شیمی یکی از دروس مورد علاقه من در مدرسه بود. یک بار یک معلم شیمی یک کار بسیار عجیب و دشوار به ما داد. او لیستی از سوالاتی را به ما داد که باید از نظر شیمی به آنها پاسخ می دادیم. چندین روز برای این کار به ما فرصت داده شد و اجازه یافتیم از کتابخانه ها و سایر منابع اطلاعاتی موجود استفاده کنیم. یکی از این سوالات مربوط به نقطه انجماد آب بود. دقیقاً یادم نیست که سؤال چگونه بود، اما در مورد این بود که اگر دو سطل چوبی هم اندازه بردارید، یکی با آب گرم، دیگری با سرما (دقیقا با دمای مشخص شده) و آنها را در محیطی با دمای مشخص قرار دهید، کدام یک سریعتر یخ می زند؟ البته، پاسخ بلافاصله خود را نشان داد - یک سطل آب سرداما ما فکر می کردیم خیلی آسان است. اما این برای پاسخ کامل کافی نبود، باید آن را از نظر شیمیایی اثبات می کردیم. با تمام فکر و تحقیقم نتوانستم نتیجه منطقی بگیرم. در این روز حتی تصمیم گرفتم از این درس صرف نظر کنم، بنابراین هرگز راه حل این معما را پیدا نکردم.

سال ها گذشت و من افسانه های روزمره زیادی در مورد نقطه جوش و نقطه انجماد آب یاد گرفتم و یک افسانه می گوید: آب گرمسریعتر یخ می زند من به وب سایت های زیادی نگاه کردم اما اطلاعات بسیار متناقض بود. و اینها فقط نظراتی بودند که از نظر علم بی اساس بودند. و تصمیم گرفتم تجربه خودم را انجام دهم. از آنجایی که سطل های چوبی پیدا نکردم، از فریزر، اجاق گاز، مقداری آب و دماسنج دیجیتالی استفاده کردم. در مورد نتایج تجربیاتم کمی بعد صحبت خواهم کرد. ابتدا چند استدلال جالب در مورد آب را با شما در میان می گذارم:

آب گرم سریعتر از آب سرد یخ می زند. اکثر کارشناسان می گویند که آب سرد سریعتر از آب گرم یخ می زند. اما یک پدیده خنده دار (به اصطلاح اثر ممبا)، به دلایل نامعلومی، خلاف آن را ثابت می کند: آب گرم سریعتر از آب سرد یخ می زند. یکی از چندین توضیح، فرآیند تبخیر است: اگر آب بسیار گرم در یک محیط سرد قرار داده شود، آنگاه آب شروع به تبخیر می کند (مقدار باقیمانده آب سریعتر یخ می زند). و طبق قوانین شیمی، این اصلاً افسانه نیست و به احتمال زیاد این چیزی است که معلم می خواست از ما بشنود.

آب جوشیده سریعتر یخ می زند آب لوله کشی. علیرغم توضیحات قبلی، برخی از کارشناسان معتقدند که آب جوشیده ای که تا دمای اتاق خنک شده است باید سریعتر منجمد شود زیرا جوشاندن مقدار اکسیژن را کاهش می دهد.

آب سرد سریعتر از آب داغ می جوشد. اگر آب گرم سریعتر یخ بزند، ممکن است آب سرد سریعتر بجوشد! این برخلاف عقل سلیم است و دانشمندان استدلال می کنند که این به سادگی نمی تواند باشد. آب داغ در واقع باید سریعتر از آب سرد بجوشد. اما با استفاده از آب داغ برای جوشاندن، در مصرف انرژی صرفه جویی نمی کنید. ممکن است گاز یا برق کمتری مصرف کنید، اما آبگرمکن همان مقدار انرژی را مصرف می کند که برای گرم کردن آب سرد لازم است. (با انرژی خورشیدیاوضاع کمی متفاوت است). در نتیجه گرم کردن آب با آبگرمکن، ممکن است رسوب ایجاد شود، بنابراین گرم شدن آب بیشتر طول می کشد.

اگر به آب نمک اضافه کنید، سریعتر می جوشد. نمک نقطه جوش را افزایش می دهد (و در نتیجه نقطه انجماد را کاهش می دهد - به همین دلیل است که برخی از خانم های خانه دار کمی سنگ نمک به بستنی اضافه می کنند). اما ما در این موردسوال دیگری جالب است: چه مدت آب می جوشد و آیا نقطه جوش در این مورد می تواند به بالای 100 درجه سانتیگراد برسد یا خیر. برخلاف آنچه کتاب‌های آشپزی می‌گویند، دانشمندان می‌گویند مقدار نمکی که به آب جوش اضافه می‌کنیم به اندازه‌ای نیست که بر زمان یا دمای جوش تأثیر بگذارد.

اما این چیزی است که من دریافت کردم:

آب سرد: من از سه فنجان شیشه ای 100 میلی لیتری آب تصفیه شده استفاده کردم: یک لیوان با دمای اتاق (72 درجه فارنهایت / 22 درجه سانتیگراد)، یک آب گرم (115 درجه فارنهایت / 46 درجه سانتیگراد) و یکی آب پز (212 درجه فارنهایت / 100 درجه سانتیگراد). ج). هر سه لیوان را در فریزر 18- درجه سانتی گراد گذاشتم. و از آنجایی که می دانستم آب بلافاصله به یخ تبدیل نمی شود، درجه انجماد را توسط "شناور چوبی" تعیین کردم. وقتی چوبی که در مرکز لیوان قرار گرفته بود، دیگر به پایه آن برخورد نکرد، باور کردم که آب یخ زده است. هر پنج دقیقه یکبار عینک را چک کردم. و نتایج من چیست؟ آب اولین لیوان بعد از 50 دقیقه یخ زد. آب داغ بعد از 80 دقیقه یخ زد. آب پز - بعد از 95 دقیقه. نتیجه گیری من: با توجه به شرایط موجود در فریزر و آبی که استفاده کردم، نتوانستم اثر ممبا را بازتولید کنم.

من همچنین این آزمایش را با آب جوشانده قبلی که تا دمای اتاق خنک شده بود امتحان کردم. در 60 دقیقه یخ زد - هنوز بیشتر از آب سرد طول کشید تا یخ بزند.

آب جوشیده: یک لیتر آب با دمای محیط برداشتم و روی آتش گذاشتم. او در 6 دقیقه جوشید. بعد دوباره تا دمای اتاق خنک کردم و به داغ اضافه کردم. با همین آتش آب داغ در 4 ساعت و 30 دقیقه جوشید. نتیجه گیری: همانطور که انتظار می رود، آب گرم بسیار سریعتر می جوشد.

آب جوشیده (با نمک): 2 قاشق غذاخوری نمک غذاخوری بزرگ به 1 لیتر آب اضافه کردم. در 6 دقیقه و 33 ثانیه به جوش آمد و همانطور که دماسنج نشان داد به دمای 102 درجه سانتیگراد رسید. بدون شک نمک روی نقطه جوش تاثیر می گذارد اما نه چندان. نتیجه گیری: نمک موجود در آب تاثیر زیادی بر دما و زمان جوش ندارد. من صادقانه اعتراف می کنم که آشپزخانه من را به سختی می توان آزمایشگاه نامید و شاید نتیجه گیری من خلاف واقعیت باشد. فریزر من ممکن است مواد غذایی را به طور ناهموار منجمد کند. ممکن است عینک شیشه ای من نامنظم باشد و غیره. اما هر اتفاقی که در آزمایشگاه می افتد، در مورد یخ زدن یا جوشاندن آب در آشپزخانه، مهمترین چیز عقل سلیم است.

پیوند با حقایق جالب در مورد waterall در مورد آب
همانطور که در انجمن forum.ixbt.com پیشنهاد شده است، این اثر (اثر انجماد آب گرم سریعتر از آب سرد) "اثر ارسطو-مپمبا" نامیده می شود.

آن ها آب جوشیده (سرد) سریعتر از "خام" منجمد می شود

اثر Mpemba یا چرا آب گرم سریعتر از آب سرد یخ می زند؟ اثر Mpemba (Mpemba Paradox) پارادوکسی است که بیان می‌کند آب گرم در شرایط خاص سریع‌تر از آب سرد یخ می‌زند، اگرچه در فرآیند انجماد باید از دمای آب سرد عبور کند. این پارادوکس یک واقعیت تجربی است که با ایده‌های معمولی در تناقض است که بر اساس آن، در شرایط یکسان، جسم داغ‌تر به زمان بیشتری برای خنک شدن تا دمای معینی نسبت به جسم خنک‌تر برای خنک شدن در همان دما نیاز دارد. این پدیده زمانی توسط ارسطو، فرانسیس بیکن و رنه دکارت مورد توجه قرار گرفت، اما تنها در سال 1963، دانش آموز تانزانیایی، اراستو امپمبا، ثابت کرد که مخلوط داغبستنی زودتر از سرد یخ می زند. به عنوان شاگرد ماگامبا دبیرستان در تانزانیا، Erasto Mpemba کار آشپزی عملی انجام داد. او مجبور شد بستنی خانگی درست کند - شیر را بجوشاند، شکر را در آن حل کند، آن را تا دمای اتاق خنک کند و سپس آن را در یخچال قرار دهد تا یخ بزند. ظاهراً مپمبا دانش آموز سخت کوشی خاصی نبود و در بخش اول تکلیف به تعویق انداخت. از ترس اینکه تا آخر درس سر وقت نرسد، شیر هنوز داغ را در یخچال گذاشت. در کمال تعجب، شیر حتی زودتر از شیر رفقای خود که بر اساس فناوری خاصی تهیه شده بود، یخ زد. پس از آن، Mpemba نه تنها با شیر، بلکه با آب معمولی نیز آزمایش کرد. در هر صورت، او که قبلاً دانش‌آموز دبیرستان Mkwawa بود، از پروفسور دنیس آزبورن از کالج دانشگاه دارالسلام (دعوت شده توسط مدیر مدرسه برای ایراد سخنرانی در مورد فیزیک برای دانش‌آموزان) در مورد آب پرسید: «اگر می‌پذیرید. دو ظرف یکسان با حجم های مساوی آب به طوری که در یکی از آنها دمای آب 35 درجه سانتیگراد و در دیگری - 100 درجه سانتیگراد باشد و آنها را در فریزر قرار دهید سپس در دومی آب سریعتر یخ می زند. چرا؟ آزبورن به این موضوع علاقه مند شد و به زودی در سال 1969 به همراه Mpemba نتایج آزمایشات خود را در مجله "Physics Education" منتشر کردند. از آن زمان، اثری که آنها کشف کردند، اثر Mpemba نامیده می شود. تا به حال، هیچ کس دقیقا نمی داند چگونه این اثر عجیب را توضیح دهد. دانشمندان یک نسخه واحد ندارند، اگرچه تعداد زیادی وجود دارد. همه چیز در مورد تفاوت در خواص آب سرد و گرم است، اما هنوز مشخص نیست که کدام خواص در این مورد نقش دارند: تفاوت در فوق خنک شدن، تبخیر، تشکیل یخ، همرفت یا تأثیر گازهای مایع روی آب در دماهای مختلف پارادوکس اثر Mpemba این است که زمانی که بدن تا دمای محیط خنک می‌شود باید متناسب با اختلاف دمای این بدن و محیط باشد. این قانون توسط نیوتن وضع شد و از آن زمان تاکنون بارها در عمل تایید شده است. در همین اثر، آب در 100 درجه سانتی گراد تا 0 درجه سانتی گراد سریع تر از همان مقدار آب در دمای 35 درجه سانتی گراد خنک می شود. با این حال، این هنوز به معنای پارادوکس نیست، زیرا اثر Mpemba را می توان در فیزیک شناخته شده نیز توضیح داد. در اینجا چند توضیح برای اثر Mpemba آورده شده است: تبخیر آب داغ سریعتر از ظرف تبخیر می شود و در نتیجه حجم آن کاهش می یابد و حجم کمتری از آب در همان دما سریعتر یخ می زند. آبی که تا دمای 100 درجه سانتیگراد گرم می شود، با سرد شدن تا دمای 0 درجه سانتیگراد، 16 درصد از جرم خود را از دست می دهد. اثر تبخیر یک اثر دوگانه است. ابتدا جرم آب مورد نیاز برای خنک سازی کاهش می یابد. و ثانیاً به دلیل کاهش گرمای تبخیر انتقال از فاز آب به فاز بخار، دما کاهش می یابد. تفاوت دما با توجه به اینکه اختلاف دمای آب گرم و هوای سرد بیشتر است - بنابراین تبادل حرارت در این حالت شدیدتر است و آب گرم سریعتر خنک می شود. خنک سازی فرعی هنگامی که آب در دمای زیر صفر درجه سانتیگراد خنک می شود، همیشه یخ نمی زند. تحت شرایط خاص، می‌تواند در حالی که در دماهای زیر نقطه انجماد مایع باقی می‌ماند، تحت ابرسرد شدن قرار گیرد. در برخی موارد، آب حتی در دمای 20- درجه سانتیگراد می تواند مایع باقی بماند. دلیل این اثر این است که برای تشکیل اولین کریستال های یخ، به مراکز تشکیل بلور نیاز است. اگر آنها در آب مایع نباشند، ابرسرد شدن تا زمانی ادامه می‌یابد که دما به اندازه‌ای کاهش یابد که کریستال‌ها شروع به تشکیل خود به خودی کنند. هنگامی که آنها شروع به تشکیل در مایع فوق سرد می کنند، شروع به رشد سریعتر می کنند و یک لجن یخی تشکیل می دهند که یخ می زند و یخ را تشکیل می دهد. آب داغ بیشتر مستعد هیپوترمی است، زیرا گرمایش گازهای محلول و حباب ها را از بین می برد، که به نوبه خود می توانند به عنوان مراکزی برای تشکیل کریستال های یخ عمل کنند. چرا هیپوترمی باعث یخ زدن سریعتر آب گرم می شود؟ در مورد آب سرد که فوق خنک نیست، موارد زیر رخ می دهد. در این مورد لایه ی نازکیخ روی سطح ظرف تشکیل می شود. این لایه یخ به عنوان عایق بین آب و هوای سرد عمل می کند و از تبخیر بیشتر جلوگیری می کند. سرعت تشکیل کریستال های یخ در این حالت کمتر خواهد بود. در مورد آب گرم که تحت خنک‌سازی فرعی قرار می‌گیرد، آب سرد شده دارای لایه سطحی محافظ یخ نیست. بنابراین، گرما را از طریق قسمت باز بسیار سریعتر از دست می دهد. هنگامی که فرآیند فوق خنک کننده به پایان می رسد و آب یخ می زند، گرمای بسیار بیشتری از دست می رود و بنابراین یخ بیشتری تشکیل می شود. بسیاری از محققین این اثر هیپوترمی را عامل اصلی در مورد اثر Mpemba می دانند. همرفت آب سرد از بالا شروع به یخ زدن می کند و در نتیجه فرآیندهای تابش گرما و همرفت را بدتر می کند و در نتیجه گرما را از دست می دهد، در حالی که آب گرم از پایین شروع به یخ زدن می کند. این اثر با یک ناهنجاری در چگالی آب توضیح داده می شود. حداکثر چگالی آب در 4 درجه سانتیگراد است. اگر آب را تا 4 درجه سانتیگراد خنک کنید و در دمای کمتری قرار دهید، لایه سطحی آب سریعتر یخ میزند. از آنجایی که این آب در دمای 4 درجه سانتی گراد چگالی کمتری نسبت به آب دارد، روی سطح می ماند و یک لایه نازک سرد تشکیل می دهد. در این شرایط لایه نازکی از یخ برای مدت کوتاهی روی سطح آب تشکیل می شود، اما این لایه یخ به عنوان عایق محافظت از لایه های زیرین آب عمل می کند که در دمای 4 درجه سانتیگراد باقی می مانند. ، خنک شدن بیشتر کندتر خواهد بود. در مورد آب گرم وضعیت کاملا متفاوت است. لایه سطحی آب در اثر تبخیر و تبخیر سریعتر سرد می شود تفاوت بیشتردما همچنین لایه‌های آب سرد متراکم‌تر از لایه‌های آب گرم هستند، بنابراین لایه آب سرد به پایین فرو می‌رود و لایه را بالا می‌برد. آب گرمبه سطح. این گردش آب کاهش سریع دما را تضمین می کند. اما چرا این فرآیند به نقطه تعادل نمی رسد؟ برای توضیح اثر Mpemba از این دیدگاه جابجایی، لازم است فرض کنیم که لایه‌های سرد و گرم آب از هم جدا شده‌اند و فرآیند همرفت پس از آن ادامه می‌یابد. دمای میانگینآب به زیر 4 درجه سانتیگراد می رسد. با این حال، هیچ داده تجربی وجود ندارد که این فرضیه را تأیید کند که لایه های سرد و گرم آب در فرآیند همرفت از هم جدا می شوند. گازهای محلول در آب آب همیشه حاوی گازهای محلول در آن است - اکسیژن و دی اکسید کربن. این گازها توانایی پایین آوردن نقطه انجماد آب را دارند. هنگامی که آب گرم می شود، این گازها از آب خارج می شوند زیرا حلالیت آنها در آب در دمای بالا کمتر است. بنابراین، هنگامی که آب گرم خنک می شود، همیشه گازهای محلول کمتری در آن نسبت به آب سرد گرم نشده وجود دارد. بنابراین نقطه انجماد آب گرم شده بالاتر است و سریعتر یخ می زند. این عامل گاهی اوقات به عنوان اصلی ترین عامل در توضیح اثر Mpemba در نظر گرفته می شود، اگرچه هیچ داده تجربی تأیید کننده این واقعیت وجود ندارد. رسانایی حرارتی این مکانیسم می تواند نقش مهمی را ایفا کند زمانی که آب در یخچال فریزر در ظروف کوچک قرار می گیرد. در این شرایط مشاهده شده است که ظرف آب داغ زیر آن یخ را ذوب می کند. فریزر، در نتیجه تماس حرارتی با دیواره فریزر و هدایت حرارتی را بهبود می بخشد. در نتیجه گرما از ظرف آب گرم سریعتر از ظرف سرد خارج می شود. به نوبه خود ظرف با آب سرد برف را زیر آن آب نمی کند. همه این شرایط (و همچنین سایر شرایط) در بسیاری از آزمایش‌ها مورد مطالعه قرار گرفته‌اند، اما پاسخی صریح به این سؤال - که کدام یک از آنها بازتولید 100٪ اثر Mpemba را ارائه می‌دهند - به دست نیامده است. بنابراین، به عنوان مثال، در سال 1995، فیزیکدان آلمانی، دیوید اورباخ، تأثیر ابرسرد شدن آب را بر این اثر مطالعه کرد. او کشف کرد که آب گرم، با رسیدن به حالت فوق سرد، در دمای بالاتر از آب سرد و در نتیجه سریعتر از دومی یخ می‌زند. اما آب سرد سریعتر از آب گرم به حالت فوق خنک می رسد و در نتیجه تاخیر قبلی را جبران می کند. علاوه بر این، نتایج Auerbach با داده‌های قبلی که نشان می‌داد آب داغ به دلیل مراکز تبلور کمتر می‌تواند به ابرسرد شدن بیشتری دست یابد، تناقض داشت. هنگامی که آب گرم می شود، گازهای محلول در آن از آن خارج می شود و با جوشاندن مقداری املاح محلول در آن رسوب می کند. تا کنون، تنها یک چیز را می توان ادعا کرد - بازتولید این اثر اساساً به شرایطی بستگی دارد که در آن آزمایش انجام می شود. دقیقاً به این دلیل که همیشه بازتولید نمی شود. O. V. Mosin

اب- یک ماده نسبتا ساده از نظر شیمیایی، با این حال، دارای تعدادی خواص غیر معمول است که هرگز دانشمندان را شگفت زده نمی کند. در زیر حقایقی وجود دارد که کمتر کسی در مورد آنها می داند.

1. کدام آب سریعتر یخ می زند - سرد یا گرم؟

دو ظرف آب بردارید: در یکی آب داغ و در دیگری آب سرد بریزید و در فریزر قرار دهید. آب گرم سریعتر از آب سرد یخ می زند، اگرچه منطقاً آب سرد باید ابتدا به یخ تبدیل می شد: بالاخره آب گرم ابتدا باید تا دمای سرد خنک شود و سپس به یخ تبدیل شود در حالی که آب سرد نیازی به خنک شدن ندارد. چرا این اتفاق می افتد؟

در سال 1963، یک دانشجوی تانزانیایی به نام Erasto B. Mpemba، در حالی که مخلوط بستنی آماده شده را منجمد می کرد، متوجه شد که مخلوط داغ در فریزر سریعتر از یخچال سرد جامد می شود. وقتی مرد جوان کشف خود را با یک معلم فیزیک در میان گذاشت، فقط به او خندید. خوشبختانه، دانش آموز پافشاری کرد و معلم را متقاعد کرد که آزمایشی انجام دهد، که کشف او را تایید کرد: در شرایط خاص، آب گرم واقعا سریعتر از آب سرد یخ می زند.

اکنون این پدیده یخ زدن آب گرم سریعتر از آب سرد نامیده می شود. اثر Mpemba". درست است، خیلی قبل از آن دارایی منحصر به فردآب توسط ارسطو، فرانسیس بیکن و رنه دکارت مورد توجه قرار گرفت.

دانشمندان ماهیت این پدیده را کاملاً درک نمی کنند و آن را با تفاوت در هیپوترمی، تبخیر، تشکیل یخ، همرفت یا تأثیر گازهای مایع بر آب سرد و گرم توضیح می دهند.

2. او قادر است فوراً منجمد شود

همه این را می دانند ابهمیشه وقتی تا 0 درجه سانتیگراد سرد می شود به یخ تبدیل می شود ... مگر در مواردی! مثلاً چنین موردی supercooling است که خاصیت بسیار است آب خالصمایع باقی می ماند حتی زمانی که زیر انجماد سرد شود. این پدیده با این واقعیت امکان پذیر می شود که محیطحاوی مراکز یا هسته های کریستالیزاسیون نیست که می تواند تشکیل کریستال های یخ را تحریک کند. و بنابراین آب به صورت مایع باقی می ماند، حتی زمانی که تا دمای زیر صفر درجه سانتیگراد سرد شود.

فرآیند کریستالیزاسیونمی تواند به عنوان مثال توسط حباب های گاز، ناخالصی ها (آلوده ها) تحریک شود. سطح ناهموارظروف بدون آنها، آب در آن باقی می ماند حالت مایع. هنگامی که فرآیند کریستالیزاسیون شروع می شود، می توانید مشاهده کنید که چگونه آب فوق سرد شده فوراً به یخ تبدیل می شود.

توجه داشته باشید که آب "بسیار گرم" حتی زمانی که بالاتر از نقطه جوش گرم شود نیز مایع باقی می ماند.

3. 19 حالت آب

بدون تردید نام آب چند حالت مختلف دارد؟ اگر به سه پاسخ دادید: جامد، مایع، گاز، پس در اشتباهید. دانشمندان حداقل 5 حالت مختلف آب را به صورت مایع و 14 حالت را در حالت منجمد تشخیص می دهند.

صحبت در مورد آب فوق العاده خنک را به خاطر دارید؟ بنابراین، مهم نیست که چه کاری انجام می دهید، در دمای -38 درجه سانتیگراد، حتی خالص ترین آب فوق خنک به طور ناگهانی به یخ تبدیل می شود. با کاهش بیشتر دما چه اتفاقی می افتد؟ در دمای 120- درجه سانتیگراد، اتفاق عجیبی برای آب رخ می دهد: مانند ملاس، فوق چسبناک یا چسبناک می شود و در دمای زیر 135- درجه سانتیگراد، به آب "شیشه ای" یا "شیشه ای" تبدیل می شود - ماده جامدی که فاقد ساختار کریستالی است.

4. آب فیزیکدانان را شگفت زده می کند

در سطح مولکولی، آب حتی شگفت‌انگیزتر است. در سال 1995، دانشمندان آزمایشی را بر روی پراکندگی نوترون انجام دادند که نتیجه غیرمنتظره‌ای داشت: فیزیکدانان دریافتند که نوترون‌هایی که به سمت مولکول‌های آب هدایت می‌شوند، 25 درصد کمتر از حد انتظار پروتون‌های هیدروژن را می‌بینند.

معلوم شد که با سرعت یک آتوثانیه (10 تا 18 ثانیه) یک اثر کوانتومی غیرمعمول رخ می دهد، و فرمول شیمیاییبه جای آب H2O، H1.5O می شود!

5. حافظه آب

جایگزین طب رسمی هومیوپاتیبیان می کند که یک محلول رقیق محصول داروییمی تواند اثر درمانی بر بدن داشته باشد، حتی اگر فاکتور رقت آنقدر زیاد باشد که چیزی جز مولکول های آب در محلول باقی نماند. طرفداران هومیوپاتی این پارادوکس را با مفهومی به نام " حافظه آببر اساس آن، آب در سطح مولکولی دارای «حافظه» ماده ای است که زمانی در آن حل شده است و پس از اینکه حتی یک مولکول ماده در آن باقی نماند، خواص محلولی با غلظت اولیه را حفظ می کند.

یک تیم بین المللی از دانشمندان به رهبری پروفسور مادلین انیس از دانشگاه کوئینز بلفاست که از اصول هومیوپاتی انتقاد می کرد، آزمایشی را در سال 2002 انجام دادند تا یک بار برای همیشه این مفهوم را رد کنند. نتیجه برعکس شد. پس از آن، دانشمندان گفتند که آنها موفق شدند واقعیت این اثر را ثابت کنند. حافظه آب". با این حال، آزمایش هایی که تحت نظارت کارشناسان مستقل انجام شد، نتیجه ای نداشت. اختلاف در مورد وجود پدیده " حافظه آب" ادامه هید.

آب دارای بسیاری از خواص غیرعادی دیگر است که در این مقاله به آنها نپرداخته ایم. برای مثال، چگالی آب با دما متفاوت است (چگالی یخ کمتر از آب است). آب کشش سطحی نسبتاً زیادی دارد. در حالت مایع، آب یک شبکه پیچیده و در حال تغییر پویا از خوشه‌های آب است و این رفتار خوشه‌ها است که بر ساختار آب و غیره تأثیر می‌گذارد.

در مورد این و بسیاری از ویژگی های غیر منتظره دیگر ابرا می توان در مقاله خواند خواص غیرعادی آبنویسنده آن مارتین چاپلین، استاد دانشگاه لندن است.

بسیاری از محققان در مورد اینکه چرا آب گرم سریعتر از آب سرد یخ می زند، نسخه های خود را مطرح کرده و ارائه می کنند. به نظر می رسد پارادوکس باشد - از این گذشته، برای یخ زدن، آب گرم ابتدا باید خنک شود. با این حال، این واقعیت باقی است و دانشمندان آن را به روش های مختلف توضیح می دهند.

نسخه های اصلی

در این لحظهچندین نسخه وجود دارد که این واقعیت را توضیح می دهد:

1. از آنجایی که تبخیر در آب گرم سریعتر است، حجم آن کاهش می یابد. مقدار کمتری از آب با همان دما سریعتر یخ می زند.
2. قسمت فریزر یخچال دارای روکش برفی است. یک ظرف حاوی آب گرم، برف های زیر را آب می کند. این باعث بهبود تماس حرارتی با فریزر می شود.
3. یخ زدن آب سرد بر خلاف گرم از بالا شروع می شود. در این حالت همرفت و تشعشعات گرمایی و در نتیجه تلفات حرارتی بدتر می شود.
4. در آب سرد مراکز تبلور وجود دارد - مواد محلول در آن. با محتوای کم آنها در آب، یخ زدن دشوار است، اگرچه در همان زمان، هیپوترمی آن امکان پذیر است - زمانی که، در دمای زیر صفرحالت مایع دارد

اگرچه انصافاً می توان گفت که این تأثیر همیشه مشاهده نمی شود. آب سرد اغلب سریعتر از آب گرم یخ می زند.

آب در چه دمایی یخ می زند

اصلا چرا آب یخ می زند؟ حاوی مقدار معینی ذرات معدنی یا آلی است. به عنوان مثال، اینها می توانند ذرات بسیار ریز ماسه، گرد و غبار یا خاک رس باشند. با کاهش دمای هوا، این ذرات به مراکزی تبدیل می شوند که در اطراف آن کریستال های یخ تشکیل می شوند.

نقش هسته های تبلور را می توان توسط حباب های هوا و شکاف های موجود در ظرف حاوی آب نیز انجام داد. سرعت فرآیند تبدیل آب به یخ تا حد زیادی تحت تأثیر تعداد چنین مراکزی است - اگر تعداد زیادی از آنها وجود داشته باشد، مایع سریعتر منجمد می شود. در شرایط عادی، با فشار اتمسفر معمولی، آب از مایع در دمای 0 درجه به حالت جامد تبدیل می شود.

ماهیت اثر Mpemba

اثر Mpemba به عنوان یک پارادوکس درک می شود که ماهیت آن این است که در شرایط خاص، آب گرم سریعتر از آب سرد یخ می زند. این پدیده مورد توجه ارسطو و دکارت قرار گرفت. با این حال، تا سال 1963 بود که Erasto Mpemba، یک دانش آموز از تانزانیا، تشخیص داد که بستنی داغ در مدت زمان کوتاه تری نسبت به بستنی سرد منجمد می شود. او در حین انجام وظیفه آشپزی چنین نتیجه گیری کرد.

باید شکر را در شیر جوشانده حل کرده و پس از سرد شدن در یخچال بگذارد تا یخ بزند. ظاهراً امپمبا از نظر سخت کوشی خاصی تفاوتی نداشت و دیر شروع به انجام قسمت اول کار کرد. بنابراین صبر نکرد تا شیر خنک شود و آن را داغ در یخچال قرار داد. وقتی که حتی سریعتر از همکلاسی هایش که کار را مطابق با فناوری داده شده انجام می دادند، یخ زد، بسیار شگفت زده شد.

این واقعیت مرد جوان را بسیار جالب کرد و او آزمایشاتی را با آب ساده آغاز کرد. در سال 1969، مجله Physics Education نتایج تحقیقات Mpemba و پروفسور دنیس آزبورن از دانشگاه دارالسلام را منتشر کرد. اثری که آنها توصیف کردند، نام Mpemba داده شد. با این حال، حتی امروز نیز توضیح روشنی برای این پدیده وجود ندارد. همه دانشمندان موافقند که نقش اصلی در این امر مربوط به تفاوت در خواص آب سرد و گرم است، اما دقیقاً چه چیزی ناشناخته است.

نسخه سنگاپور

فیزیکدانان یکی از دانشگاه های سنگاپور نیز به این سوال علاقه داشتند که کدام آب سریعتر یخ می زند - گرم یا سرد؟ تیمی از محققان به رهبری شی ژانگ این پارادوکس را دقیقاً با خواص آب توضیح دادند. همه هنوز ترکیب آب را از مدرسه می دانند - یک اتم اکسیژن و دو اتم هیدروژن. اکسیژن تا حدی الکترون ها را از هیدروژن می کشد، بنابراین مولکول نوعی "آهن ربا" است.

در نتیجه، مولکول های خاصی در آب اندکی به یکدیگر جذب می شوند و توسط یک پیوند هیدروژنی به هم متصل می شوند. استحکام آن چندین برابر کمتر از پیوند کووالانسی است. محققان سنگاپوری معتقدند که توضیح پارادوکس Mpemba دقیقاً در پیوندهای هیدروژنی نهفته است. اگر مولکول های آب بسیار نزدیک به هم قرار گیرند، چنین برهمکنش قوی بین مولکول ها می تواند پیوند کووالانسی را در وسط خود مولکول تغییر شکل دهد.

اما هنگامی که آب گرم می شود، مولکول های محدود شده اندکی از یکدیگر دور می شوند. در نتیجه شل شدن پیوندهای کووالانسی در وسط مولکول ها با بازگشت انرژی اضافی و انتقال به پایین ترین سطح انرژی اتفاق می افتد. این منجر به این واقعیت می شود که آب گرم به سرعت شروع به خنک شدن می کند. توسط حداقل، بنابراین محاسبات نظری انجام شده توسط دانشمندان سنگاپور را نشان دهید.

یخ فوری آب - 5 ترفند باورنکردنی: ویدیو

انجمن سلطنتی شیمی بریتانیا به هر کسی که بتواند توضیح دهد 1000 پوند جایزه می دهد. نکته علمیببینید چرا در برخی موارد آب گرم سریعتر از آب سرد یخ می زند.

"علم مدرن هنوز نمی تواند به این سوال به ظاهر ساده پاسخ دهد. بستنی سازها و بارمن ها از این جلوه در کارهای روزانه خود استفاده می کنند، اما هیچ کس واقعاً نمی داند که چرا این کار موثر است. پروفسور دیوید فیلیپس، رئیس انجمن شیمی سلطنتی بریتانیا، در بیانیه مطبوعاتی این انجمن گفت: این مشکل هزاران سال است که شناخته شده است، فیلسوفانی مانند ارسطو و دکارت در مورد آن فکر کرده اند.

چگونه یک سرآشپز آفریقایی یک استاد فیزیک بریتانیایی را کتک زد

این یک شوخی اول آوریل نیست، بلکه یک واقعیت فیزیکی خشن است. علم امروزی که به راحتی بر روی کهکشان ها و سیاهچاله ها کار می کند و شتاب دهنده های غول پیکری را برای جستجوی کوارک ها و بوزون ها می سازد، نمی تواند توضیح دهد که آب عنصری چگونه "کار می کند". کتاب درسی مدرسه به صراحت بیان می کند که خنک کردن بدن گرم بیشتر از خنک کردن بدن سرد زمان می برد. اما برای آب این قانون همیشه رعایت نمی شود. ارسطو در قرن چهارم قبل از میلاد به این پارادوکس توجه کرد. ه. در اینجا چیزی است که یونان باستان در کتاب "Meteorologica I" نوشته است: "این واقعیت که آب از قبل گرم شده است به یخ زدن آن کمک می کند. بنابراین، بسیاری از مردم، هنگامی که می خواهند به سرعت آب گرم را خنک کنند، ابتدا آن را در آفتاب قرار می دهند ... "در قرون وسطی، فرانسیس بیکن و رنه دکارت سعی کردند این پدیده را توضیح دهند. افسوس که نه فیلسوفان بزرگ و نه دانشمندان متعددی که فیزیک حرارتی کلاسیک را توسعه دادند در این امر موفق نشدند و بنابراین چنین واقعیت ناخوشایندی برای مدت طولانی "فراموش شد".

و فقط در سال 1968 آنها به لطف دانش آموز Erasto Mpemba از تانزانیا "به یاد آوردند" ، به دور از هر علمی. هنگامی که در یک مدرسه آشپزی تحصیل می کرد، در سال 1963، امپمب 13 ساله وظیفه ساخت بستنی را به عهده گرفت. با توجه به تکنولوژی، لازم بود شیر را بجوشانید، شکر را در آن حل کنید، تا دمای اتاق خنک کنید و سپس در یخچال بگذارید تا یخ بزند. ظاهراً مپمبا دانشجوی کوشا نبود و مردد بود. از ترس اینکه تا آخر درس سر وقت نرسد، شیر هنوز داغ را در یخچال گذاشت. در کمال تعجب، حتی زودتر از شیر رفقایش که طبق تمام قوانین تهیه شده بود، یخ زد.

هنگامی که مپمبا کشف خود را با یک معلم فیزیک در میان گذاشت، او در حضور تمام کلاس او را مسخره کرد. مپمبا توهین را به یاد آورد. پنج سال بعد، که قبلاً دانشجوی دانشگاه دارالسلام بود، در سخنرانی فیزیکدان معروف دنیس جی. آزبورن حضور داشت. پس از سخنرانی، او از دانشمند سؤالی پرسید: «اگر دو ظرف یکسان با همان مقدار آب بردارید، یکی در دمای 35 درجه سانتیگراد (95 درجه فارنهایت) و دیگری در دمای 100 درجه سانتیگراد (212 درجه فارنهایت) و قرار دهید. آنها را در فریزر، سپس آب در یک ظرف داغ سریعتر یخ می زند. چرا؟" می توانید واکنش یک پروفسور بریتانیایی به سوال مرد جوانی از تانزانیا را تصور کنید. دانشجو را مسخره کرد. با این حال، Mpemba برای چنین پاسخی آماده بود و دانشمند را به شرط بندی دعوت کرد. استدلال آنها در یک آزمایش تجربی به اوج خود رسید که ثابت کرد حق امپبا و شکست آزبورن بود. بنابراین دانش آموز آشپز نام خود را در تاریخ علم ثبت کرد و از این پس این پدیده "اثر مپمبا" نامیده می شود. دور انداختن آن، اعلام آن به گونه ای که گویی «عدم وجود» کار نمی کند. این پدیده وجود دارد، و همانطور که شاعر نوشته است، "نه در دندان با پا."

آیا ذرات گرد و غبار و مواد محلول مقصر هستند؟

در طول سال ها، بسیاری تلاش کرده اند راز یخ زدن آب را کشف کنند. یک دسته کامل از توضیحات برای این پدیده ارائه شده است: تبخیر، همرفت، تأثیر املاح - اما هیچ یک از این عوامل را نمی توان قطعی در نظر گرفت. تعدادی از دانشمندان تمام زندگی خود را وقف اثر Mpemba کردند. کارمند اداره ایمنی در برابر تشعشعات دانشگاه دولتیجیمز براونریج از شهر نیویورک بیش از یک دهه است که در حال مطالعه این پارادوکس در اوقات فراغت خود بوده است. پس از انجام صدها آزمایش، دانشمند ادعا می کند که شواهدی از "گناه" هیپوترمی دارد. براونریج توضیح می‌دهد که در دمای صفر درجه سانتی‌گراد، آب فقط فوق‌العاده خنک می‌شود و زمانی که دما به پایین‌تر می‌آید شروع به یخ زدن می‌کند. نقطه انجماد توسط ناخالصی های موجود در آب تنظیم می شود - آنها سرعت تشکیل کریستال های یخ را تغییر می دهند. ناخالصی ها، و این ذرات گرد و غبار، باکتری ها و نمک های محلول هستند، زمانی که کریستال های یخ در اطراف مراکز تبلور تشکیل می شوند، دمای هسته مشخصه خود را دارند. هنگامی که چندین عنصر به طور همزمان در آب هستند، نقطه انجماد توسط عنصری که بیشترین مقدار را دارد تعیین می شود درجه حرارت بالاهسته زایی.

برای این آزمایش، براونریج دو نمونه آب با دمای یکسان برداشت و آنها را در فریزر قرار داد. او دریافت که یکی از نمونه ها همیشه قبل از دیگری یخ می زند - احتمالاً به دلیل ترکیب متفاوتناخالصی ها

براونریج ادعا می کند که آب گرم به دلیل اختلاف دمای بیشتر بین آب و فریزر سریعتر سرد می شود - این به آن کمک می کند قبل از رسیدن آب سرد به نقطه انجماد طبیعی خود که حداقل 5 درجه سانتیگراد کمتر است به نقطه انجماد خود برسد.

با این حال، استدلال براونریج سوالات زیادی را ایجاد می کند. بنابراین، کسانی که می توانند اثر Mpemba را به روش خود توضیح دهند، این شانس را دارند که برای هزار پوند استرلینگ از انجمن سلطنتی شیمی بریتانیا رقابت کنند.