КВАНТОРИУМ

Марат ИБРАГИМОВ
(e-mail: gazetaogni@mail.ru)

ПАРАДОКС МПЕМБЫ

Способность горячей воды замерзать быстрее холодной оставалась загадкой не одно тысячелетие. В современную науку этот парадокс вошел после домашних экспериментов африканского школьника Эрасто Мпембы.

Лишь теперь ее объяснили разницей в поведении водородных связей при разной температуре.

Воспроизвести результаты, продемонстрированные Мпембой и его соавтором, профессором Деннисом Осборном, удается не всегда, однако свидетельств в пользу странного эффекта, имеется достаточно много.

В 2012 г. британское Королевское химическое общество объявило конкурс гипотез, объясняющих этот феномен, получив более 22 тыс. статей от ученых всего мира, однако ни одна из них не убедила. Наиболее популярным объяснением остается испарение: горячая вода испаряется быстрее холодной, поэтому объем ее уменьшается немного быстрее, облегчая замерзание.

С другой стороны, и этот вариант нельзя назвать окончательным: эффект Мпембы демонстрировался и в условиях, исключавших испарение. Новое объяснение предложили недавно ученые из Китая и США, статью которых опубликовал Journal of Chemical Theory and Computation.

Водородные связи примерно в 18-20 раз слабее обычных ковалентных химических взаимодействий, однако сила их зависит от геометрии взаимного расположения молекул, между которыми эти связи образуются.

По мере нагревания водородные связи ослабевают и, как показало моделирование, молекулы воды в кластерах меняют положение, занимая такие позиции, из которых им проще переходить к кристаллической структуре льда. В холодной воде энергии на разрыв водородных связей требуется больше – и замерзание, соответственно, должно проходить медленнее.

Дагогнинские школьники также могут сделать опыты на уроках физики и убедиться в существовании «парадокса Мпембы».

№ 51, 22.12.2017