Dlaczego gorąca woda zamarza szybciej niż zimna?

Reporter TVN24 zamraża wrzątek (TVN24)
Reporter TVN24 zamraża wrzątek (TVN24)
Reporter TVN24 zamraża wrzątek (TVN24)

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.

Autor: mab/mk / Źródło: PAP

Źródło zdjęcia głównego: Gregor Wilke CC-BY-SA

Pozostałe wiadomości

IMGW wciąż ostrzega przed gwałtowną pogodą. W wielu regionach obowiązują alarmy pierwszego stopnia przed silnym wiatrem, oblodzeniem oraz przymrozkami. Na wschodzie i południu Polski w ciągu nadchodzącej nocy spodziewane są opady śniegu.

Spadnie nawet 10 cm śniegu. Ostrzeżenia IMGW

Spadnie nawet 10 cm śniegu. Ostrzeżenia IMGW

Aktualizacja:
Źródło:
tvnmeteo.pl

Pogoda na Wielkanoc. Trwające znaczne ochłodzenie w Polsce i powrót zimowej pogody każą nam zadać pytanie o to, co czeka nas w pogodzie w trakcie zbliżających się świąt wielkanocnych. Nasza synoptyk Arleta Unton-Pyziołek sprawdza, co widać w amerykańskich i europejskich modelach meteorologicznych.

Pogoda na Wielkanoc. Co pokazują modele

Pogoda na Wielkanoc. Co pokazują modele

Źródło:
tvnmeteteo.pl

Pogoda na jutro. Noc zapowiada się mroźnie w całym kraju. Miejscami termometry pokażą nawet -6 stopni Celsjusza. Niedziela 6.04 będzie chłodna. Odczuwalnie temperatura okaże się jednak jeszcze niższa za sprawą porywistego wiatru. Lokalnie pojawią się opady śniegu i śniegu z deszczem.

Prognoza na jutro - niedziela, 6.04. Nocą mróz w całym kraju

Prognoza na jutro - niedziela, 6.04. Nocą mróz w całym kraju

Źródło:
tvnmeteo.pl

Sobota przyniosła w części kraju niebezpieczną pogodę. Wiał silny wiatr, który łamał konary drzew. Strażacy otrzymali około 900 zgłoszeń. Silne porywy wpychały wodę z Zalewu Wiślanego do rzeki Elbląg, powodując zjawisko cofki. W porcie ogłoszono pogotowie przeciwpowodziowe.

Silny wiatr w Polsce. Kilkaset interwencji, pogotowie przeciwpowodziowe

Silny wiatr w Polsce. Kilkaset interwencji, pogotowie przeciwpowodziowe

Źródło:
PAP, tvnmeteo.pl

Zima wróciła do Polski za sprawą chłodnego frontu atmosferycznego, który w nocy z piątku na sobotę wdarł się nad nasz kraj. Jak wyjaśnił na antenie TVN24 Tomasz Wasilewski, podążą za nim kolejne.

"20 stopni jest nie do powtórzenia w najbliższych tygodniach"

"20 stopni jest nie do powtórzenia w najbliższych tygodniach"

Aktualizacja:
Źródło:
tvnmeteo.pl

Zima ponownie zawitała do Polski. W kilku regionach kraju występują opady śniegu. Krótkotrwała zawieja pojawiła się także w Warszawie. Na Kontakt24 otrzymaliśmy zdjęcia i filmy z zaśnieżonych miejscowości.

Zawieja w Warszawie, biało w Olsztynie. Filmy i zdjęcia

Zawieja w Warszawie, biało w Olsztynie. Filmy i zdjęcia

Aktualizacja:
Źródło:
Kontakt24

Po wielu ciepłych dniach do Polski wróciła zimno. Nocami może chwytać silny mróz. Niska temperatura może powodować u niektórych osób reakcje alergiczne. Schorzenie nazywane jest pokrzywką z zimna.

Zimno też może uczulać

Zimno też może uczulać

Źródło:
American Academy of Dermatology, alergia.org.pl

Mieszkańcy Trójmiasta zmagają się z załamaniem pogody. Zrobiło się zimno, pada, a wiatr wieje z prędkością do 80 km/h. Występują utrudnienia komunikacyjne.

Fatalna pogoda w Trójmieście. Przeprawa przy Moście Siennickim wstrzymana

Fatalna pogoda w Trójmieście. Przeprawa przy Moście Siennickim wstrzymana

Źródło:
TVN24

Trzy osoby zginęły w mieście Coria del Rio w Sewilli po tym, jak zawalił się dach magazynu. Zdaniem służb, do tragicznego zdarzenia przyczyniły się silny wiatr i i ulewny deszcz, które do Hiszpanii sprowadziła w piątek burza Nuria.

Po wichurze i ulewach runął dach, zginęły trzy osoby

Po wichurze i ulewach runął dach, zginęły trzy osoby

Źródło:
ENEX, RTVE, El Pais

W jednej z angielskich wsi w hrabstwie Hertfordshire samiec myszołowca towarzyskiego atakował ludzi. Drapieżny ptak obierał sobie za cel łysych wysokich mężczyzn. Niektórzy trafiali z zakrwawioną głową do szpitala. W czwartek problematycznego osobnika udało się złapać.

Drapieżny ptak atakował wysokich łysych mężczyzn

Drapieżny ptak atakował wysokich łysych mężczyzn

Źródło:
The Independent, BBC News

W łożyskach kotek, a także w płodach, może znajdować się mikroplastik - wynika z niewielkiego badania naukowców z Uniwersytetu w Parmie. Zdaniem ekspertów niebezpieczne cząsteczki mogą przenikać przez barierę łożyskową i kumulować się w płodach.

Zbadali bezdomne kotki. W łożyskach miały coś, czego nie powinno tam być

Zbadali bezdomne kotki. W łożyskach miały coś, czego nie powinno tam być

Źródło:
PAP

Co najmniej siedem osób zginęło w wyniku fali burz i tornad, jaka przetoczyła się nad centralnymi regionami Stanów Zjednoczonych. Lokalne władze informują o rozległych zniszczeniach i przerwach w dostawie prądu. Według prognoz zagrażające życiu warunki mogą utrzymywać się jeszcze przez kilka dni.

Nie żyje kilka osób. "Nie traćcie czujności"

Nie żyje kilka osób. "Nie traćcie czujności"

Źródło:
CNN, PAP

W ostatnim czasie w Peru padał intensywny deszcz. Do tragicznego zdarzenia doszło w prowincji Chanchamayo, gdzie trzech robotników zginęło w wyniku osuwiska.

Osunęła się ziemia, spadli ze 150 metrów. Nie żyją

Osunęła się ziemia, spadli ze 150 metrów. Nie żyją

Źródło:
Reuters, elbuho.pe, hytimes.pe, pachamamaradio.org

Minionej nocy na polskim niebie pojawiła się zorza polarna. Świetlny spektakl był widoczny między innymi na północy kraju. Na Kontakt24 otrzymaliśmy wyjątkowe zdjęcia.

"Zorza ponownie zatańczyła nad polskim morzem"

"Zorza ponownie zatańczyła nad polskim morzem"

Aktualizacja:
Źródło:
tvnmeteo.pl, Kontakt24

Susza panuje w Kampinoskim Parku Narodowym. Przepływ wody w biegnącym przez jego teren cieku osiągnął w środę rekordowo niską wartość. Jak przekazali w mediach społecznościowych przedstawiciele parku, jest to szczególnie niebezpieczne dla wrażliwych na ogień kampinoskich ekosystemów.

"Najbardziej palny park w Polsce" zmaga się z suszą

"Najbardziej palny park w Polsce" zmaga się z suszą

Źródło:
KPN, Regionalne Centrum Ekologiczne REC Polska

Kot został odnaleziony podczas telewizyjnej relacji na żywo. Zwierzak zaginął podczas tornada, które w środę przeszło nad stanem Arkansas.

"Tam jest mój kot". Zaginione zwierzę odnalazło się podczas relacji telewizyjnej

"Tam jest mój kot". Zaginione zwierzę odnalazło się podczas relacji telewizyjnej

Źródło:
fox13memphis.com, tvnmeteo.pl

Kosmiczny Teleskop Jamesa Webba sfotografował asteroidę 2024 YR4. Do niedawna istniało niewielkie ryzyko, że obiekt mógłby uderzyć w Ziemię w 2032 roku. Obecnie to prawdopodobieństwo oceniane jest na bliskie zeru.

Asteroida, która mogła trafić w Ziemię, na zdjęciu

Asteroida, która mogła trafić w Ziemię, na zdjęciu

Źródło:
ESA, phys.org
Naukowcy sfermentowali miso w kosmosie

Naukowcy sfermentowali miso w kosmosie

Źródło:
CNN, iScience

Polska misja IGNIS na Międzynarodową Stację Kosmiczną wystartuje najwcześniej w maju - przekazała NASA. W jej tamach na ISS poleci astronauta Sławosz Uznański-Wiśniewski, który przeprowadzi szereg badań zaproponowanych przez krajowe przedsiębiorstwa i ośrodki naukowe.

Polski astronauta na ISS. NASA podała datę

Polski astronauta na ISS. NASA podała datę

Źródło:
PAP, NASA

Samce muszki owocowej, które "piją" alkohol, są bardziej atrakcyjne dla samic. Jak wynika z badań, ten związek chemiczny powoduje zwiększoną produkcję hormonów płciowych. Co jeszcze ciekawsze - w mózgach muszek owocowych naukowcy zidentyfikowali mechanizm pozwalający na kontrolę konsumpcji alkoholu.

Samce muszek owocowych "piją" alkohol, by zyskać na atrakcyjności

Samce muszek owocowych "piją" alkohol, by zyskać na atrakcyjności

Źródło:
PAP, BBC

Tornada przetoczyły się w środę nad centralnymi i południowymi Stanami Zjednoczonymi. Trąby powietrzne spowodowały spore zniszczenia w stanach Missouri i Arkansas. Meteorolodzy ostrzegają, że to nie koniec zagrożeń - kolejne dni mają przynieść wyjątkowo obfite ulewy.

Ludzie pod gruzami domów, wiatr porywał auta

Ludzie pod gruzami domów, wiatr porywał auta

Źródło:
Reuters, CNN

Część Ameryki Północnej powoli kapie w głąb Ziemi. Jak wyjaśnili naukowcy z Uniwersytetu Teksańskiego, proces ten zachodzi bardzo głęboko pod powierzchnią, na granicy skorupy i płaszcza Ziemi. Modelowanie komputerowe pomogło im też w ustaleniu, co powoduje cieknięcie skał.

Geologowie zauważyli, że Stany Zjednoczone kapią w głąb Ziemi

Geologowie zauważyli, że Stany Zjednoczone kapią w głąb Ziemi

Źródło:
University of Texas - Austin

Trzęsienie ziemi o magnitudzie 5,6 nawiedziło południowe wybrzeże Birmy (Mjanmy) - przekazało niemieckie centrum informacyjne GFZ. Azjatycki kraj nadal zmaga się ze skutkami ubiegłotygodniowych wstrząsów, które wystąpiły w okolicy miasta Mandalaj. Jak podała agencja AP, liczba ofiar kataklizmu przekroczyła 3 tysiące.

Kolejne trzęsienie ziemi w Birmie. Liczba ofiar stale rośnie

Kolejne trzęsienie ziemi w Birmie. Liczba ofiar stale rośnie

Źródło:
PAP, Reuters

Rząd Słowacji zatwierdził plan odstrzału 350 niedźwiedzi oraz wprowadził stan nadzwyczajny w 55 z 79 powiatów kraju. Z decyzją władz nie zgadzają się obrońcy przyrody. Według nich planowany odstrzał kilkakrotnie przekracza dopuszczalny poziom.

Stan nadzwyczajny i zgoda na odstrzał 350 niedźwiedzi

Stan nadzwyczajny i zgoda na odstrzał 350 niedźwiedzi

Źródło:
PAP, TVN24

Po raz pierwszy naukowcy wykazali, że niektóre gatunki porostów mogłyby przetrwać warunki panujące na Marsie. W badaniu, prowadzonym przez Polaków, organizmy poddano symulacji, której rezultat zaprzeczył wcześniejszym założeniom dotyczącym życia na Czerwonej Planecie.

Te niezwykłe organizmy występują w Polsce i być może poradzą sobie na Marsie

Te niezwykłe organizmy występują w Polsce i być może poradzą sobie na Marsie

Źródło:
phys.org, zpe.gov.pl

W dolinie Biebrzy panuje susza. Wystarczy iskra, żeby doszło do pożaru. Susza może mieć także katastrofalny wpływ na tamtejsze ptaki, które do lęgu potrzebują rozlewisk.

Tak sucho nad Biebrzą nie było nawet podczas historycznego pożaru

Tak sucho nad Biebrzą nie było nawet podczas historycznego pożaru

Źródło:
TVN24, tvnmeteo.pl

Ogromne fale nawiedziły we wtorek wschodnie wybrzeże Australii. Na popularnej wśród surferów plaży Bondi ocean poważnie uszkodził klub surfingowy. Trudna sytuacja panowała także na południe od Sydney, gdzie przypływ podmył promenadę.

"Królewski przypływ" uderzył w kultową plażę

"Królewski przypływ" uderzył w kultową plażę

Źródło:
Reuters, ABC News

Potężne ulewy nawiedziły w ubiegłym tygodniu australijski Queensland. Według szacunków władz, pod wodą znalazło się około 500 tysięcy kilometrów kwadratowych terenu. Ponad 100 tysięcy sztuk bydła zatonęło. Meteorolodzy nie mają dobrych wieści, bo prognozowane są kolejne opady.

Roczne opady w tydzień. Pod wodą obszar wielkości Francji

Roczne opady w tydzień. Pod wodą obszar wielkości Francji

Źródło:
AFP, PAP