چرا آب داغ زودتر از آب سرد یخ می زند؟
چرا آب داغ زودتر از آب سرد یخ می زند؟
آب داغ در مقایسه با آب سرد زودتر منجمد می شود. دانشمندان توضیحات مختلفی از اثرات همرفتی و تغییر لزجت آب تا تاثیر پیوند هیدروژنی بر انرژی پیوند مولکولی آب ارایه داده اند.
این سوالی است که باهوش ترین افکار عالم فیزیک را از زمان ارسطو تا به حال مشغول خود ساخته است، آن هم بدون نتیجه. حال گروهی فیزیکدان فکر می کنند که این راز قدیمی چند هزار ساله را حل کرده اند.
این رفتار آب که به نام اثر امپمبا شناخته شده است، پدیده ای است که در آن، آب بر خلاف اغلبمایعات دیگر، هر چه دمایش گرم تر از دمای اتاق باشد، سریع تر یخ می زند.
http://1doost.com/Files/Pictures/139...1383511084.jpg
دانشمندان نظریه های متفاوتی در مورد چرایی این رخداد ارائه کرده اند، ولی تا کنون هیچ کدام از آنها نتوانسته اند به طور کامل این پدیده عجیب و غریب فیزیکی را توضیح دهند.
به تازگی گروهی فیزیکدان در دانشگاه صنعتی نانیانگ سنگاپور راه حل احتمالی این مسئله را پیدا کرده و توضیح این معما را به برهمکنش غیر عادی مولکول های آب با یکدیگر مرتبط کرده اند.
هر مولکول آب به مولکول همسایه اش از طریق نوعی پیوند الکترومغناطیسی متصل می شود که پیوند هیدروژنی نامیده می شود. همین پیوند است که منجر به ایجاد کشش سطحی آب و نقطه جوشی بالاتر از انتظار به نسبت مایعات دیگر می شود؛ اما دکتر سان چانگکینگ و دکتر زانگ از دانشگاه فنی نانیانگ ادعا می کنند که پیوند هیدروژنی این را هم توجیه می کند که مولکول های آب، چطور انرژی را ذخیره و آزاد می کنند.
http://1doost.com/Files/Pictures/139...1383511105.jpg
به گفته آنها، سرعتی که در آن انرژی آب آزاد می شود، بسته به حالت اولیه آب متفاوت است و اگر دو لیوان آب داغ و آب سرد را داخل فریزر قرار دهیم، آب داغ می تواند انرژی را سریع تر آزاد کند.
دکتر چانگکینگ می گوید: «فرایندها و سرعت رها سازی انرژی از آب، بسته به حالت انرژی پایه منابع، تفاوت ذاتی خواهد داشت».
اثر امپمبا از نام دانشجویی تانزانیایی به نام اراسطو امپمبا اقتباس شده که اولین بار مشاهده کرد که بستنی گرم، قبل از بستنی سرد یخ زده بود. او در سال 1969/1348 در مقاله ای نشان داد که حجم برابر آب خنک و آب داغ در یک یخچال، با سرعت های متفاوتی یخ می زنند که در آن سرعت انجماد آب داغ بیشتر است.
http://1doost.com/Files/Pictures/139...1383511134.jpg
این اثر همچنین می تواند کاربردهای واقعی در این دنیا داشته باشد، مانند اشتباه بودن استفاده از آبجوش برای یخ زدایی شیشه اتومبیل در یک روز سرد زمستانی و یا زودتر یخ زدن لوله های آب گرم به نسبت لوله های آب سرد.
چندین نظریه برای توضیح این پدیده وجود دارند، شامل اینکه تبخیر آب گرم به این معنی است که آب کمتری برای یخ زدن وجود دارد و یا نظریه دیگری که نشان می دهد که گازهای محلول در آب، در آب گرم آزاد می شوند و آن را ویسکوزتر می سازند.
سال گذشته انجمن سلطنتی شیمی انگلیس، برای هر کسی که بتواند بگوید که اثر امپمبا چطور کار می کند، هزار پوند جایزه تعیین کرد. نیکولا برگوویک که یک محقق شیمی در دانشگاه زاگرب است اوایل امسال به عنوان برنده این جایزه معرفی شد. او آزمایش هایی را با استفاده از بشرهایی در آزمایشگاه انجام داد و در مقاله ای نشان داد که شاید دلیل این ماجرا، اثر همرفتی باشد، چرا که جریان های همرفتی در آب ولرم، باعث می شوند که سریع تر خنک شود.
اما دکتر چانگکینگ و دکتر زانگ برای توضیح بیشتر این اثر، تلاش کردند تا از آزمایش این فرایند در سطح مولکولی استفاده کنند. هفته گذشته آنها با انتشار مقاله ای نشان دادند که وقتی یخ تشکیل می شود، مولکول های آب خودشان را چطور می آرایند. آنها همچنین در مقاله دیگری اثر امپمبا را هم توضیح دادند.
آنها می گویند که برهمکنش بین پیوندهای هیدروژنی و پیوندهای قوی تری که اتم های اکسیژن و هیدروژن را در یک مولکول در کنار هم نگه می دارد و به عنوان پیوند کووالانسی شناخته می شود، سبب این اثر می شود.
در حالت طبیعی وقتی مایعی گرم می شود، پیوندهای کووالانسی بین اتم ها کشیده می شوند و انرژی ذخیره می کنند. به ادعای این محققان، پیوندهای هیدروژنی اثری غیر عادی در آب تولید می کنند که منجر به این می شود که وقتی که آب گرم شود، پیوندهای کووالانسی کوتاه تر شوند و انرژی ذخیره کنند.
این مسئله منجر به این می شود که انرژی آزاد شده این پیوندها، در قیاس با انرژی اولیه حالت یخ زده در فریزر، شاهد افزایشی به صورت نمایی باشد. بنابراین آب گرم انرژی بیشتری را سریع تر از آب سرد از دست می دهد.
دکتر چانگکینگ می گوید: «گرم کردن، انرژی را بوسیله کوتاه کردن و محکم کردن پیوند کووالانسی ذخیره می کند. پیوند هیدروژن و اکسیژن که در یک فریزر سرد شده باشد انرژی اش را با سرعتی که به طور نمایی به انرژی ذخیره شده اولیه بستگی دارد، رها می کند و بنابراین اثر امپمبا اتفاق می افتد».
دکتر دنیس آزبورن استاد دانشگاه دارالسلام تانزانیا، که نویسنده دیگر مقاله مشهور امپمبا در سال 1969/1348 بود، در مورد این ادعای جدید می گوید: «چندین مکانیزم مختلف ممکن است در ایجاد اثر امپمبا دخیل باشند. آنچه نویسندگان این مقاله توصیف می کنند به عنوان یک خاصیت پیوند هیدروژن و اکسیژن ممکن است تنها یکی از این عوامل باشد.»
پاسخ : چرا آب داغ زودتر از آب سرد یخ می زند؟
