I den gamla goda formeln H 2 O verkar det som om det inte finns några hemligheter. Men i själva verket är vatten - källan till liv och den mest kända vätskan i världen - fylld av många mysterier som ibland inte ens forskare kan lösa.
Här är de 5 mest intressanta fakta om vatten:
1. Varmvatten fryser snabbare än kallt vatten
Ta två behållare med vatten: häll varmt vatten i den ena och kallt vatten i den andra och placera dem i frysen. Varmvatten kommer att frysa snabbare än kallt vatten, även om kallt vatten logiskt sett borde ha förvandlats till is först: trots allt måste varmt vatten först kylas ner till kall temperatur och sedan förvandlas till is, medan kallt vatten inget behov av att kyla ner. Varför händer det här?
1963, Erasto B. Mpemba, gymnasieelev gymnasium i Tanzania, när jag fryste in en färdig glassmix, märkte jag att den varma mixen hårdnar snabbare i frysen än den kalla. När den unge mannen delade sin upptäckt med en fysiklärare skrattade han bara åt honom. Lyckligtvis var eleven ihärdig och övertalade läraren att genomföra ett experiment, vilket bekräftade hans upptäckt: i vissa villkor varmt vatten fryser verkligen snabbare än kallt.
Nu kallas detta fenomen med att varmt vatten fryser snabbare än kallt vatten för Mpemba-effekten. Sant, långt innan det unik egendom vatten noterades av Aristoteles, Francis Bacon och Rene Descartes.
Forskare förstår inte helt arten av detta fenomen, de förklarar det antingen med skillnaden i hypotermi, avdunstning, isbildning, konvektion eller effekten av flytande gaser på varmt och kallt vatten.
Anmärkning från Х.RU till ämnet "Varmvatten fryser snabbare än kallt vatten".
Eftersom frågorna om kylning ligger närmare oss, kylskåp, kommer vi att tillåta oss att gå djupare in i kärnan av detta problem och ge två åsikter om karaktären av sådana mystiskt fenomen.
1. En forskare från University of Washington har erbjudit en förklaring till ett mystiskt fenomen känt sedan Aristoteles tid: varför varmt vatten fryser snabbare än kallt vatten.
Fenomenet, som kallas Mpemba-effekten, används flitigt i praktiken. Till exempel råder experter bilister att hälla kallt i stället för varmt vatten i spolarbehållaren på vintern. Men vad ligger bakom detta fenomen? länge sedan förblev okänd.
Dr. Jonathan Katz vid University of Washington undersökte detta fenomen och drog slutsatsen att viktig roll det spelas av ämnen lösta i vatten, som fälls ut vid upphettning, enligt EurekAlert.
Under upplöst ämnen dr Katz hänvisar till kalcium- och magnesiumbikarbonater som finns i hårt vatten. När vattnet värms upp faller dessa ämnen ut och bildar avlagringar på vattenkokarens väggar. Vatten som aldrig har värmts upp innehåller dessa föroreningar. När det fryser och iskristaller bildas, ökar koncentrationen av föroreningar i vattnet 50 gånger. Detta sänker vattnets fryspunkt. "Och nu måste vattnet svalna för att frysa", förklarar Dr. Katz.
Det finns ett andra skäl som förhindrar frysning av ouppvärmt vatten. Att sänka fryspunkten för vatten minskar temperaturskillnaden mellan den fasta och flytande fasen. "Eftersom hastigheten med vilken vatten förlorar värme beror på denna temperaturskillnad, är det mindre sannolikt att vatten som inte har värmts kyls ner", säger Dr. Katz.
Enligt vetenskapsmannen kan hans teori testas experimentellt, eftersom. Mpemba-effekten blir mer uttalad för hårdare vatten.
2. Syre plus väte plus kyla skapar is. Vid första anblicken verkar detta genomskinliga ämne väldigt enkelt. Faktum är att isen är fylld av många mysterier. Isen som skapades av afrikanen Erasto Mpemba tänkte inte på ära. Dagarna var varma. Han ville fruktis. Han tog en kartong juice och la den i frysen. Han gjorde detta mer än en gång och märkte därför att juicen fryser extra snabbt, om du håller den i solen innan dess - bara värm upp den! Det här är konstigt, tyckte den tanzaniske skolpojken, som agerade i strid med världslig visdom. Är det möjligt att för att vätskan snabbare ska förvandlas till is måste den först ... värmas upp? Den unge mannen blev så förvånad att han delade sin gissning med läraren. Han rapporterade denna nyfikenhet i pressen.
Den här historien hände redan på 1960-talet. Nu är "Mpemba-effekten" välkänd för forskare. Men under lång tid förblev detta till synes enkla fenomen ett mysterium. Varför fryser varmt vatten snabbare än kallt vatten?
Det var inte förrän 1996 som fysikern David Auerbach hittade en lösning. För att svara på denna fråga genomförde han ett experiment i ett helt år: han värmde vatten i ett glas och kylde det igen. Så vad fick han reda på? Vid upphettning avdunstar luftbubblor lösta i vatten. Vatten utan gaser fryser lättare på kärlets väggar. "Självklart kommer vatten med hög lufthalt också att frysa", säger Auerbach, "men inte vid noll grader Celsius, utan bara vid minus fyra till sex grader." Naturligtvis får du vänta längre. Så, varmt vatten fryser före kallt vatten, detta är ett vetenskapligt faktum.
Det finns knappast ett ämne som skulle dyka upp framför våra ögon med samma lätthet som is. Den består bara av vattenmolekyler - det vill säga elementära molekyler som innehåller två väteatomer och ett syre. Men is är kanske den mest mystiska substansen i universum. Forskare har hittills inte kunnat förklara några av dess egenskaper.
2. Superkylning och "flash"-frysning
Alla vet att vatten alltid blir till is när det svalnar till 0 °C... förutom i vissa fall! Ett sådant fall är till exempel "superkylning", vilket är en egenskap hos mycket rent vatten förbli flytande även när den är kyld under fryspunkten. Detta fenomen möjliggörs av det faktum att Miljö innehåller inte centra eller kärnor av kristallisation, vilket kan provocera fram bildandet av iskristaller. Så vattnet förblir i flytande form, även när det kyls till temperaturer under noll grader Celsius. Kristallisationsprocessen kan utlösas, till exempel av gasbubblor, föroreningar (föroreningar), ojämn yta på behållaren. Utan dem kommer vattnet att stanna kvar flytande tillstånd. När kristalliseringsprocessen startar kan du se hur det superkylda vattnet omedelbart förvandlas till is.
Se videon (2 901 Kb, 60 c) av Phil Medina (www.mrsciguy.com) och se själv >>
Kommentar.Överhettat vatten förblir också flytande även när det värms över sin kokpunkt.
3. "Glas" vatten
Snabbt och utan att tveka, nämn hur mycket olika stater har vattnet?
Om du svarade tre (fast, flytande, gas), så har du fel. Forskare särskiljer minst 5 olika tillstånd av vatten i flytande form och 14 tillstånd av is.
Kommer du ihåg samtalet om superkylt vatten? Så oavsett vad du gör, vid -38 ° C, förvandlas till och med det renaste superkyla vattnet plötsligt till is. Vad händer med en ytterligare minskning
temperatur? Vid -120 °C börjar något konstigt hända med vatten: det blir supervisköst eller trögflytande, som melass, och vid temperaturer under -135 °C förvandlas det till "glasigt" eller "glasigt" vatten - en fast substans i vilken det finns ingen kristallin struktur.
4. Vattnets kvantegenskaper
På molekylär nivå är vatten ännu mer fantastiskt. 1995 gav ett neutronspridningsexperiment utfört av forskare ett oväntat resultat: fysiker fann att neutroner riktade mot vattenmolekyler "ser" 25 % färre väteprotoner än förväntat.
Det visade sig att med en hastighet av en attoseund (10 -18 sekunder) sker en ovanlig kvanteffekt, och kemisk formel vatten istället för det vanliga - H 2 O, blir H 1,5 O!
5. Har vatten ett minne?
Homeopati, ett alternativ till konventionell medicin, hävdar att en utspädd lösning läkemedel kan ha en terapeutisk effekt på kroppen, även om utspädningsfaktorn är så stor att det inte finns något kvar i lösningen än vattenmolekyler. Förespråkare för homeopati förklarar denna paradox med ett begrepp som kallas "minne av vatten", enligt vilket vatten på molekylär nivå har ett "minne" av ämnet när det väl lösts upp i det och behåller egenskaperna hos lösningen av den ursprungliga koncentrationen efter inte en en enda molekyl av ingrediensen finns kvar i den.
Ett internationellt team av vetenskapsmän ledda av professor Madeleine Ennis från Queen's University of Belfast, som kritiserade homeopatins principer, genomförde ett experiment 2002 för att motbevisa detta koncept en gång för alla. Resultatet blev det motsatta. Därefter sa vetenskapsmän att de kunde bevisa verkligheten av effekten av "minne av vatten. Men experiment utförda under överinseende av oberoende experter, gav inte resultat. Tvister om förekomsten av fenomenet "minne av vatten" fortsätter.
Vatten har många andra ovanliga egenskaper som vi inte har behandlat i den här artikeln.
Litteratur.
1. 5 riktigt konstiga saker om vatten / http://www.neatorama.com.
2. Vattnets mysterium: teorin om Aristoteles-Mpemba-effekten skapades / http://www.o8ode.ru.
3. Nepomniachtchi N.N. Den livlösa naturens hemligheter. Det mest mystiska ämnet i universum / http://www.bibliotekar.ru.
Mpemba effekt(Mpemba paradox) - en paradox som säger att varmt vatten under vissa förhållanden fryser snabbare än kallt vatten, även om det måste passera temperaturen på kallt vatten under frysning. Denna paradox är ett experimentellt faktum som motsäger de vanliga idéerna, enligt vilka en varmare kropp under samma förhållanden behöver mer tid för att kylas ner till en viss temperatur än en svalare kropp för att kyla ner till samma temperatur.
Detta fenomen uppmärksammades på den tiden av Aristoteles, Francis Bacon och Rene Descartes, men först 1963 upptäckte den tanzaniske skolpojken Erasto Mpemba att en varm glassblandning fryser snabbare än en kall.
Som elev på Magamba High School i Tanzania gjorde Erasto Mpemba det praktiskt arbete inom den kulinariska konsten. Han var tvungen att göra hemgjord glass - koka mjölk, lösa upp socker i den, kyla den till rumstemperatur och ställ sedan in i kylen för att frysa. Uppenbarligen var Mpemba inte en särskilt flitig student och skjuta upp med den första delen av uppdraget. Eftersom han var rädd för att han inte skulle komma i tid vid slutet av lektionen lade han den fortfarande varma mjölken i kylskåpet. Till hans förvåning frös den till och med tidigare än hans kamraters mjölk, tillagad enligt en given teknik.
Efter det experimenterade Mpemba inte bara med mjölk utan också med vanligt vatten. Hur som helst, redan som elev på Mkvava High School, ställde han en fråga till professor Dennis Osborn från universitet i Dar es Salaam (inbjuden av skolans direktör att hålla en föreläsning om fysik för studenter) om vatten: "Om du tar två identiska behållare med lika volymer vatten så att vattnet i en av dem har en temperatur på 35° C, och i den andra - 100 ° C, och lägg dem i frysen, sedan i den andra fryser vattnet snabbare. Varför?" Osborne blev intresserad av detta nummer och snart 1969 publicerade de tillsammans med Mpemba resultaten av sina experiment i tidskriften "Physics Education". Sedan dess heter effekten de upptäckt Mpemba effekt.
Hittills vet ingen exakt hur man ska förklara denna märkliga effekt. Forskare har inte en enda version, även om det finns många. Allt handlar om skillnaden i egenskaperna hos varmt och kallt vatten, men det är ännu inte klart vilka egenskaper som spelar roll i det här fallet: skillnaden i underkylning, avdunstning, isbildning, konvektion eller effekten av flytande gaser på vatten vid kl. olika temperaturer.
Paradoxen med Mpemba-effekten är att tiden under vilken kroppen kyls ner till omgivningstemperaturen måste vara proportionell mot temperaturskillnaden mellan denna kropp och miljön. Denna lag fastställdes av Newton och har sedan dess bekräftats många gånger i praktiken. I samma effekt kyls vatten vid 100°C ner till 0°C snabbare än samma mängd vatten vid 35°C.
Detta innebär dock ännu ingen paradox, eftersom Mpemba-effekten också kan förklaras inom känd fysik. Här är några förklaringar till Mpemba-effekten:
avdunstning
Varmvatten avdunstar snabbare från behållaren, vilket minskar dess volym, och en mindre volym vatten med samma temperatur fryser snabbare. Vatten som värms upp till 100 C förlorar 16 % av sin massa när det kyls till 0 C.
Förångningseffekten är en dubbel effekt. Först reduceras mängden vatten som krävs för kylning. Och för det andra minskar temperaturen på grund av det faktum att förångningsvärmet av övergången från vattenfasen till ångfasen minskar.
temperaturskillnad
På grund av att temperaturskillnaden mellan varmvatten och kall luft är större - därför är värmeväxlingen i detta fall mer intensiv och varmvatten kyls snabbare.
hypotermi
När vatten kyls under 0 C fryser det inte alltid. Under vissa förhållanden kan den undergå underkylning samtidigt som den fortsätter att förbli flytande vid temperaturer under fryspunkten. I vissa fall kan vatten förbli flytande även vid -20 C.
Anledningen till denna effekt är att för att de första iskristallerna ska börja bildas behövs centra för kristallbildning. Om de inte är i flytande vatten kommer underkylningen att fortsätta tills temperaturen sjunker så mycket att kristaller börjar bildas spontant. När de börjar bildas i den underkylda vätskan kommer de att börja växa snabbare och bilda ett isslam som fryser till is.
Varmvatten är mest mottagligt för hypotermi eftersom uppvärmning av det eliminerar lösta gaser och bubblor, som i sin tur kan fungera som centrum för bildandet av iskristaller.
Varför gör hypotermi att varmvatten fryser snabbare? I fall att kallt vatten, som inte är underkyld, inträffar följande. I detta fall kommer ett tunt lager av is att bildas på kärlets yta. Detta lager av is kommer att fungera som en isolator mellan vattnet och kall luft och kommer att förhindra ytterligare avdunstning. Hastigheten för bildandet av iskristaller i detta fall kommer att vara mindre. Vid underkylning av varmt vatten har det underkylda vattnet inget skyddande ytskikt av is. Därför tappar den värme mycket snabbare genom den öppna toppen.
När underkylningsprocessen avslutas och vattnet fryser försvinner mycket mer värme och därför bildas mer is.
Många forskare av denna effekt anser hypotermi vara huvudfaktorn i fallet med Mpemba-effekten.
Konvektion
Kallt vatten börjar frysa från ovan, vilket förvärrar processerna för värmestrålning och konvektion, och därmed förlusten av värme, medan varmt vatten börjar frysa underifrån.
Denna effekt förklaras av en anomali i vattnets densitet. Vatten har en maximal densitet vid 4 C. Om du kyler vatten till 4 C och sätter det på en lägre temperatur kommer ytskiktet av vatten att frysa snabbare. Eftersom detta vatten är mindre tätt än vatten vid 4°C kommer det att stanna kvar på ytan och bilda ett tunt kallt lager. Under dessa förhållanden kommer ett tunt lager av is att bildas på vattenytan under en kort tid, men detta lager av is kommer att fungera som en isolator som skyddar de nedre lagren av vatten, som kommer att förbli vid en temperatur på 4 C. Därför , kommer ytterligare nedkylning att gå långsammare.
När det gäller varmvatten är situationen en helt annan. Ytskiktet av vatten kommer att svalna snabbare på grund av avdunstning och mer skillnad temperaturer. Dessutom är kallvattenlagren tätare än varmvattenlagren, så kallvattenlagret kommer att sjunka ner och höja lagret. varmvatten till ytan. Denna cirkulation av vatten säkerställer en snabb temperatursänkning.
Men varför når inte denna process jämviktspunkten? För att förklara Mpemba-effekten ur denna synvinkel av konvektion, skulle det vara nödvändigt att anta att de kalla och varma skikten av vatten separeras och själva konvektionsprocessen fortsätter efter att den genomsnittliga vattentemperaturen sjunker under 4 C.
Det finns dock inga experimentella bevis för att stödja denna hypotes att kalla och varma lager av vatten separeras genom konvektion.
gaser lösta i vatten
Vatten innehåller alltid gaser lösta i det - syre och koldioxid. Dessa gaser har förmågan att sänka vattnets fryspunkt. När vattnet värms upp frigörs dessa gaser från vattnet eftersom deras löslighet i vatten kl hög temperatur Nedan. Därför, när varmvatten kyls, finns det alltid färre lösta gaser i det än i ouppvärmt kallt vatten. Därför är fryspunkten för uppvärmt vatten högre och det fryser snabbare. Denna faktor anses ibland vara den viktigaste för att förklara Mpemba-effekten, även om det inte finns några experimentella data som bekräftar detta faktum.
Värmeledningsförmåga
Denna mekanism kan spela en betydande roll när vatten placeras i en kyl och frys i små behållare. Under dessa förhållanden har det observerats att behållaren med hett vatten smälter isen från frysen under, vilket förbättrar termisk kontakt med frysens vägg och värmeledningsförmåga. Som ett resultat tas värme bort från varmvattenbehållaren snabbare än från den kalla. I sin tur smälter behållaren med kallt vatten inte snö under den.
Alla dessa (liksom andra) tillstånd har studerats i många experiment, men ett entydigt svar på frågan - vilken av dem ger en 100% reproduktion av Mpemba-effekten - har inte erhållits.
Så, till exempel, 1995 studerade den tyske fysikern David Auerbach inverkan av underkylning av vatten på denna effekt. Han upptäckte att varmt vatten, som når ett underkylt tillstånd, fryser vid en högre temperatur än kallt vatten, och därför snabbare än det senare. Men kallt vatten når det underkylda tillståndet snabbare än varmt vatten, vilket kompenserar för den tidigare fördröjningen.
Dessutom motsäger Auerbachs resultat tidigare data om att varmvatten kan uppnå större underkylning på grund av färre kristallisationscentra. När vatten värms upp, avlägsnas de gaser som är lösta i det, och när det kokas utfälls några salter lösta i det.
Hittills kan bara en sak hävdas - reproduktionen av denna effekt beror i huvudsak på de förhållanden under vilka experimentet utförs. Just för att det inte alltid återges.
O.V. Mosin
Litterärkällor:
"Varmt vatten fryser snabbare än kallt vatten. Varför gör det det?", Jearl Walker i The Amateur Scientist, Scientific American, Vol. 237, nr. 3, sid. 246-257; september 1977.
"Frysningen av varmt och kallt vatten", G.S. Kell i American Journal of Physics, Vol. 37, nr. 5, sid. 564-565; maj 1969.
"Supercooling och Mpemba-effekten", David Auerbach, i American Journal of Physics, Vol. 63, nr. 10, sid. 882-885; oktober 1995.
"The Mpemba effect: The freezing times of hot and cold water", Charles A. Knight, i American Journal of Physics, Vol. 64, nr. 5, sid 524; maj, 1996.
Vilket vatten som fryser snabbare, varmt eller kallt, påverkas av många faktorer, men frågan i sig verkar lite konstig. Det är underförstått, och det är känt från fysiken, att varmt vatten fortfarande behöver tid på sig att svalna till temperaturen hos jämförbart kallt vatten för att förvandlas till is. Kallt vatten kan hoppa över detta steg, och följaktligen vinner det med tiden.
Men svaret på frågan om vilket vatten som fryser snabbare - kallt eller varmt - på gatan i frost, vet alla invånare nordliga breddgrader. Faktiskt vetenskapligt visar det sig att kallt vatten i alla fall helt enkelt måste frysa snabbare.
Så gjorde läraren i fysik, som 1963 kontaktades av skolpojken Erasto Mpemba med en begäran om att förklara varför den kalla blandningen av framtida glass fryser längre än en liknande, men varm.
"Det här är inte världsfysik, utan någon form av Mpemba-fysik"
På den tiden skrattade läraren bara åt detta, men Deniss Osborne, en professor i fysik, som en gång gick i samma skola där Erasto studerade, bekräftade experimentellt existensen av en sådan effekt, även om det inte fanns någon förklaring till detta då . 1969, i den populära vetenskaplig Journal publicerade en gemensam artikel av dessa två personer som beskrev denna märkliga effekt.
Sedan dess har förresten frågan om vilket vatten som fryser snabbare - varmt eller kallt, fått sitt eget namn - effekten, eller paradoxen, Mpemba.
Frågan har funnits länge
Naturligtvis har ett sådant fenomen ägt rum tidigare, och det nämndes i andra forskares verk. Inte bara skolpojken var intresserad av denna fråga, utan Rene Descartes och till och med Aristoteles funderade på det vid en gång.
Här är bara tillvägagångssätt för att lösa denna paradox började se först i slutet av det tjugonde århundradet.
Förutsättningar för att en paradox ska uppstå
Precis som med glass är det inte bara vanligt vatten som fryser under experimentet. Vissa förhållanden måste finnas för att börja bråka vilket vatten som fryser snabbare - kallt eller varmt. Vad påverkar denna process?
Nu, på 2000-talet, har flera alternativ lagts fram som kan förklara denna paradox. Vilket vatten som fryser snabbare, varmt eller kallt, kan bero på att det har en högre förångningshastighet än kallt vatten. Således minskar dess volym, och med en minskning av volymen blir frystiden kortare än om vi tar en liknande initial volym kallt vatten.
Frysen har länge varit upptinad
Vilket vatten som fryser snabbare, och varför det gör det, kan påverkas av snöfodret som kan finnas i frysen i kylen som används för experimentet. Om du tar två behållare som är identiska i volym, men en av dem kommer att ha varmt vatten och den andra kallt vatten, kommer behållaren med varmt vatten att smälta snön under den, vilket förbättrar kontakten mellan den termiska nivån och kylskåpets vägg. En kallvattenbehållare kan inte göra det. Om det inte finns något sådant foder med snö i kylskåpet, bör kallt vatten frysa snabbare.
Topp - botten
Även fenomenet där vatten fryser snabbare - varmt eller kallt, förklaras enligt följande. Enligt vissa lagar börjar kallt vatten frysa från de övre lagren, när varmt vatten gör det tvärtom - det börjar frysa nerifrån och upp. Samtidigt visar det sig att kallt vatten, som har ett kallt lager ovanpå med is redan bildad på sina ställen, därmed försämrar konvektionsprocesser och värmestrålning, vilket förklarar vilket vatten som fryser snabbare - kallt eller varmt. Ett foto från amatörexperiment bifogas, och här syns det tydligt.
Värmen går ut, tenderar uppåt och där möter den ett väldigt svalt lager. Det finns ingen fri väg för värmestrålning, så kylningsprocessen blir svår. Varmvatten har absolut inga sådana barriärer i sin väg. Som fryser snabbare - kallt eller varmt, på vilket det troliga resultatet beror, kan du utöka svaret genom att säga att något vatten har vissa ämnen lösta i sig.
Föroreningar i vattnets sammansättning som en faktor som påverkar resultatet
Om du inte fuskar och använder vatten med samma sammansättning, där koncentrationerna av vissa ämnen är identiska, bör kallt vatten frysa snabbare. Men om en situation uppstår när den upplösta kemiska grundämnen tillgängliga endast i varmt vatten, medan kallt vatten inte har dem, då finns det en möjlighet för varmvatten att frysa tidigare. Detta förklaras av det faktum att lösta ämnen i vatten skapar kristallisationscentra, och med ett litet antal av dessa centra, omvandlingen av vatten till fast tillstånd svår. Även underkylning av vatten är möjlig, i den meningen att det vid minusgrader kommer att vara i flytande tillstånd.
Men alla dessa versioner passade tydligen inte forskarna till slutet, och de fortsatte att arbeta med denna fråga. 2013 sa ett team av forskare i Singapore att de hade löst det urgamla mysteriet.
En grupp kinesiska forskare hävdar att hemligheten denna effekt består av mängden energi som lagras mellan vattenmolekyler i dess bindningar, så kallade vätebindningar.
Svaret från kinesiska forskare
Ytterligare information kommer att följa, för att förstå vilken det är nödvändigt att ha viss kunskap i kemi för att ta reda på vilket vatten som fryser snabbare - varmt eller kallt. Som ni vet består den av två H (väte) atomer och en O (syre) atom som hålls samman av kovalenta bindningar.
Men väteatomer i en molekyl attraheras också till närliggande molekyler, till deras syrekomponent. Dessa bindningar kallas vätebindningar.
Samtidigt är det värt att komma ihåg att samtidigt verkar vattenmolekyler frånstötande på varandra. Forskare noterade att när vatten värms upp ökar avståndet mellan dess molekyler, och detta underlättas av frånstötande krafter. Det visar sig att om man upptar ett avstånd mellan molekyler i kallt tillstånd, kan man säga att de sträcker sig, och de har en större energitillförsel. Det är denna energireserv som frigörs när vattenmolekyler börjar närma sig varandra, det vill säga kylning sker. Det visar sig att en större tillförsel av energi i varmvatten, och dess större utsläpp vid kylning till minusgrader, sker snabbare än i kallt vatten, som har mindre tillgång på sådan energi. Så vilket vatten fryser snabbare - kallt eller varmt? På gatan och i laboratoriet bör Mpemba-paradoxen uppstå, och hett vatten bör förvandlas till is snabbare.
Men frågan är fortfarande öppen
Det finns bara en teoretisk bekräftelse på denna ledtråd - allt detta är skrivet i vackra formler och verkar rimligt. Men när experimentdata, vilket vatten fryser snabbare - varmt eller kallt, kommer att sättas i praktisk mening och deras resultat kommer att presenteras, då kommer det att vara möjligt att betrakta frågan om Mpemba-paradoxen som stängd.
Kemi var ett av mina favoritämnen i skolan. En gång gav en kemilärare oss en mycket konstig och svår uppgift. Han gav oss en lista med frågor som vi var tvungna att besvara i termer av kemi. Vi fick flera dagar för denna uppgift och fick använda bibliotek och andra tillgängliga informationskällor. En av dessa frågor gällde vattnets fryspunkt. Jag minns inte exakt hur frågan lät, men det handlade om att om man tar två trähinkar av samma storlek, en med varmt vatten, den andra med kallt vatten (vid exakt angiven temperatur), och placerar dem i en miljö med en viss temperatur, vilken kommer de att frysa snabbare? Naturligtvis föreslog svaret omedelbart sig självt - en hink kallt vatten, men det verkade för oss för enkelt. Men detta räckte inte för att ge ett fullständigt svar, vi behövde bevisa det ur en kemisk synvinkel. Trots alla mina funderingar och efterforskningar har jag inte kunnat slutledning. Den här dagen bestämde jag mig till och med för att hoppa över den här lektionen, så jag fick aldrig reda på lösningen på denna gåta.
Åren gick och jag lärde mig många vardagliga myter om vattens kokpunkt och fryspunkt, och en myt sa: "varmt vatten fryser snabbare." Jag tittade på många webbplatser men informationen var för motstridig. Och detta var bara åsikter, ogrundade ur vetenskapens synvinkel. Och jag bestämde mig för att ta egen erfarenhet. Eftersom jag inte kunde hitta trähinkar använde jag en frys, spishäll, lite vatten och en digital termometer. Jag kommer att prata om resultaten av min erfarenhet lite senare. Först kommer jag att dela med dig några intressanta argument om vatten:
Varmvatten fryser snabbare än kallt vatten. De flesta experter säger att kallt vatten fryser snabbare än varmt vatten. Men ett roligt fenomen (den så kallade Memba-effekten), enligt okända orsaker, bevisar motsatsen: Varmvatten fryser snabbare än kallt vatten. En av flera förklaringar är förångningsprocessen: om mycket varmt vatten placeras i en kall miljö, kommer vattnet att börja avdunsta (resterande mängd vatten kommer att frysa snabbare). Och enligt kemins lagar är detta inte alls en myt, och troligen är det detta som läraren ville höra från oss.
Kokt vatten fryser snabbare kranvatten. Trots den tidigare förklaringen hävdar vissa experter det kokat vatten, kyld till rumstemperatur, bör frysa snabbare, eftersom som ett resultat av kokning minskar mängden syre.
Kallt vatten kokar snabbare än varmt vatten. Om varmt vatten fryser snabbare kan kallt vatten koka snabbare! Detta strider mot sunt förnuft och forskare hävdar att detta helt enkelt inte kan vara. Varmt kranvatten borde faktiskt koka snabbare än kallt vatten. Men genom att använda hett vatten för att koka sparar du ingen energi. Du kanske använder mindre gas eller el, men varmvattenberedaren kommer att använda samma mängd energi som behövs för att värma kallt vatten. (Solenergi är lite annorlunda.) Till följd av att vattnet värms upp med en varmvattenberedare kan sediment bildas, så vattnet tar längre tid att värmas upp.
Om du tillsätter salt i vattnet kommer det att koka snabbare. Salt höjer kokpunkten (och sänker därför fryspunkten - varför vissa hemmafruar tillsätter lite stensalt till glass). Men vi in det här fallet en annan fråga är av intresse: hur länge kommer vattnet att koka och om kokpunkten i detta fall kan stiga över 100 ° C). Trots vad kokböcker säger säger forskare att mängden salt vi lägger till kokande vatten inte räcker för att påverka tiden eller temperaturen för kokningen.
Men här är vad jag fick:
Kallt vatten: Jag använde tre 100 ml glasbägare med renat vatten: en rumstemperatur (72°F/22°C), en varmvatten (115°F/46°C) och en kokt (212°F/100°C) C). Jag ställde alla tre glasen i frysen vid -18°C. Och eftersom jag visste att vatten inte omedelbart skulle förvandlas till is, bestämde jag graden av frysning av "träflottan". När pinnen, placerad i mitten av glaset, inte längre rörde vid basen trodde jag att vattnet hade frusit. Jag kollade glasögonen var femte minut. Och vad är mina resultat? Vattnet i det första glaset frös efter 50 minuter. Varmvatten frös efter 80 minuter. Kokt - efter 95 minuter. Mina slutsatser: Med tanke på förhållandena i frysen och vattnet jag använde kunde jag inte återskapa Memba-effekten.
Jag provade också detta experiment med tidigare kokt vatten kylt till rumstemperatur. Det frös på 60 minuter - det tog fortfarande längre tid än kallt vatten att frysa.
Kokt vatten: Jag tog en liter vatten i rumstemperatur och satte eld på det. Hon kokade på 6 minuter. Sedan kylde jag ner den till rumstemperatur igen och lade till den varma. Med samma eld kokade hett vatten på 4 timmar och 30 minuter. Slutsats: som förväntat kokar varmt vatten mycket snabbare.
Kokt vatten (med salt): Jag tillsatte 2 stora matskedar matsalt till 1 liter vatten. Den kokade på 6 minuter och 33 sekunder, och som termometern visade nådde den en temperatur på 102°C. Utan tvekan påverkar salt kokpunkten, men inte mycket. Slutsats: salt i vatten påverkar inte temperaturen och koktiden särskilt mycket. Jag erkänner ärligt att mitt kök är svårt att kalla ett laboratorium, och kanske strider mina slutsatser mot verkligheten. Min frys kan frysa mat ojämnt. Mina glasögon kan vara oregelbunden form, Etc. Men vad som än händer i laboratoriet, när vi pratar om att frysa eller koka vatten i köket, det viktigaste är sunt förnuft.
länk från intressanta fakta om vatten allt om vatten
som föreslagits på forum.ixbt.com-forumet kallas denna effekt (effekten av att frysa varmt vatten snabbare än kallt vatten) "Aristotele-Mpemba-effekten"
De där. kokt vatten (kylt) fryser snabbare än "rå"
Vatten- ett ganska enkelt ämne ur kemisk synvinkel, men det har ett antal ovanliga egenskaper som aldrig slutar att förvåna forskarna. Nedan följer några fakta som få människor känner till.
1. Vilket vatten fryser snabbare - kallt eller varmt?
Ta två behållare med vatten: häll varmt vatten i den ena och kallt vatten i den andra och placera dem i frysen. Varmvatten kommer att frysa snabbare än kallt vatten, även om kallt vatten logiskt sett borde ha förvandlats till is först: trots allt måste varmt vatten först kylas ner till kall temperatur och sedan förvandlas till is, medan kallt vatten inte behöver kylas ner. Varför händer det här?
1963 märkte en tanzanisk student vid namn Erasto B. Mpemba, när han fryste in en beredd glassblandning, att den varma blandningen stelnade snabbare i frysen än den kalla. När den unge mannen delade sin upptäckt med en fysiklärare skrattade han bara åt honom. Lyckligtvis var eleven ihärdig och övertygade läraren att genomföra ett experiment, som bekräftade hans upptäckt: under vissa förhållanden fryser varmt vatten verkligen snabbare än kallt vatten.
Nu kallas detta fenomen med att varmt vatten fryser snabbare än kallt vatten " Mpemba effekt". Sant, långt före honom noterades denna unika egenskap av vatten av Aristoteles, Francis Bacon och Rene Descartes.
Forskare förstår inte helt arten av detta fenomen, de förklarar det antingen med skillnaden i hypotermi, avdunstning, isbildning, konvektion eller effekten av flytande gaser på varmt och kallt vatten.
2. Hon kan frysa direkt
Det vet alla vatten blir alltid till is när den kyls till 0 °C ... utom i vissa fall! Ett sådant fall är till exempel underkylning, som är egenskapen hos mycket rent vatten att förbli flytande även när det kyls under fryspunkten. Detta fenomen blir möjligt på grund av det faktum att miljön inte innehåller kristallisationscentra eller kärnor som kan provocera fram bildandet av iskristaller. Så vattnet förblir i flytande form, även när det kyls till temperaturer under noll grader Celsius.
kristallisationsprocessen kan provoceras till exempel av gasbubblor, föroreningar (föroreningar), ojämn yta på behållaren. Utan dem kommer vattnet att förbli i flytande tillstånd. När kristalliseringsprocessen startar kan du se hur det superkylda vattnet omedelbart förvandlas till is.
Observera att "överhettat" vatten också förblir flytande även när det värms över kokpunkten.
3. 19 vattentillstånd
Utan att tveka, nämn hur många olika tillstånd vatten har? Om du svarade tre: fast, flytande, gasformig, så har du fel. Forskare särskiljer minst 5 olika tillstånd av vatten i flytande form och 14 tillstånd i frusen form.
Kommer du ihåg samtalet om superkylt vatten? Så oavsett vad du gör, vid -38 ° C, kommer även det renaste superkyla vattnet plötsligt att förvandlas till is. Vad händer när temperaturen sjunker ytterligare? Vid -120°C börjar något konstigt hända med vatten: det blir supervisköst eller trögflytande, som melass, och vid temperaturer under -135°C förvandlas det till "glasigt" eller "glasigt" vatten - en fast substans som saknar kristallin struktur.
4. Vatten överraskar fysiker
På molekylär nivå är vatten ännu mer överraskande. 1995, forskare genomförde ett experiment på neutronspridning gav ett oväntat resultat: fysiker fann att neutroner riktade mot vattenmolekyler "ser" 25% mindre väteprotoner än förväntat.
Det visade sig att med en hastighet av en attosekund (10 -18 sekunder) sker en ovanlig kvanteffekt, och den kemiska formeln för vatten istället för H2O, blir H1,5O!
5. Vattenminne
Alternativ till officiell medicin homeopati hävdar att en utspädd lösning av ett läkemedel kan ha en terapeutisk effekt på kroppen, även om utspädningsfaktorn är så stor att det inte finns något kvar i lösningen än vattenmolekyler. Förespråkare för homeopati förklarar denna paradox med ett koncept som kallas " vattenminne", enligt vilken vatten på molekylär nivå har ett "minne" av ett ämne som en gång löstes i det och behåller egenskaperna hos en lösning av den initiala koncentrationen efter att inte en enda ingrediensmolekyl finns kvar i den.
Ett internationellt team av forskare ledda av professor Madeleine Ennis från Queen's University of Belfast, som kritiserade principerna för homeopati, genomförde ett experiment 2002 för att motbevisa konceptet en gång för alla. Resultatet blev det motsatta. Efter det sa forskare att de lyckades bevisa verkligheten av effekten " vattenminne". Experiment utförda under övervakning av oberoende experter gav dock inga resultat. Tvister om förekomsten av fenomenet " vattenminne" Fortsätta.
Vatten har många andra ovanliga egenskaper som vi inte har behandlat i den här artikeln. Till exempel varierar vattentätheten med temperaturen (isens densitet är mindre än vattens); vatten har en ganska stor ytspänning; i flytande tillstånd är vatten ett komplext och dynamiskt föränderligt nätverk av vattenkluster, och det är beteendet hos kluster som påverkar vattnets struktur osv.
Om dessa och många andra oväntade funktioner vatten kan läsas i artikeln Onormala egenskaper hos vatten”, vars författare är Martin Chaplin, professor vid University of London.
