuclei di cristallizzazione che potrebbero innescare la formazione di cristalli di ghiaccio. E così l'acqua rimane in forma liquida anche quando viene raffreddata sotto lo zero gradi Celsius. Il processo di cristallizzazione può essere innescato, ad esempio, da bolle di gas, impurità (contaminanti) o da una superficie irregolare del contenitore. Senza di essi l’acqua rimarrà allo stato liquido. Quando inizia il processo di cristallizzazione, puoi osservare l'acqua super raffreddata trasformarsi istantaneamente in ghiaccio.

Guarda il video (2.901 KB, 60 sec) di Phil Medina (www.mrsciguy.com) e scoprilo tu stesso >>

Commento. L'acqua surriscaldata rimane liquida anche se riscaldata al di sopra del punto di ebollizione.

3. Acqua "di vetro".

Dimmi rapidamente e senza pensare quanti stati diversi ha l'acqua?

Se hai risposto a tre (solido, liquido, gas), allora ti sbagliavi. Gli scienziati identificano almeno 5 diversi stati dell'acqua liquida e 14 stati del ghiaccio.

Ricordi la conversazione sull'acqua superrefrigerata? Quindi, qualunque cosa tu faccia, a -38 °C anche l'acqua superrefrigerata più pura si trasforma improvvisamente in ghiaccio. Cosa succede con un ulteriore declino?

temperatura? A -120 °C qualcosa di strano inizia a succedere all'acqua: diventa super viscosa o viscosa, come la melassa, e a temperature inferiori a -135 °C si trasforma in acqua “vetrosa” o “vitrea” - una sostanza solida priva di struttura cristallina .

4. Proprietà quantistiche acqua

A livello molecolare, l’acqua è ancora più sorprendente. Nel 1995, un esperimento di diffusione dei neutroni condotto dagli scienziati ha prodotto un risultato inaspettato: i fisici hanno scoperto che i neutroni puntati sulle molecole d’acqua “vedono” il 25% in meno di protoni di idrogeno del previsto.

Si è scoperto che alla velocità di un attosecondo (10 -18 secondi) si verifica un insolito effetto quantistico e formula chimica l'acqua invece del solito - H 2 O, diventa H 1,5 O!

5. L'acqua ha memoria?

Omeopatia, alternativa medicina ufficiale, afferma che una soluzione diluita medicinale può fornire effetto curativo sul corpo, anche se il fattore di diluizione è così elevato che nella soluzione non rimangono altro che molecole d'acqua. I sostenitori dell'omeopatia spiegano questo paradosso con il concetto chiamato “memoria dell'acqua”, secondo il quale l'acqua a livello molecolare ha una “memoria” della sostanza una volta disciolta in essa e conserva le proprietà della soluzione alla concentrazione originaria dopo nemmeno un istante. la molecola dell'ingrediente rimane al suo interno.

Un gruppo internazionale di scienziati guidati dalla professoressa Madeleine Ennis della Queen's University di Belfast, che criticava i principi dell'omeopatia, ha condotto un esperimento nel 2002 per confutare questo concetto una volta per tutte. Il risultato è stato il contrario, hanno detto gli scienziati sono stati in grado di dimostrare la realtà dell'effetto “memoria dell'acqua”. Tuttavia, gli esperimenti condotti sotto la supervisione di esperti indipendenti non hanno portato alcun risultato. Il dibattito sull'esistenza del fenomeno della “memoria dell'acqua” continua.

L’acqua ha molte altre proprietà insolite di cui non abbiamo parlato in questo articolo.

Letteratura.

1. 5 cose davvero strane sull'acqua / http://www.neatorama.com.
2. Il mistero dell'acqua: è stata creata la teoria dell'effetto Aristotele-Mpemba / http://www.o8ode.ru.
3. Nepomnyashchy N.N. Segreti natura inanimata. La sostanza più misteriosa dell'universo / http://www.bibliotekar.ru.

Una delle mie materie preferite a scuola era la chimica. Una volta un insegnante di chimica ci affidò un compito molto strano e difficile. Ci ha fornito un elenco di domande a cui dovevamo rispondere in termini di chimica. Ci sono stati concessi diversi giorni per questo compito e ci è stato permesso di utilizzare biblioteche e altre fonti di informazione disponibili. Una di queste domande riguardava il punto di congelamento dell’acqua. Non ricordo esattamente come suonava la domanda, ma riguardava il fatto che se prendi due secchi di legno della stessa dimensione, uno con acqua calda, l'altro con acqua fredda (con una temperatura indicata con precisione), e li metti in un ambiente con una certa temperatura, quale si congelerà più velocemente? Naturalmente, la risposta è venuta subito da sé: un secchio di acqua fredda, ma abbiamo pensato che fosse troppo semplice. Ma questo non bastava per dare una risposta completa; occorreva dimostrarlo dal punto di vista chimico. Nonostante tutte le mie riflessioni e ricerche, non sono riuscito a giungere ad una conclusione logica. Ho anche deciso di saltare questa lezione quel giorno, quindi non ho mai imparato la soluzione di questo indovinello.

Sono passati anni e ho imparato molto miti quotidiani sul punto di ebollizione e sul punto di congelamento dell’acqua, e un mito diceva: “l’acqua calda congela più velocemente”. Ho guardato molti siti web, ma le informazioni erano troppo contrastanti. E queste erano solo opinioni, infondate dal punto di vista scientifico. E ho deciso di condurre il mio esperimento. Non trovando secchi di legno, ho usato il congelatore, il fornello, un po' d'acqua e un termometro digitale. Vi parlerò dei risultati della mia esperienza un po' più tardi. Innanzitutto, condividerò con voi alcuni argomenti interessanti sull’acqua:

L’acqua calda congela più velocemente dell’acqua fredda. La maggior parte degli esperti afferma che l’acqua fredda si congela più velocemente dell’acqua calda. Ma un fenomeno curioso (il cosiddetto effetto Memba), per ragioni sconosciute, dimostra il contrario: l’acqua calda congela più velocemente dell’acqua fredda. Una delle tante spiegazioni è il processo di evaporazione: se si mette acqua molto calda in un ambiente freddo, l'acqua inizierà ad evaporare (la quantità rimanente di acqua si congelerà più velocemente). E secondo le leggi della chimica, questo non è affatto un mito, e molto probabilmente questo è ciò che l'insegnante voleva sentire da noi.

L'acqua bollita si congela più velocemente dell'acqua del rubinetto. Nonostante la spiegazione precedente, alcuni esperti sostengono che l’acqua bollita raffreddata a temperatura ambiente dovrebbe congelare più velocemente perché l’ebollizione riduce la quantità di ossigeno.

L'acqua fredda bolle più velocemente dell'acqua calda. Se l’acqua calda si congela più velocemente, forse l’acqua fredda bolle più velocemente! Ciò è contrario al buon senso e gli scienziati affermano che semplicemente non può essere. L’acqua calda del rubinetto dovrebbe effettivamente bollire più velocemente dell’acqua fredda. Ma usare l’acqua calda per bollire non fa risparmiare energia. Potresti utilizzare meno gas o luce, ma lo scaldabagno utilizzerà la stessa quantità di energia necessaria per riscaldare l'acqua fredda. (Con l'energia solare la situazione è leggermente diversa). Come risultato del riscaldamento dell'acqua da parte dello scaldabagno, potrebbero apparire dei sedimenti, quindi l'acqua impiegherà più tempo a riscaldarsi.

Se aggiungi sale all'acqua, bollirà più velocemente. Il sale aumenta il punto di ebollizione (e di conseguenza abbassa il punto di congelamento, motivo per cui alcune casalinghe aggiungono un po' di sale al loro gelato). salgemma). Ma in questo caso ci interessa un'altra questione: per quanto tempo bollirà l'acqua e se il punto di ebollizione in questo caso potrà superare i 100°C). Nonostante ciò che dicono i libri di cucina, gli scienziati sostengono che la quantità di sale che aggiungiamo all’acqua bollente non è sufficiente per influenzare il tempo o la temperatura di ebollizione.

Ma ecco cosa ho ottenuto:

Acqua fredda: ho utilizzato tre bicchieri di vetro da 100 ml di acqua purificata: un bicchiere a temperatura ambiente (22°C/72°F), uno con acqua calda (46°C/115°F) e uno con acqua bollita (212°C/ °F/100°C). Ho messo tutti e tre i bicchieri in freezer a -18°C. E poiché sapevo che l'acqua non si sarebbe trasformata immediatamente in ghiaccio, ho determinato il grado di congelamento utilizzando un “galleggiante di legno”. Quando il bastoncino posto al centro del bicchiere non toccava più la base, consideravo l'acqua congelata. Controllavo gli occhiali ogni cinque minuti. E quali sono i miei risultati? L'acqua nel primo bicchiere si è congelata dopo 50 minuti. L'acqua calda si è congelata dopo 80 minuti. Bollito - dopo 95 minuti. Le mie scoperte: date le condizioni nel congelatore e l'acqua che ho usato, non sono riuscito a riprodurre l'effetto Memba.

Ho provato questo esperimento anche con acqua precedentemente bollita e raffreddata a temperatura ambiente. Si è congelato in 60 minuti, ma ci è voluto più tempo dell'acqua fredda per congelare.

Acqua bollita: ho preso un litro d'acqua a temperatura ambiente e l'ho messa sul fuoco. Ha bollito in 6 minuti. L'ho quindi raffreddato di nuovo a temperatura ambiente e l'ho aggiunto mentre era caldo. Con lo stesso fuoco l'acqua calda bolliva in 4 ore e 30 minuti. Conclusione: come previsto, l'acqua calda bolle molto più velocemente.

Acqua bollita (con sale): ho aggiunto 2 cucchiai grandi di sale da cucina per 1 litro d'acqua. Bollì in 6 minuti e 33 secondi e, come indicava il termometro, raggiunse la temperatura di 102°C. Indubbiamente il sale influisce sul punto di ebollizione, ma non di molto. Conclusione: il sale nell'acqua non influisce molto sulla temperatura e sul tempo di ebollizione. Onestamente ammetto che la mia cucina difficilmente può essere definita un laboratorio, e forse le mie conclusioni contraddicono la realtà. Mio congelatore potrebbe congelare il cibo in modo non uniforme. I miei bicchieri di vetro potrebbero esserlo forma irregolare , Eccetera. Ma qualunque cosa accada in laboratorio, quando stiamo parlando

Quando si tratta di congelare o bollire l’acqua in cucina, la cosa più importante è il buon senso. collegamento con fatti interessanti
come suggerito sul forum forum.ixbt.com, questo effetto (l’effetto dell’acqua calda che si congela più velocemente dell’acqua fredda) è chiamato “effetto Aristotele-Mpemba”

Quelli. L’acqua bollita (refrigerata) si congela più velocemente dell’acqua “grezza”.