În structura moleculară a apei calde, legăturile atomilor de hidrogen tind să se grupeze mai rapid în structura cristalelor de gheaţă, la temperaturi mai scăzute.
Apa caldă pare să îngheţe mai repede decât apa rece, fenomen cunoscut sub numele de efectul Mpemba. Efectul a fost numit după studentul tanzanian, care în 1963 a observat că un amestec de îngheţată fierbinte, îngheaţă mai repede decât unul rece. Efectul a fost observat pentru prima dată de Aristotel în secolul al 4-lea î.Hr., apoi mai târziu, de către Francis Bacon şi René Descartes. Mpemba a publicat o lucrare despre descoperirile sale în 1969.
Teoriile privind efectul Mpemba au inclus:
* evaporarea mai rapidă a apei calde, prin urmare, reducerea volumului lăsat să îngheţe
* formarea unui strat de gheaţă deasupra apei reci, jucând un rol de izolant
* diferite concentraţii de solvaţi, cum ar fi dioxidul de carbon, care este îndepărtat atunci când apa este încălzită.
Din păcate, efectul nu apare întotdeauna - de fapt, de cele mai multe ori, apa rece chiar îngheaţă mai repede decât apa firbinte, aşa cum ne-am şi aştepta. Dar, acest efect Mpemba are loc în mod regulat şi nimeni nu a fost vreodată capabil să răspundă definitiv la întrebarea „de ce”.
Acum, o echipă de fizicieni de la Universitatea Tehnologică Nanyang din Singapore, condusă de Zhang Xi, a găsit dovezi că efectul este asigurat de către legăturile chimice care formează apa. Fiecare moleculă de apă este compusă dintr-un atom de oxigen legat covalent de două molecule de hidrogen. Aceste legături implică atomi care împart electroni, în timp ce moleculele de apă separate, sunt, de asemenea, legate între ele prin forţe mai slabe generate de legături de hidrogen. Aceste forţe au loc atunci când un atom de hidrogen dintr-o moleculă de apă se află aproape de un atom de oxigen dintr-o altă moleculă.
Echipa sugerează că este aceste legături sunt cele care cauzează efectul Mpemba. Ei presupun că atunci când moleculele de apă sunt aduse în contact strâns, o repulsie naturală dintre acestea va determina întinderea şi stocarea de energie a legăturilor covalente. Când lichidul se încălzeşte, legăturile de hidrogen se întind pe măsură ce apa devine mai puţin densă şi moleculele se îndepărtează tot mai tare.
Întinderea între legăturile de hidrogen permite legăturilor covalente să se relaxeze şi, oarecum, să se micşoreze, ceea ce le determină să renunţe la energia lor. Procesul legăturilor covalente care renunţă la energia lor este, în esenţă, la fel ca şi procesul de răcire, şi astfel, apa caldă ar trebui să se răcească, teoretic, mai repede decât cea rece. Calculele echipei sugerează că magnitudinea relaxării legăturii covalente reprezintă diferenţele experimentale ale timpului necesar de îngheţ al apei calde şi reci.
Un experiment live poate fi vizionat aici.
