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

Jak długo zostanie z nami łagodna, wiosenna pogoda? W prognozach widać spore zmiany. Na początku kwietnia przypomni o sobie zima, wrócą chłód i śnieg. To, co szykuje aura w pierwszych tygodniach przyszłego miesiąca i co może nas czekać w Wielkanoc, sprawdza w modelach meteorologicznych synoptyk tvnmeteo.pl Arleta Unton-Pyziołek.

Czeka nas powrót zimy. Będą dwie fale chłodu. A co z Wielkanocą?

Czeka nas powrót zimy. Będą dwie fale chłodu. A co z Wielkanocą?

Źródło:
tvnmeteo.pl

Kolejne dni w południowej części Europy mają przynieść intensywne opady deszczu. Lokalnie deszcz ma padać przez ponad tydzień. W procesie formowania się deszczonośnych chmur udział weźmie pył saharyjski. Rolę tego zjawiska opisuje nasza synoptyk Arleta Unton-Pyziołek.

Na południu Europy będzie padać mocno i długo. Pył saharyjski odegra ważną rolę

Na południu Europy będzie padać mocno i długo. Pył saharyjski odegra ważną rolę

Źródło:
tvnmeteo.pl

W wyniku intensywnych opadów deszczu zawaliła się ściana jednego z domów w chorwackim Dubrowniku. Spadający gruz uszkodził kilka samochodów i zatarasował drogę. Meteorolodzy przewidują, że gwałtowna aura tak szybko w tym regionie szybko się nie skończy.

Po ulewie w Dubrowniku zawaliła się ściana domu. Może spaść więcej deszczu

Po ulewie w Dubrowniku zawaliła się ściana domu. Może spaść więcej deszczu

Źródło:
dnevnik.hr, 24sata.hr, tvnmeteo.pl

Naukowcy z Nowej Zelandii odkryli, że pewien gatunek rekina wydaje specyficzne odgłosy. Nie byłoby w tym nic dziwnego, gdyby nie to, że ryby te uchodzą za niewydające intencjonalnych dźwięków. Specjaliści nie do końca wiedzą, co oznacza nowo odkryte zachowanie.

Po raz pierwszy usłyszano dźwięki wydawane przez rekiny

Po raz pierwszy usłyszano dźwięki wydawane przez rekiny

Źródło:
livescience.com, tvnmeteo.pl

W środę blisko naszej planety znajdzie się asteroida 2014 TN17. Obiekt według szacunków NASA może mieć średnicę nawet 290 metrów. Choć nie stwarza on zagrożenia dla Ziemi, specjaliści z amerykańskiej agencji kosmicznej bacznie go obserwują.

Może mieć nawet 290 metrów, dziś przeleci blisko Ziemi

Może mieć nawet 290 metrów, dziś przeleci blisko Ziemi

Źródło:
livescience.com, NASA

W kolejnych dniach Polska znajdować ma się pod wpływem licznych frontów atmosferycznych. Będzie to skutkowało pochmurnym niebem i przelotnymi opadami deszczu. Podczas ich wędrówki pogoda ma się dynamicznie zmieniać.

Nad naszymi głowami przetoczy się front za frontem

Nad naszymi głowami przetoczy się front za frontem

Źródło:
tvnmeteo.pl

Pogoda na dziś. Środa 26.03 będzie kolejnym przeważnie pochmurnym dniem, a w wielu regionach popada deszcz. Przyjemniejsza aura zapanuje jedynie na południowym wschodzie kraju. W ciągu dnia zaznaczy się także spora różnica temperatury między północną a południową Polską.

Pogoda na dziś - środa, 26.03. Front podzieli Polskę, termometry pokażą od 9 do 17 stopni

Pogoda na dziś - środa, 26.03. Front podzieli Polskę, termometry pokażą od 9 do 17 stopni

Źródło:
tvnmeteo.pl

Co najmniej 18 osób zginęło w pożarach, które od kilku dni szaleją na południu Korei Południowej. Jedna osoba uznawana jest za zaginioną. Podczas akcji gaszenia rozbił się śmigłowiec, zginął jego pilot. Kilkadziesiąt tysięcy osób zostało ewakuowanych, a rozprzestrzenianiu się żywiołu sprzyjają sucha pogoda i silny wiatr.

Nie żyje prawie 20 osób, rozbił się śmigłowiec. Ogień zagraża kolejnym miastom

Nie żyje prawie 20 osób, rozbił się śmigłowiec. Ogień zagraża kolejnym miastom

Źródło:
PAP, Reuters, Yonhap

W najbliższą sobotę koło południa będzie można zobaczyć z terenu Polski częściowe zaćmienie Słońca. Do obserwacji tego zjawiska należy wcześniej się przygotować. Podpowiadamy, w jaki sposób bezpiecznie je oglądać.

Zaćmienie Słońca. Te rzeczy zupełnie nie nadają się do jego obserwacji

Zaćmienie Słońca. Te rzeczy zupełnie nie nadają się do jego obserwacji

Źródło:
tvnmeteo.pl, Z głową w gwiazdach, NASA

Jak wyglądała kosmiczna spirala w różnych częściach kraju? Nagranie wykonane przez kamery sieci obserwacyjnej Skytinel pokazuje to niezwykłe zjawisko z perspektywy obserwatorów w różnych częściach Polski. W poniedziałek mogliśmy je obserwować dzięki manewrowi, na jaki zdecydowało się SpaceX.

Za chmurami, nad lasem i miastami. Kosmiczny wir na nagraniach

Za chmurami, nad lasem i miastami. Kosmiczny wir na nagraniach

Źródło:
Skytinel, "Z głową w gwiazdach", tvnmeteo.pl

Wilk uparcie wracał w miejsce, gdzie leżała jego chora partnerka. Samiec o imieniu Mróz trafił na rehabilitację po tym, jak został uwięziony we wnykach niedaleko Barlinka na Pomorzu Zachodnim. Mimo poważnych ran zwierzę próbowało wydostać się z boksu, a po powrocie na wolność pozostawało w jednym punkcie. Jak się okazało, nie było to dzieło przypadku.

Wilk uporczywie wracał. Przyrodnicy odkryli powód

Wilk uporczywie wracał. Przyrodnicy odkryli powód

Źródło:
Stowarzyszenie dla Natury "Wilk", PAP, TVN24

Dziura na drodze pojawiła się w Seulu, stolicy Korei Południowej. Do potężnego zapadliska, o głębokości 20 metrów, wpadł motocyklista. Jego ciało znaleziono po kilkunastu godzinach akcji poszukiwawczej.

Jechał motocyklem, wpadł do ogromnej dziury w drodze. Znaleziono ciało

Jechał motocyklem, wpadł do ogromnej dziury w drodze. Znaleziono ciało

Źródło:
Reuters, BBC

W poniedziałkowy wieczór doszło do zrzutu paliwa z drugiego stopnia rakiety Falcon 9 od firmy SpaceX. Na polskim niebie pojawił się świetlisty wir. Na Kontakt24 otrzymaliśmy materiały przedstawiające to niezwykłe zjawisko.

Kosmiczny wir nad Polską. Pokazaliście, jak wyglądał

Kosmiczny wir nad Polską. Pokazaliście, jak wyglądał

Aktualizacja:
Źródło:
Z głową w gwiazdach, O kosmosie i astronautyce - Adam Hurcewicz, NRO, tvnmeteo.pl

Pod piramidami w Gizie kryje się ogromne podziemne miasto - takie doniesienia w ostatnim czasie zaczęły krążyć w internecie. Odkrycia miało dokonać dwóch badaczy, którzy w połowie marca zwołali konferencję prasową. Doniesienia te skrytykował jednak właśnie znany egipski archeolog Zahi Hawass. - Są całkowicie błędne i nie mają żadnych podstaw naukowych - podkreślił.

Ogromne podziemne miasto pod piramidami? Słynny archeolog komentuje

Ogromne podziemne miasto pod piramidami? Słynny archeolog komentuje

Źródło:
tvn24.pl, PAP

Władze Zakopanego apelują do mieszkańców i turystów o zachowanie ostrożności w związku z obecnością jeleni w mieście. "Dzikie zwierzęta mogą stanowić zagrożenie dla zdrowia i życia" - napisano w komunikacie.

"Nie zbliżaj się". Apel władz Zakopanego

"Nie zbliżaj się". Apel władz Zakopanego

Źródło:
PAP

Do wybrzeży Santorini przybił pierwszy w tym sezonie statek wycieczkowy. Na początku roku życie na wyspie sparaliżowała seria trzęsień ziemi. Przybycie turystów dodało otuchy mieszkańcom, którzy obawiali się, że wstrząsy negatywnie wpłyną na sezon turystyczny.

Turyści nie przestraszyli się trzęsień. Wracają na Santorini

Turyści nie przestraszyli się trzęsień. Wracają na Santorini

Źródło:
PAP, Reuters

Niedźwiedzica zaatakowała mężczyznę na Słowacji. Zwierzę, któremu towarzyszyły dwa młode, było agresywne i nie reagowało na próby obrony. Do zdarzenia, zarejestrowanego na nagraniu, doszło w rejonie pasma górskiego Mała Fatra.

Atak niedźwiedzia na Słowacji. Dramatyczne nagranie

Atak niedźwiedzia na Słowacji. Dramatyczne nagranie

Źródło:
zilinak.sk, tvnmeteo.pl

Dość ciepła pogoda niedługo ustąpi miejsca ochłodzeniu. Jaka temperatura czeka nas w nadchodzących tygodniach? Sprawdź, co przewiduje Tomasz Wasilewski w swojej prognozie długoterminowej na kolejne 16 dni.

Pogoda na 16 dni: czeka nas zimny prysznic

Pogoda na 16 dni: czeka nas zimny prysznic

Źródło:
tvnmeteo.pl

Wirujący lej pojawił się mieście Rolling Fork w stanie Missisipi. Tornado uszkodziło kilka budynków gospodarczych i zerwało linie elektryczne. Kilkaset domów było pozbawionych prądu.

Zawyły syreny, pojawił się wirujący lej. Nagranie

Zawyły syreny, pojawił się wirujący lej. Nagranie

Źródło:
CNN, timesnownews.com

Śnieg pojawił się w północno-wschodniej części Hiszpanii. Na drogach występowały spore utrudnienia. Hiszpańska służba meteorologiczna AEMET wydała ostrzeżenia. Jednak dla niektórych mieszkańców widok zabielonych krajobrazów okazał się przyjemny.

Spadł śnieg, zamknięto część dróg. Powrót zimowej aury

Spadł śnieg, zamknięto część dróg. Powrót zimowej aury

Źródło:
ENEX, larazon.es

Gwałtowna burza przetoczyła się przez boliwijskie miasto El Alto, położone w zachodniej części kraju. Podczas wyładowań mocno sypnęło gradem. Na ulicach zrobiło się biało, jakby spadł śnieg.

Po burzy utworzyły się dywany gradu

Źródło:
Reuters

Strażacy walczą z pożarami lasów, które szaleją w Karolinie Północnej. Z powodu zagrożenia konieczna była ewakuacja części mieszkańców hrabstwa Polk. W sąsiedniej Karolinie Południowej ogłoszono stan wyjątkowy.

"Jeśli nie opuścisz terenu teraz, możesz zginąć"

"Jeśli nie opuścisz terenu teraz, możesz zginąć"

Źródło:
PAP, The Guardian

Młody paszczak australijski z ogrodu zoologicznego w Atlancie otrzymał imię Pierogi. Jak przekazali opiekunowie, pisklę szybko rośnie i już wkrótce rozpocznie kolejny etap dojrzewania. Gatunek pochodzi z Australii, gdzie bywa mylony z sowami - ptaki te aktywne są bowiem nocą.

Amerykańskie zoo przywitało na świecie Pierogi

Amerykańskie zoo przywitało na świecie Pierogi

Źródło:
Zoo Atlanta, Australian Museum

Zawalił się zabytkowy most na rzece Tag w centralnej Hiszpanii. Jak poinformowały lokalne władze, do uszkodzenia doszło w niedzielną noc. Most pochodził z XV wieku i został założony na konstrukcji pochodzącej z czasów Cesarstwa Rzymskiego.

Służył od stuleci. Zawalił się tej nocy

Służył od stuleci. Zawalił się tej nocy

Źródło:
El Pais, La Razon

Lew morski zaatakował i pogryzł surfera u wybrzeży Kalifornii. Niezwykła agresja zwierzęcia była prawdopodobnie wywołana przez chorobę. W okolicy od miesiąca trwa toksyczny zakwit, a zatrute zwierzęta cierpią tak bardzo, że mogą atakować bez ostrzeżenia.

Lew morski pogryzł surfera. Zwierzę było chore

Lew morski pogryzł surfera. Zwierzę było chore

Źródło:
CBS News

Kania ruda zazwyczaj pojawia się w naszym kraju w marcu, dlatego uznawana jest za zwiastun wiosny. Należy do gatunków nielicznych, ale ze względu na swoje upierzenie ptaka można zaliczyć do grona najpiękniejszych drapieżników w Europie. Siedliska tych zwierząt w Polsce objęte są ścisłą ochroną.

Występuje nielicznie, uważa się ją za "zwiastun wiosny"

Występuje nielicznie, uważa się ją za "zwiastun wiosny"

Źródło:
PAP, tvnmeteo.pl

W Aragonii w północno-wschodniej Hiszpanii na niebezpiecznym szlaku prowadzącym na szczyt Moncayo zginęło trzech alpinistów. Wejście na górę utrudniała im skrajnie niekorzystna pogoda - wiał silny wiatr, padał śnieg.

Ten szczyt o tej porze roku to "piekło". Trzech alpinistów zginęło

Ten szczyt o tej porze roku to "piekło". Trzech alpinistów zginęło

Źródło:
PAP, El Pais

Na orbicie okołoziemskiej znajduje się obecnie ponad 28 tysięcy obiektów stworzonych przez człowieka. Około 11 tysięcy z nich to aktywne satelity, a liczba ta wciąż rośnie. Aby nie "zaśmiecać" przestrzeni dookoła naszej planety, nieużywane obiekty są sprowadzane niżej, gdzie z pomocą grawitacji spalają się w atmosferze. Chociaż rozwiązanie to pozwala odzyskać cenne miejsce na orbicie, naukowcy zaczynają zastanawiać się, jaki wpływ na atmosferę mają resztki "kosmicznych śmieci".

Tysiące satelitów co roku ulegają spaleniu. Jaki wpływ mają na ziemską atmosferę?

Tysiące satelitów co roku ulegają spaleniu. Jaki wpływ mają na ziemską atmosferę?

Źródło:
The Conversation

Morświn to bałtycki krewny delfinów. W Bałtyku, a tym bardziej na wodach polskich, jest gościem i dlatego gatunek ten jest objęty ścisłą ochroną. - Zwierzęta te są niesłychanie trudne do zaobserwowania, małe i bardzo płochliwe - powiedział oceanolog profesor Jan Marcin Węsławski.

Są bardzo płochliwe i trudne do zaobserwowania

Są bardzo płochliwe i trudne do zaobserwowania

Źródło:
PAP

Ośmiornica na grzbiecie rekina - taki widok udało się uwiecznić badaczom z Nowej Zelandii. Na nagraniu widać pomarańczowego głowonoga przycupniętego między płetwami ostronosa atlantyckiego. Naukowcy przyznali, że trudno im wyjaśnić, w jaki sposób doszło do spotkania tych dwóch gatunków.

Ośmiornica jechała na grzbiecie rekina. Nagrali ją badacze

Ośmiornica jechała na grzbiecie rekina. Nagrali ją badacze

Źródło:
University of Auckland, LiveScience