Един често срещан факт е, че ако имаме чаша с гореща вода и чаша със студена вода и ги сложим във фризера, горещата вода ще замръзне първа. Но наистина ли е така? Замръзва ли врялата вода по-бързо от студената?
Относително е
Отговорът е, че зависи. Ако водата в двете чаши е химически идентична, по-студената ще замръзне първа, защото ще достигне точката на замръзване по-скоро. На практика обаче нещата са малко по-сложни, защото затоплянето променя химически водата. След като двете проби вече не са идентични, точката им на замръзване също се променя.
На подобен принцип действа посипването със сол на пътищата през зимата, за да не замръзват. Това е и причината питейната вода да замръзва по-бързо от морската – наличието или липсата на минерали, химикали и други замърсители във водата влияе на точката й на замръзване.
Промяна на точката на замръзване
Това става чрез добавянето на разтвор към течността, за да се понижи точката й на замръзване. Това е феномен, от който се възползваме ежедневно. Един такъв пример е радиатора на автомобила. Водата в него охлажда двигателя, но какво правим през зимата, когато водата замръзва при минусови температури? Добавяме антифриз (обикновено гликол), който понижава точката на замръзване на водата.
Дори животните го използват. Жабата от вида pseudacris crucifer може да оцелява при арктически температури благодарение на голямото количество глюкоза, което освобождава в кръвта си, когато усети понижение на температурата. Допълнителната глюкоза в кръвта на жабата значително понижава точката на замръзване на водата, което й позволява да оцелява през суровите зими. Няколко вида арктически риби правят същото.
Обратният процес се наблюдава когато водата кипне или бъде затоплена. Магнезиевият карбонат и калциевият карбонат се изпаряват от водата, отнасяйки със себе си свободния кислород. След като тези елементи вече ги няма, точката на замръзване на водата се покачва. Този ефект е дори още по-видим при твърдата вода (такава с високо съдържание на минерали).
Когато горещата вода замръзва, първите ледени кристали, които започват да се образуват, изолират замърсителите, което води до увеличение на йонната концентрация във водата, а това на свой ред още повече повишава точката на замръзване. По-студената вода може да започне да замръзва по-скоро, но накрая горещата вода първа ще е замръзнала напълно. Ако водата обаче е дестилирана или е филтрирана чрез обратна осмоза, тя няма да изпита този ефект, защото в нея ще липсват замърсители.
Когато горещата вода замръзва преди студената, това се нарича ефект на Мпемба.
Ефектът на Мпемба
Кръстен е на танзаниеца Ерасто Мпемба, който е описал необичайния феномен през 1963г, след като забелязал, че по-топлата смес за сладолед замръзвала преди другата. Няколко години по-късно, по време на една лекция, Мпемба попитал лектора: „Ако имате два съда с еднакво количество вода, но в единия тя е с температура 35°C, а в другия 100°C и ги сложите във фризер, горещата вода замръзва първа. Защо се случва това?“
Вместо да получи отговор или някакво обяснение, той бил подиграван от колегите и учителя си. Лекторът (Денис Осбърн) решил да проведе експеримент, с който да изпробва твърдението на Мпемба и в последствие потвърдил неговите наблюдения. Мпемба и Осбърн публикували своите открития през 1969г.
Краткият отговор
Накратко казано, горещата вода замръзва по-бързо, ако в студената има замърсители. Те повишават точката на замръзване, което означава, че на водата ще й е нужно повече време и по-ниска температура, за да замръзне. Нагряването или кипването на водата я пречиства от тези замърсители, което понижава точката й на замръзване.
