Salah satu pelajaran favorit saya di sekolah adalah kimia. Suatu kali seorang guru kimia memberi kami tugas yang sangat aneh dan sulit. Dia memberi kami daftar pertanyaan yang harus kami jawab dalam hal kimia. Kami diberi waktu beberapa hari untuk tugas ini dan diizinkan untuk menggunakan perpustakaan dan sumber informasi lain yang tersedia. Salah satu pertanyaan ini adalah tentang titik beku air. Saya tidak ingat persis bagaimana pertanyaan itu terdengar, tetapi itu tentang fakta bahwa jika Anda mengambil dua ember kayu dengan ukuran yang sama, satu dengan air panas, yang lain dengan air dingin (dengan suhu yang ditentukan), dan letakkan dalam lingkungan dengan suhu tertentu, manakah yang akan membekukannya lebih cepat? Tentu saja, jawabannya segera muncul dengan sendirinya - seember air dingin, tetapi bagi kami tampaknya terlalu sederhana. Tetapi ini tidak cukup untuk memberikan jawaban yang lengkap, kami perlu membuktikannya dari sudut pandang kimia. Terlepas dari semua pemikiran dan penelitian saya, saya tidak dapat menarik kesimpulan yang logis. Pada hari ini, saya bahkan memutuskan untuk melewatkan tutorial ini, jadi saya tidak pernah menemukan solusi untuk teka-teki ini.

Tahun-tahun berlalu, dan saya belajar banyak mitos sehari-hari tentang titik didih dan titik beku air, dan satu mitos mengatakan: "air panas membeku lebih cepat." Saya melihat banyak situs web, tetapi informasinya terlalu bertentangan. Dan ini hanya pendapat, tidak berdasar dari sudut pandang sains. Dan saya memutuskan untuk melakukan pengalaman saya sendiri. Karena saya tidak dapat menemukan ember kayu, saya menggunakan lemari es, kompor, air, dan termometer digital. Saya akan berbicara tentang hasil pengalaman saya nanti. Pertama, saya akan berbagi dengan Anda beberapa argumen menarik tentang air:

Air panas membeku lebih cepat daripada air dingin. Kebanyakan ahli mengklaim bahwa air dingin akan membeku lebih cepat daripada air panas. Tapi satu fenomena lucu (yang disebut efek Memb), untuk alasan yang tidak diketahui, membuktikan sebaliknya: Air panas membeku lebih cepat daripada air dingin. Salah satu dari beberapa penjelasan adalah proses penguapan: jika air yang sangat panas ditempatkan di lingkungan yang dingin, air akan mulai menguap (jumlah air yang tersisa akan lebih cepat membeku). Dan menurut hukum kimia, ini sama sekali bukan mitos, dan kemungkinan besar inilah yang ingin didengar guru dari kita.

Air matang membeku lebih cepat daripada air keran. Terlepas dari penjelasan sebelumnya, beberapa ahli berpendapat bahwa air matang yang telah didinginkan hingga suhu kamar akan membeku lebih cepat karena mendidih mengurangi jumlah oksigen.

Air dingin mendidih lebih cepat daripada air panas. Jika air panas membeku lebih cepat, maka air dingin bisa mendidih lebih cepat! Ini bertentangan dengan akal sehat dan para ilmuwan berpendapat bahwa ini tidak mungkin. Air keran panas seharusnya mendidih lebih cepat daripada air dingin. Tetapi dengan menggunakan air panas untuk merebus, Anda tidak menghemat energi. Anda mungkin menggunakan lebih sedikit gas atau cahaya, tetapi pemanas air akan menggunakan jumlah energi yang sama dengan yang dibutuhkan untuk memanaskan air dingin. (Ini sedikit berbeda dengan tenaga surya.) Akibat pemanasan air oleh pemanas air, endapan mungkin muncul, sehingga air akan membutuhkan waktu lebih lama untuk memanas.

Jika Anda menambahkan garam ke dalam air, itu akan mendidih lebih cepat. Garam meningkatkan titik didih (dan, karenanya, menurunkan titik beku - itulah sebabnya beberapa ibu rumah tangga menambahkan sedikit garam batu ke es krim). Tetapi dalam kasus ini, kami tertarik pada pertanyaan lain: berapa lama air akan mendidih dan apakah titik didih dalam kasus ini dapat naik di atas 100 ° C). Terlepas dari apa yang mereka tulis di buku masak, para ilmuwan mengatakan bahwa jumlah garam yang kita tambahkan ke air mendidih tidak cukup untuk mempengaruhi waktu atau suhu mendidih.

Tapi inilah yang saya dapatkan:

Air dingin: Saya menggunakan tiga gelas beker 100 ml air murni: satu pada suhu kamar (72 ° F / 22 ° C), satu dengan air panas (115 ° F / 46 ° C), dan satu dengan air matang (212 ° C). F / 100 ° C). Saya menempatkan ketiga gelas di dalam freezer pada -18 ° C. Dan karena saya tahu bahwa air tidak akan segera berubah menjadi es, saya menentukan tingkat pembekuan dengan "pelampung kayu". Ketika tongkat, yang diletakkan di tengah gelas, tidak lagi menyentuh alasnya, saya berasumsi bahwa air telah membeku. Saya memeriksa kacamata setiap lima menit. Dan apa hasil saya? Air di gelas pertama membeku setelah 50 menit. Air panas membeku setelah 80 menit. Rebus - setelah 95 menit. Temuan saya: mengingat kondisi di dalam freezer dan air yang saya gunakan, saya tidak dapat mereproduksi efek Memb.

Saya juga mencoba percobaan ini dengan air matang yang sebelumnya didinginkan hingga suhu kamar. Dia membeku setelah 60 menit - masih butuh waktu lebih lama daripada air dingin yang membekukan.

Air matang: Saya mengambil satu liter air pada suhu kamar dan membakarnya. Itu direbus dalam 6 menit. Kemudian saya mendinginkannya kembali ke suhu kamar dan menambahkannya ke yang panas. Dengan panas yang sama, air panas direbus dalam 4 jam 30 menit. Kesimpulan: seperti yang diharapkan, air panas mendidih lebih cepat.

Air matang (dengan garam): Saya menambahkan 2 sendok makan besar garam meja ke dalam 1 liter air. Itu mendidih setelah 6 menit 33 detik, dan seperti yang ditunjukkan oleh termometer mencapai suhu 102 ° C. Tidak diragukan lagi, garam mempengaruhi titik didih, tetapi tidak banyak. Kesimpulan: garam dalam air tidak berpengaruh kuat terhadap suhu dan waktu perebusan. Sejujurnya saya mengakui bahwa dapur saya hampir tidak bisa disebut laboratorium, dan mungkin kesimpulan saya bertentangan dengan kenyataan. Kompartemen freezer saya mungkin membekukan makanan secara tidak merata. Kacamata saya mungkin tidak teratur, dll. Tapi apa pun yang terjadi di laboratorium, ketika harus membekukan atau merebus air di dapur, yang terpenting adalah akal sehat.

tautan dengan fakta menyenangkan tentang vaudews tentang air
seperti yang disarankan di forum forum.ixbt.com efek ini (efek pembekuan air panas lebih cepat daripada air dingin) disebut "efek Aristoteles-Mpemba"

Itu. air matang (dingin) membeku lebih cepat daripada "mentah"

Efek Mpemba atau mengapa air panas lebih cepat membeku daripada air dingin? Efek Mpemba (Mpemba paradoks) adalah paradoks yang menyatakan bahwa air panas membeku lebih cepat daripada air dingin dalam kondisi tertentu, meskipun harus melewati suhu air dingin selama proses pembekuan. Paradoks ini adalah fakta eksperimental yang bertentangan dengan konsep biasa, yang menurutnya, dalam kondisi yang sama, benda yang lebih panas untuk mendingin ke suhu tertentu membutuhkan waktu lebih lama daripada benda yang kurang panas untuk mendingin ke suhu yang sama. Fenomena ini diperhatikan pada saat itu oleh Aristoteles, Francis Bacon dan Rene Descartes, tetapi baru pada tahun 1963 seorang anak sekolah Tanzania Erasto Mpemba menemukan bahwa campuran es krim panas membeku lebih cepat daripada yang dingin. Sebagai siswa di Magamba High School di Tanzania, Erasto Mpemba melakukan praktik memasak. Dia perlu membuat es krim buatan sendiri - merebus susu, melarutkan gula di dalamnya, mendinginkannya hingga suhu kamar, lalu memasukkannya ke dalam lemari es untuk dibekukan. Rupanya, Mpemba bukanlah siswa yang rajin dan ia menunda menyelesaikan bagian pertama dari tugas tersebut. Khawatir bahwa dia tidak akan tepat waktu pada akhir pelajaran, dia memasukkan susu panas ke dalam lemari es. Yang mengejutkan, itu membeku lebih awal dari susu rekan-rekannya, disiapkan sesuai dengan teknologi yang diberikan. Setelah itu, Mpemba bereksperimen tidak hanya dengan susu, tetapi juga dengan air biasa. Bagaimanapun, sudah menjadi siswa sekolah menengah Mkvavskaya, ia mengajukan pertanyaan kepada Profesor Dennis Osborne dari University College di Dar es Salaam (diundang oleh kepala sekolah untuk memberi siswa kuliah tentang fisika) khususnya tentang air: “Jika kami mengambil dua wadah identik dengan volume air yang sama sehingga di salah satunya air memiliki suhu 35 ° C, dan yang lain - 100 ° C, dan memasukkannya ke dalam freezer, kemudian di yang kedua air akan membeku lebih cepat. Kenapa?” Osborne menjadi tertarik dengan masalah ini dan segera pada tahun 1969 ia dan Mpemba mempublikasikan hasil eksperimen mereka dalam jurnal "Physics Education". Sejak itu, efek yang mereka temukan disebut efek Mpemba. Sampai sekarang, tidak ada yang tahu persis bagaimana menjelaskan efek aneh ini. Para ilmuwan tidak memiliki satu versi, meskipun ada banyak. Ini semua tentang perbedaan sifat air panas dan dingin, tetapi belum jelas sifat mana yang berperan dalam kasus ini: perbedaan pendinginan, penguapan, pembentukan es, konveksi, atau efek gas cair pada air pada suhu yang berbeda. Paradoks efek Mpemba adalah bahwa waktu selama tubuh mendingin ke suhu lingkungan harus sebanding dengan perbedaan suhu antara tubuh ini dan lingkungan. Hukum ini ditetapkan oleh Newton dan sejak itu telah dikonfirmasi berkali-kali dalam praktik. Dalam efek ini, air dengan suhu 100 ° C mendingin ke suhu 0 ° C lebih cepat daripada jumlah air yang sama dengan suhu 35 ° C. Namun, ini belum menunjukkan paradoks, karena efek Mpemba dapat dijelaskan dalam kerangka fisika terkenal. Berikut adalah beberapa penjelasan untuk efek Mpemba: Penguapan Air panas menguap lebih cepat dari wadah, sehingga volumenya berkurang, dan volume air yang lebih kecil pada suhu yang sama membeku lebih cepat. Air yang dipanaskan hingga 100 C kehilangan 16% massanya ketika didinginkan hingga 0 C. Efek penguapan adalah efek ganda. Pertama, jumlah air yang dibutuhkan untuk pendinginan berkurang. Dan kedua, suhu menurun karena fakta bahwa panas penguapan transisi dari fase air ke fase uap berkurang. Perbedaan suhu Karena fakta bahwa perbedaan suhu antara air panas dan udara dingin lebih besar - oleh karena itu, pertukaran panas dalam hal ini lebih intens dan air panas mendingin lebih cepat. Hipotermia Ketika air mendingin di bawah 0 C tidak selalu membeku. Dalam beberapa kondisi, ia dapat mengalami hipotermia, terus tetap cair pada suhu di bawah titik beku. Dalam beberapa kasus, air dapat tetap cair bahkan pada suhu -20 C. Alasan untuk efek ini adalah agar kristal es pertama mulai terbentuk, pusat pembentukan kristal diperlukan. Jika mereka tidak ada dalam air cair, maka hipotermia akan berlanjut sampai suhu turun begitu banyak sehingga kristal mulai terbentuk secara spontan. Ketika mereka mulai terbentuk dalam cairan yang sangat dingin, mereka akan mulai tumbuh lebih cepat, membentuk lumpur es, yang, membeku, akan membentuk es. Air panas paling rentan terhadap hipotermia karena pemanasan menghilangkan gas dan gelembung terlarut, yang pada gilirannya dapat berfungsi sebagai pusat pembentukan kristal es. Mengapa hipotermia menyebabkan air panas membeku lebih cepat? Dalam kasus air dingin yang tidak didinginkan, hal berikut terjadi. Dalam hal ini, lapisan es tipis akan terbentuk di permukaan kapal. Lapisan es ini akan bertindak sebagai penyekat antara air dan udara dingin dan akan mencegah penguapan lebih lanjut. Dalam hal ini, laju pembentukan kristal es akan lebih lambat. Dalam kasus air panas yang mengalami pendinginan super, air superdingin tidak memiliki lapisan permukaan pelindung es. Oleh karena itu, ia kehilangan panas lebih cepat melalui bagian atas yang terbuka. Ketika proses hipotermia berakhir dan air membeku, lebih banyak panas yang hilang dan karenanya lebih banyak es terbentuk. Banyak peneliti efek ini menganggap hipotermia sebagai faktor utama dalam kasus efek Mpemba. Konveksi Air dingin mulai membeku dari atas, sehingga memperburuk proses radiasi dan konveksi panas, dan karenanya kehilangan panas, sementara air panas mulai membeku dari bawah. Efek ini dijelaskan oleh anomali densitas air. Air memiliki massa jenis maksimum pada 4 C. Jika Anda mendinginkan air hingga 4 C dan meletakkannya pada suhu yang lebih rendah, lapisan permukaan air akan membeku lebih cepat. Karena air ini kurang padat daripada air pada 4 ° C, ia akan tetap berada di permukaan, membentuk lapisan tipis yang dingin. Dalam kondisi tersebut, lapisan es tipis akan terbentuk di permukaan air untuk waktu yang singkat, tetapi lapisan es ini akan berfungsi sebagai isolator yang melindungi lapisan bawah air, yang akan tetap berada pada suhu 4 C. Oleh karena itu , pendinginan lebih lanjut akan lebih lambat. Dalam kasus air panas, situasinya benar-benar berbeda. Lapisan permukaan air akan mendingin lebih cepat karena penguapan dan perbedaan suhu yang lebih besar. Selain itu, lapisan air dingin lebih padat daripada lapisan air panas, sehingga lapisan air dingin akan tenggelam, mengangkat lapisan air hangat ke permukaan. Sirkulasi air ini memastikan penurunan suhu yang cepat. Tetapi mengapa proses ini gagal mencapai titik keseimbangan? Untuk menjelaskan efek Mpemba dari sudut pandang konveksi ini, perlu diterima bahwa lapisan air dingin dan panas dipisahkan dan proses konveksi itu sendiri berlanjut setelah suhu air rata-rata turun di bawah 4 C. Namun, tidak ada eksperimen. data yang akan mengkonfirmasi hipotesis ini bahwa lapisan air dingin dan panas dipisahkan oleh konveksi. Gas terlarut dalam air Air selalu mengandung gas terlarut di dalamnya - oksigen dan karbon dioksida. Gas-gas ini memiliki kemampuan untuk menurunkan titik beku air. Ketika air dipanaskan, gas-gas ini dilepaskan dari air karena kelarutannya dalam air pada suhu tinggi lebih rendah. Oleh karena itu, ketika air panas didinginkan, selalu ada lebih sedikit gas terlarut di dalamnya daripada di air dingin yang tidak dipanaskan. Oleh karena itu, titik beku air panas lebih tinggi dan membeku lebih cepat. Faktor ini terkadang dianggap sebagai faktor utama dalam menjelaskan efek Mpemba, meskipun tidak ada data eksperimen yang mengkonfirmasi fakta ini. Konduktivitas Termal Mekanisme ini dapat memainkan peran penting ketika air ditempatkan di kompartemen lemari es dalam wadah kecil. Dalam kondisi ini, telah diamati bahwa wadah dengan air panas melelehkan es freezer di bawahnya, sehingga meningkatkan kontak termal dengan dinding freezer dan konduktivitas termal. Akibatnya, panas dikeluarkan dari wadah dengan air panas lebih cepat daripada dari air dingin. Pada gilirannya, wadah dengan air dingin tidak mencairkan salju di bawahnya. Semua kondisi ini (dan lainnya) telah dipelajari dalam banyak eksperimen, tetapi jawaban yang jelas untuk pertanyaan - mana di antara mereka yang memberikan reproduksi seratus persen efek Mpemba - belum diperoleh. Sebagai contoh, pada tahun 1995 fisikawan Jerman David Auerbach mempelajari pengaruh supercooling air pada efek ini. Dia menemukan bahwa air panas, yang mencapai keadaan sangat dingin, membeku pada suhu yang lebih tinggi daripada air dingin, yang berarti lebih cepat daripada yang terakhir. Tetapi air dingin mencapai kondisi superdingin lebih cepat daripada air panas, sehingga mengimbangi kelambatan sebelumnya. Selain itu, hasil Auerbach bertentangan dengan data yang diperoleh sebelumnya bahwa air panas dapat mencapai lebih banyak pendinginan karena pusat kristalisasi yang lebih sedikit. Ketika air dipanaskan, gas yang terlarut di dalamnya dikeluarkan darinya, dan ketika direbus, beberapa garam yang terlarut di dalamnya mengendap. Sejauh ini, hanya satu hal yang dapat ditegaskan - reproduksi efek ini pada dasarnya tergantung pada kondisi di mana eksperimen dilakukan. Justru karena tidak selalu direproduksi. O.V. Mosin

Air adalah zat yang cukup sederhana dari sudut pandang kimia, tetapi pada saat yang sama ia memiliki sejumlah sifat tidak biasa yang tidak pernah berhenti memukau para ilmuwan. Di bawah ini adalah beberapa fakta yang jarang diketahui orang.

1. Air mana yang membeku lebih cepat - dingin atau panas?

Ambil dua wadah berisi air: tuangkan air panas ke satu wadah dan air dingin ke wadah lainnya, lalu masukkan ke dalam freezer. Air panas akan membeku lebih cepat daripada air dingin, meskipun menurut logika hal-hal, air dingin seharusnya yang pertama berubah menjadi es: bagaimanapun, air panas harus terlebih dahulu mendingin ke suhu dingin, dan kemudian berubah menjadi es, saat dingin air tidak perlu didinginkan. Mengapa ini terjadi?

Pada tahun 1963, seorang siswa Tanzania bernama Erasto B. Mpemba, ketika membekukan ramuan es krim yang sudah disiapkan, memperhatikan bahwa ramuan panas lebih cepat mengeras di dalam freezer daripada ramuan dingin. Ketika pemuda itu berbagi penemuannya dengan guru fisika, dia hanya menertawakannya. Untungnya, siswa itu gigih dan meyakinkan guru untuk melakukan percobaan, yang mengkonfirmasi penemuannya: dalam kondisi tertentu, air panas benar-benar membeku lebih cepat daripada air dingin.

Sekarang fenomena air panas membeku lebih cepat dari air dingin disebut “ Efek Mpemba". Benar, jauh sebelum dia, sifat unik air ini telah dicatat oleh Aristoteles, Francis Bacon, dan Rene Descartes.

Para ilmuwan masih belum sepenuhnya memahami sifat dari fenomena ini, menjelaskannya baik dengan perbedaan hipotermia, penguapan, pembentukan es, konveksi, atau oleh efek gas cair pada air panas dan dingin.

2. Dia bisa membeku seketika

Semua orang tahu itu air selalu berubah menjadi es ketika didinginkan hingga 0 ° C ... kecuali dalam beberapa kasus! Kasus seperti itu, misalnya, adalah pendinginan super, yang merupakan sifat air yang sangat murni untuk tetap cair bahkan ketika didinginkan hingga di bawah titik beku. Fenomena ini menjadi mungkin karena fakta bahwa lingkungan tidak mengandung pusat atau inti kristalisasi, yang dapat memicu pembentukan kristal es. Dan karena itu, air tetap dalam bentuk cair, bahkan ketika didinginkan hingga suhu di bawah nol derajat Celcius.

Proses kristalisasi dapat dipicu, misalnya oleh gelembung gas, kotoran (kotoran), permukaan wadah yang tidak rata. Tanpa mereka, air akan tetap cair. Ketika proses kristalisasi dimulai, Anda dapat mengamati bagaimana air yang sangat dingin langsung berubah menjadi es.

Perhatikan bahwa air "superheated" juga tetap cair, bahkan ketika dipanaskan sampai suhu di atas titik didihnya.

3.19 keadaan air

Tanpa ragu, sebutkan berapa banyak negara bagian yang dimiliki air? Jika Anda menjawab tiga: padat, cair, gas, maka Anda salah. Para ilmuwan membedakan setidaknya 5 keadaan air yang berbeda dalam bentuk cair dan 14 keadaan dalam bentuk beku.

Ingat percakapan tentang air super dingin? Jadi, apa pun yang Anda lakukan, pada suhu -38 ° C, bahkan air superdingin yang paling murni pun akan tiba-tiba berubah menjadi es. Apa yang terjadi jika suhu turun lebih jauh? Pada -120 ° C, sesuatu yang aneh mulai terjadi pada air: menjadi sangat kental atau kental, seperti tetes tebu, dan pada suhu di bawah -135 ° C, ia berubah menjadi air "kaca" atau "kaca" - padatan yang kekurangan struktur kristal.

4. Air mengejutkan fisikawan

Pada tingkat molekuler, air bahkan lebih mengejutkan. Pada tahun 1995, percobaan hamburan neutron yang dilakukan oleh para ilmuwan memberikan hasil yang tidak terduga: fisikawan menemukan bahwa neutron yang ditujukan pada molekul air "melihat" 25% lebih sedikit proton hidrogen daripada yang diperkirakan.

Ternyata pada kecepatan satu attosekon (10 -18 detik) terjadi efek kuantum yang tidak biasa, dan rumus kimia air bukannya H2O, menjadi H1,5O!

5. Memori air

Alternatif untuk pengobatan arus utama homoeopati menyatakan bahwa larutan obat yang diencerkan dapat memiliki efek terapeutik pada tubuh, bahkan jika faktor pengencerannya sangat tinggi sehingga tidak ada yang tersisa kecuali molekul air dalam larutan. Pendukung homeopati mengaitkan paradoks ini dengan konsep yang disebut " kenangan air", Menurut yang air pada tingkat molekuler memiliki" memori "dari zat yang pernah dilarutkan di dalamnya dan mempertahankan sifat-sifat larutan konsentrasi aslinya setelah tidak satu molekul bahan tetap di dalamnya.

Sekelompok ilmuwan internasional yang dipimpin oleh Profesor Madeleine Ennis dari Queen's University of Belfast, yang mengkritik prinsip-prinsip homeopati, melakukan percobaan pada tahun 2002 untuk menyangkal konsep ini untuk selamanya. Hasilnya adalah sebaliknya. Setelah itu, para ilmuwan mengatakan bahwa mereka mampu membuktikan realitas efeknya " kenangan air". Namun, eksperimen yang dilakukan di bawah pengawasan para ahli independen tidak membuahkan hasil apa pun. Perselisihan tentang keberadaan fenomena " kenangan air"Melanjutkan.

Air memiliki banyak sifat tidak biasa lainnya yang belum kami bahas dalam artikel ini. Misalnya, densitas air berubah dengan suhu (es kurang padat dari air); air memiliki tegangan permukaan yang cukup tinggi; dalam keadaan cair, air adalah jaringan cluster air yang kompleks dan berubah secara dinamis, dan itu adalah perilaku cluster yang mempengaruhi struktur air, dll.

Tentang ini dan banyak fitur tak terduga lainnya air bisa dibaca di artikel “ Sifat air yang tidak normal"Oleh Martin Chaplin, profesor di Universitas London.

Banyak peneliti telah mengajukan dan mengajukan versi mereka sendiri tentang mengapa air panas membeku lebih cepat daripada air dingin. Tampaknya paradoks - lagipula, untuk membekukan, air panas harus didinginkan terlebih dahulu. Namun, faktanya tetap ada, dan para ilmuwan menjelaskannya dengan cara yang berbeda.

Versi utama

Saat ini, ada beberapa versi yang menjelaskan fakta ini:

1. Saat air panas menguap lebih cepat, volumenya berkurang. Lebih sedikit air dengan suhu yang sama membeku lebih cepat.
2. Kompartemen freezer kulkas memiliki bantalan salju. Wadah air panas melelehkan salju di bawahnya. Ini meningkatkan kontak termal dengan freezer.
3. Pembekuan air dingin, tidak seperti air panas, dimulai dari atas. Dalam hal ini, konveksi dan radiasi panas, dan, akibatnya, kehilangan panas memburuk.
4. Di air dingin ada pusat kristalisasi - zat terlarut di dalamnya. Dengan sedikit kandungannya dalam air, icing sulit dilakukan, meskipun pada saat yang sama, mungkin terlalu dingin - ketika pada suhu di bawah nol ia memiliki keadaan cair.

Meskipun dalam keadilan kita dapat mengatakan bahwa efek ini tidak selalu diamati. Sangat sering air dingin membeku lebih cepat daripada air panas.

Pada suhu berapa air membeku?

Mengapa air membeku sama sekali? Ini mengandung sejumlah mineral atau partikel organik. Ini, misalnya, bisa berupa partikel pasir, debu, atau tanah liat yang sangat halus. Ketika suhu udara turun, partikel-partikel ini adalah pusat di mana kristal es terbentuk.

Peran inti kristalisasi juga dapat dimainkan oleh gelembung udara dan retakan dalam wadah berisi air. Kecepatan proses mengubah air menjadi es sangat dipengaruhi oleh jumlah pusat tersebut - jika ada banyak, cairan akan lebih cepat membeku. Dalam kondisi normal, dengan tekanan atmosfer normal, air berubah menjadi wujud padat dari cair pada suhu 0 derajat.

Inti dari efek Mpemba

Efek Mpemba dipahami sebagai sebuah paradoks, yang intinya adalah bahwa dalam keadaan tertentu air panas membeku lebih cepat daripada air dingin. Fenomena ini diperhatikan oleh Aristoteles dan Descartes. Namun, baru pada tahun 1963 seorang mahasiswa dari Tanzania, Erasto Mpemba, menetapkan bahwa es krim panas membeku dalam waktu yang lebih singkat daripada es krim dingin. Dia membuat kesimpulan seperti itu saat melakukan tugas memasak.

Dia harus melarutkan gula dalam susu rebus dan, setelah mendinginkannya, memasukkannya ke dalam lemari es untuk dibekukan. Rupanya, Mpemba tidak berbeda dalam semangat khusus dan mulai melakukan bagian pertama dari tugas dengan penundaan. Karena itu, dia tidak menunggu susu menjadi dingin, dan memasukkannya ke dalam lemari es dalam keadaan panas. Dia sangat terkejut ketika itu membeku lebih cepat dari teman-teman sekelasnya, yang melakukan pekerjaan sesuai dengan teknologi yang diberikan.

Pemuda itu sangat tertarik dengan fakta ini, dan dia mulai bereksperimen dengan air biasa. Pada tahun 1969, Pendidikan Fisika menerbitkan hasil penelitian Mpemba dan Profesor Dennis Osborne dari Universitas Dar es Salaam. Efek yang mereka gambarkan bernama Mpemba. Namun, hingga saat ini belum ada penjelasan yang jelas mengenai fenomena tersebut. Semua ilmuwan setuju bahwa peran utama dalam perbedaan antara sifat-sifat air dingin dan air panas ini adalah milik, tetapi tidak diketahui secara pasti yang mana.

Versi Singapura

Fisikawan dari salah satu universitas di Singapura juga tertarik dengan pertanyaan, air mana yang lebih cepat membeku - panas atau dingin? Sebuah tim peneliti yang dipimpin oleh Xi Zhang menjelaskan paradoks ini secara tepat berdasarkan sifat-sifat air. Semua orang tahu komposisi air dari sekolah - atom oksigen dan dua atom hidrogen. Oksigen sampai batas tertentu menarik elektron menjauh dari hidrogen, sehingga molekul itu semacam "magnet".

Akibatnya, molekul tertentu dalam air sedikit tertarik satu sama lain dan disatukan oleh ikatan hidrogen. Kekuatannya berkali-kali lebih rendah dari ikatan kovalen. Peneliti Singapura percaya bahwa penjelasan untuk paradoks Mpemba terletak pada ikatan hidrogen. Jika molekul air ditempatkan sangat padat di antara mereka sendiri, maka interaksi yang kuat antara molekul dapat merusak ikatan kovalen di tengah molekul itu sendiri.

Tetapi ketika air dipanaskan, molekul-molekul yang terikat bergerak sedikit menjauh satu sama lain. Akibatnya, di tengah molekul terjadi relaksasi ikatan kovalen dengan pelepasan energi berlebih dan transisi ke tingkat energi yang lebih rendah. Ini mengarah pada fakta bahwa air panas mulai mendingin dengan cepat. Setidaknya, inilah yang ditunjukkan oleh perhitungan teoritis yang dilakukan oleh para ilmuwan Singapura.

Pembekuan air secara instan - 5 trik luar biasa: Video

British Royal Society of Chemistry menawarkan penghargaan £1.000 kepada siapa saja yang secara ilmiah dapat menjelaskan mengapa air panas membeku lebih cepat daripada air dingin dalam beberapa kasus.

“Ilmu pengetahuan modern masih belum bisa menjawab pertanyaan yang tampaknya sederhana ini. Pembuat es krim dan bartender menggunakan efek ini dalam pekerjaan sehari-hari mereka, tetapi tidak ada yang benar-benar tahu mengapa itu berhasil. Masalah ini telah diketahui selama ribuan tahun, para filsuf seperti Aristoteles dan Descartes telah merenungkannya, ”kata presiden British Royal Society of Chemistry, Profesor David Philips, dikutip dalam siaran pers dari Society.

Bagaimana seorang juru masak dari Afrika mengalahkan seorang profesor fisika Inggris

Ini bukan lelucon April Mop, tetapi kenyataan fisik yang keras. Ilmu pengetahuan saat ini, yang dengan mudah beroperasi dengan galaksi dan lubang hitam, membangun akselerator raksasa untuk mencari quark dan boson, tidak dapat menjelaskan bagaimana air dasar "bekerja". Sebuah buku pelajaran sekolah dengan tegas menyatakan bahwa tubuh yang lebih hangat membutuhkan waktu lebih lama untuk mendingin daripada tubuh yang lebih dingin. Tetapi untuk air, hukum ini tidak selalu dipatuhi. Aristoteles menarik perhatian pada paradoks ini pada abad ke-4 SM. NS. Inilah yang ditulis oleh orang Yunani kuno dalam buku Meteorologica I: “Fakta bahwa air dipanaskan terlebih dahulu membuatnya membeku. Karena itu, banyak orang, ketika ingin mendinginkan air panas dengan cepat, pertama-tama meletakkannya di bawah sinar matahari ... ”Pada Abad Pertengahan, Francis Bacon dan René Descartes mencoba menjelaskan fenomena ini. Sayangnya, baik filsuf besar maupun banyak ilmuwan yang mengembangkan fisika termal klasik tidak berhasil dalam hal ini, dan karena itu fakta yang tidak menyenangkan ini "dilupakan" untuk waktu yang lama.

Dan hanya pada tahun 1968 mereka "teringat" berkat anak sekolah Erasto Mpemba dari Tanzania, jauh dari ilmu apa pun. Saat belajar di sekolah memasak, pada tahun 1963, Mpembe yang berusia 13 tahun ditugaskan membuat es krim. Menurut teknologi, perlu merebus susu, melarutkan gula di dalamnya, mendinginkannya hingga suhu kamar, dan kemudian memasukkannya ke dalam lemari es untuk dibekukan. Ternyata, Mpemba bukanlah murid yang rajin dan ragu-ragu. Khawatir bahwa dia tidak akan tepat waktu pada akhir pelajaran, dia memasukkan susu panas ke dalam lemari es. Yang mengejutkan, itu membeku bahkan lebih awal dari susu rekan-rekannya, disiapkan sesuai dengan semua aturan.

Ketika Mpemba berbagi penemuannya dengan seorang guru fisika, dia mengolok-oloknya di depan seluruh kelas. Mpemba ingat luka itu. Lima tahun kemudian, sudah menjadi mahasiswa di universitas di Dar es Salaam, dia mengikuti kuliah fisikawan terkenal Denis G. Osborne. Setelah kuliah, ia mengajukan pertanyaan kepada ilmuwan: “Jika Anda mengambil dua wadah identik dengan jumlah air yang sama, satu pada 35 ° C (95 ° F) dan yang lainnya pada 100 ° C (212 ° F), dan letakkan di dalam freezer, maka air dalam wadah panas akan lebih cepat membeku. Mengapa?" Anda dapat membayangkan reaksi seorang profesor Inggris terhadap pertanyaan seorang pemuda dari Tanzania yang ditinggalkan Tuhan. Dia mengolok-olok siswa itu. Namun, Mpemba siap untuk jawaban seperti itu dan menantang ilmuwan untuk bertaruh. Perselisihan mereka berakhir dengan tes eksperimental yang mengkonfirmasi kebenaran Mpemba dan kekalahan Osborne. Maka sang murid-koki menorehkan namanya dalam sejarah ilmu pengetahuan, dan selanjutnya fenomena ini disebut "efek Mpemba". Untuk membuangnya, mendeklarasikannya seolah-olah "tidak ada" tidak berfungsi. Fenomena itu ada, dan, seperti yang ditulis penyair, "tidak sampai ke gigi."

Apakah debu dan zat terlarut yang harus disalahkan?

Selama bertahun-tahun, banyak yang mencoba mengungkap misteri pembekuan air. Sejumlah besar penjelasan untuk fenomena ini telah diusulkan: penguapan, konveksi, pengaruh zat terlarut - tetapi tidak satu pun dari faktor-faktor ini dapat dianggap final. Sejumlah ilmuwan telah mengabdikan seluruh hidup mereka untuk efek Mpemba. James Brownridge, anggota staf Departemen Keselamatan Radiasi di Universitas Negeri New York, telah mempelajari paradoks di waktu luangnya selama lebih dari satu dekade. Setelah melakukan ratusan percobaan, ilmuwan mengklaim memiliki bukti "bersalah" hipotermia. Brownridge menjelaskan bahwa pada 0 ° C, air hanya menjadi sangat dingin, dan mulai membeku ketika suhu turun di bawah. Titik beku dikendalikan oleh kotoran di dalam air - mereka mengubah laju pembentukan kristal es. Kotoran, dan ini adalah butiran debu, bakteri dan garam terlarut, memiliki suhu nukleasi yang khas untuk mereka, ketika kristal es terbentuk di sekitar pusat kristalisasi. Ketika ada beberapa elemen dalam air sekaligus, titik beku ditentukan oleh elemen yang memiliki suhu nukleasi tertinggi.

Untuk percobaan, Brownridge mengambil dua sampel air dengan suhu yang sama dan menempatkannya di dalam freezer. Dia menemukan bahwa salah satu spesimen selalu membeku sebelum yang lain - mungkin karena kombinasi pengotor yang berbeda.

Brownridge mengklaim bahwa air panas mendingin lebih cepat karena perbedaan suhu yang lebih besar antara air dan freezer - ini membantunya mencapai titik bekunya sebelum air dingin mencapai titik beku alaminya, yang setidaknya 5 ° C lebih rendah.

Namun, alasan Brownridge menimbulkan banyak pertanyaan. Oleh karena itu, mereka yang dapat menjelaskan efek Mpemba dengan caranya sendiri memiliki kesempatan untuk bersaing memperebutkan seribu pound dari British Royal Chemical Society.