Dlaczego gorąca woda zamarza szybciej niż zimna? [wideo]

zamarzanie-goracej-wody
To jedno z pytań wciąż nurtujących naukowców. Badaczom z warszawskich uczelni w jej rozwikłaniu pomoże… sorbet owocowy. Wyniki badań mogą posłużyć do produkcji żywności o bogatszych wartościach odżywczych.

Dlaczego gorąca woda zamarza szybciej niż zimna? To pytanie po raz pierwszy w 1963 roku zadał uczeń tanzańskiego liceum Erasto Mpemba, który obserwował zamarzanie mieszaniny, z której przygotowywał lody. Po sześciu latach od jego obserwacji, opublikowano pierwszy artykuł naukowy dotyczący tego zjawiska, które zyskało miano efektu Mpemby.

Niewytłumaczone zjawisko

Gdy w styczniu 2013 r. Royal Society of Chemistry organizowało sympozjum z okazji 50-lecia odkrycia, poproszono wszystkich chętnych o przesłanie proponowanych wyjaśnień tego nurtującego pytania. Dotarło 22 tys. listów ze 122 krajów, ale żaden nie zawierał jednoznacznej odpowiedzi.

– Choć od pierwszych obserwacji minęło ponad 50 lat, to naukowcy wciąż nie znają odpowiedzi na dwa zasadnicze pytania dotyczące efektu Mpemby: dlaczego tak się dzieje i czy można to zjawisko do czegoś wykorzystać? – podkreślił Maciej Jasiński doktorant z Kolegium Międzywydziałowych Indywidualnych Studiów Matematyczno-Przyrodniczych i Centrum Nowych Technologii Uniwersytetu Warszawskiego.

Badania polskich naukowców

Zespół naukowców z Uniwersytetu Warszawskiego i Szkoły Głównej Gospodarstwa Wiejskiego będzie poszukiwał odpowiedzi na obydwa te pytania. Na ich przeprowadzenie otrzymał 100 tys. zł, zajmując drugie miejsce w konkursie Inter – Fundacji na rzecz Nauki Polskiej.

– W proponowanym projekcie chciałbym poddać weryfikacji najnowszą teorię, próbującą wyjaśnić efekt Mpemby oraz sprawdzić możliwości jego zastosowania w produkcji żywności – tłumaczył Jasiński.

Problem efektu Mpemby można wyjaśnić porównując cząsteczkę, składającą się z trzech atomów, do ojca, który trzyma za ręce dwójkę dzieci. Można sobie wyobrazić, że ręce to wiązania chemiczne łączące trzy atomy.

– Gdy zwiększymy temperaturę takiej cząsteczki, to wzrośnie również jej energia, czyli każde z dzieci będzie ciągnęło ojca za rękę z nieco większą siłą. W takim układzie, wraz ze wzrostem temperatury, będzie rosła też długość wiązań chemicznych. Ten efekt występuje we wszystkich znanych cząsteczkach chemicznych, oprócz wody. W wodzie wraz ze wzrostem temperatury długość wiązań chemicznych zmniejsza się – powiedział Jasiński.

Temperatura wpływa na wiązania chemiczne

Naukowcy, którzy jako pierwsi zaobserwowali to zjawisko, doszli do wniosku, że to właśnie ono odpowiada za powstanie efektu Mpemby.

– Gdyby wiązania w cząsteczce wody były niezależne od temperatury lub ich długość zmieniałaby się tak jak w innych cząsteczkach, to gorąca woda nie zamarzałaby szybciej. Niestety, teorii tej nie można sprawdzić w praktyce, bo natura dała nam takie, a nie inne cząsteczki wody. W takiej sytuacji można wykorzystać symulacje komputerowe. Można w nich dowolnie zmieniać parametry badanych cząsteczek i obserwować, jak będzie to wpływało na ich zachowanie i właściwości – wyjaśnił młody badacz.

Zaplanowane doświadczenia

Naukowcy będą symulowali zamarzanie różnych modeli cząsteczek wody. Liczą, że dzięki temu uda się wyjaśnić, która z właściwości cząsteczek rzeczywiście odpowiada za występowanie efektu Mpemby. Nie zamierzają jednak skończyć jedynie na symulacjach komputerowych, chcą też sprawdzić, czy wyniki ich prac można wykorzystać w praktyce.

– Najpierw zbadamy, jak zachowuje się woda zmieszana z cukrem i innymi słodzikami. Musimy sprawdzić, jak substancje rozpuszczone w wodzie wpływają na występowanie efektu Mpemby i samo zamarzanie. Zazwyczaj temperatura zamarzania wody wtedy się obniża – powiedział Jasiński.

Pierwszym poważnym obiektem ich badań eksperymentalnych będzie jednak …sorbet owocowy.

– Standardowo podczas jego przygotowywania podgrzaną mieszaninę składników chłodzi się, a następnie zamraża. Zmodyfikujemy ten proces, poprzez pominięcie etapu studzenia – opisał naukowiec.

Badania nad żywnością

Porównując produkty przygotowane według standardowej receptury i zamrożone na gorąco, naukowcy sprawdzą, czy wykorzystanie efektu Mpemby umożliwi produkcję mrożonek czy sorbetów o zwiększonej wartości odżywczej.

– Im krócej będzie on przebywał w wysokiej temperaturze, tym więcej cennych substancji odżywczych np. witamin uda się w nim zachować – dodał badacz.

Naukowcy sprawdzą też, czy wykorzystując mrożenie na gorąco uda im się przedłużyć termin przydatności do spożycia niektórych produktów.

– Im szybciej taki sorbet zamarznie, tym szybciej unieszkodliwione zostaną żyjące w nim mikroorganizmy odpowiedzialne za psucie się żywności – tłumaczył Jasiński.
Nagroda od Fundacji na rzecz Nauki Polskiej

Nagrodzony przez FNP projekt będzie realizowany przez rok.

– Gdyby wszystko nam się udało, to byłby dobra okazja do nawiązania współpracy z przemysłem np. z producentem lodów. Dla przemysłu mogłaby to być ciekawa kampania reklamowa, służąca przy okazji popularyzacji nauki, a dla naukowców możliwość przeprowadzenia badań aplikacyjnych – uważa naukowiec.

Źródło: PAP i tvnmeteo.tvn24.pl

Autor: mab/mk

(Visited 89 times, 1 visits today)

Dodaj komentarz

Witamy. Aby strona mogła działać potrzebujemy pieniędzy na opłacenie domeny i hostingu (razem 385zł). Prosimy Drogi Czytelniku abyś wpłacił ile możesz. Możliwe, że dzięki Twojej wpłacie następnym razem gdy coś będziesz szukał w internecie będziesz mógł znaleźć to na naszej stronie. Gdy zbierzemy wymaganą sumę to te okienko nie będzie się już wyświetlać (przynajmniej nie w tym roku). Pieniądze prosimy przesłać na konto: 50 1020 5558 1111 1705 2630 0081 Milewski Krzysztof Kotlarska 1/2 64-610 Rogoźno. W tytule przelewu prosimy wpisać: Na działalność portalu matkaziemia.ovh
Te okienko zamyka się krzyżykiem. Dziękujemy i pozdrawiamy.