Vì sao nước nóng đông nhanh hơn nước lạnh?

Theo tạp chí Nhà khoa học mới của Anh, đôi lúc, tốc độ đóng băng của nước nóng nhanh hơn nhiều so với nước lạnh. Hiện tượng kỳ quái này đã làm đau đầu giới khoa học.

• Giải mã công nghệ làm đá nửa ngày không tan
  
• Muốn làm lạnh vật, đặt trên hay dưới nước đá?

Lý giải nguyên nhân nước nóng nhanh đông hơn nước lạnh

Trải qua hàng trăm lần thí nghiệm, cuối cùng nhà khoa học James Bulangliqi thuộc Đại học State, New York, Mỹ đã chứng minh được hiện tượng này.

Theo James Bulangliqi, hiện tượng trên có mối quan hệ với một số tạp chất ở trong nước.

Được biết, hiện tượng nước nóng đóng băng nhanh được gọi là “hiệu ứng Mpemba,” được đặt theo tên học sinh cấp 3 Erasto Mpemba người Tanzania.

Các nhà vật lý học từng đưa ra nhiều giả thuyết về hiệu ứng Mpemba. Tuy nhiên các giải thích khác nhau đều không thuyết phục mọi người, bởi vì hiệu ứng này không đáng tin cậy, tốc độ đóng băng của nước lạnh vẫn luôn luôn nhanh hơn nước nóng.

Nhà khoa học James Bulangliqi cho rằng, chính các tạp chất có trong nước mới là nhân tố then chốt dẫn tới tốc độ đóng băng nhanh của nước nóng. 

Trong thời gian 10 năm liền, James Bulangliqi đã tiến hành hàng trăm thí nghiệm có liên quan đến hiệu ứng Mpemba. Cuối cùng, ông đã phát hiện chứng cứ chứng minh hiệu ứng Mpemba xuất phát từ hiện tượng supercool (làm quá lạnh) bất ổn định.

James Bulangliqi cho biết: “Dường như nước chưa đóng băng khi nhiệt độ ở 0 độ C, mà thông thường nhiệt độ thấp hơn mới bắt đầu đóng băng, tức là hiện tượng supercool. Điểm đông quyết định ở tạp chất hình thành nên mối quan hệ giữa nước và băng đá. Trong trường hợp bình thường, nước có thể có một số loại tạp chất, trong đó bao gồm bụi, muối hòa tan và vi khuẩn. Mỗi một tạp chất đều có thể tác động đến cơ chế đóng băng dưới nhiệt độ đặc biệt.”
James Bulangliqi đã tiến hành thí nghiệm đối với hai mẫu nước máy ở cùng nhiệt độ 20 độ C.

Trước tiên ông bỏ mẫu nước vào trong ống nghiệm, sau đó đưa vào tủ lạnh để làm đông. Hỗn hợp ngẫu nhiên của tạp chất đã làm cho hai mẫu nước này có điểm đông khác nhau, trong đó có một mẫu có điểm đông cao hơn. Nếu như sự khác biệt này đủ lớn, thì hiệu ứng Mpemba sẽ xuất hiện.

James Bulangliqi lựa chọn mẫu nước có điểm đông tự nhiên cao hơn và tiến hành tăng nhiệt tới 80 độ C, mẫu nước còn lại chỉ tăng nhiệt bằng nhiệt độ trong nhà, sau đó lại đưa hai ống nghiệm vào tủ lạnh.

Ông James Bulangliqi cho biết, nếu như điểm đông của nước nóng cao tối thiểu 5 độ C, thì tốc độ đóng băng của nó sẽ nhanh hơn nhiều so với nước lạnh./.

Như chúng ta đã biết, mỗi phân tử nước bao gồm một nguyên tử oxy liên kết hóa trị với hai phân tử hydro. Các phân tử nước riêng biệt cũng liên kết với nhau nhờ liên kết hydro, được tạo ra khi một nguyên tử hydro nằm gần một nguyên tử oxy của phân tử nước khác.

Các liên kết hydro kéo các phân tử nước lại gần nhau hơn, làm khởi phát lực đẩy tự nhiên giữa chúng, khiến các liên kết cộng hóa trị oxy - hydro bị kéo căng cũng như dự trữ năng lượng. Khi nước bị đun nóng, các nguyên tử di chuyển ra xa nhau hơn khiến liên kết bị kéo giãn.

Lực liên kết khiến các phân tử nước co rút trở lại và tỏa năng lượng, dẫn đến tình trạng làm mát, đồng nghĩa với việc nước nóng đóng băng nhanh hơn nước lạnh, giúp lí giải hiệu ứng Mpemba.

Tuy nhiên, một số chuyên gia vật lý lưu ý rằng, cách giải thích trên hiện không thể dùng để dự đoán các đặc tính mới của nước, vốn có thể được tạo ra từ cách làm ngắn các liên kết cộng hóa trị. Vì vậy, vẫn còn một bước cần giải quyết trước khi bí ẩn được giải đáp thỏa đáng.