Проверка эффекта Мпембе

В.В. Севостьянов

В декабрьском номере за 2006 год мы опубликовали очередное сообщение об эффекте Мпембе, суть которого состоит в том, что горячая жидкость в холодильнике замерзает быстрее, нежели холодная, и предложили читателям провести опыты с разными жидкостями. Вдруг кому-то удастся наблюдать то же, что видел африканский школьник, который в 1963 году именно из горячего молока раньше всех получил мороженое во время выполнения лабораторной работы. Никто не откликнулся: видимо, эффект представлялся абсурдным. Но вот спустя восемь лет нашелся-таки в городе Кулебаки Нижегородской области человек, который провел эксперименты с чистой водой. Публикуя их описание, мы надеемся, что история получит продолжение и нам все-таки удастся узнать о результатах опытов с другими жидкостями: с чаем, кофе (системы с низкомолекулярными разветвленными полимерами — полифенолами), молоком (система с коллоидными частицами), маринадом (слабый раствор кислоты), вином (слабый раствор спирта и полифенолов) — в общем, со всем тем, что есть под рукой и не требует специального холодильного оборудования. Водка, например, замерзает лишь при охлаждении ниже -25°С…

Время замерзания холодной и горячей воды было изучено в четырех повторностях, при разных температурах. Первый эксперимент состоялся 25 января 2014 года, когда за окном было -23°С. Через 30 минут после того, как две кружки, с холодной и горячей водой, были выставлены за окно, в первой появились признаки кристаллизации. Через 70 минут кристаллизация началась и в горячей воде, холодная же покрылась льдом. Через два часа в кружке с холодной водой поверхность потрескалась и стала бугристой; в кружке с горячей водой был ровный прозрачный лед. Вскрытие показало, что внутри осталась вода, при этом льда из холодной воды получилось 248 граммов, а из горячей — 94 грамма.

В следующем опыте надо было добиться полного замерзания в обоих сосудах. Его проводили 28 января 2014 года при температуре -18°С в солнечный и безветренный день. В этот раз за окно выставляем одинаковые стеклянные пузырьки из-под пенициллина, купленного в аптеке в один и тот же день, закрытые полиэтиленовыми крышками. Предполагается, что из-за расширения воды при замерзании они треснут по достижении одинакового давления, при этом объемы замерзшей воды будут в общем-то одинаковы с учетом точности проводимых опытов.

Первые трещины в пузырьке с холодной водой появились через 45 минут, а в пузырьке с горячей водой — через 57 минут, то есть явно дольше. Опять парадокса нет.

29 января 2014 года. Набираем статистику и стандартизируем условия опыта. Температура -21оС, солнечно, легкий ветерок. Пузырьки стеклянные, но открытые (то есть из них вода могла испаряться; это было одним из аргументов сторонников существования эффекта Мпембе. — Примеч. ред.). Из кипящего чайника наливаем воду в чашку и остужаем до 50°С, окунаем туда пузырьки (оба, чтобы прогрелись и не лопнули при наливании кипятка). Чайник продолжает кипеть.

В один пузырек наливаем воду с температурой +50°С; из кипящего чайника наливаем второй пузырек; ставим в чашку с водой +50°С, выносим на балкон, вынимаем из чашки и устанавливаем пузырьки на металлический поручень. На четырнадцатой минуте в пузырьке с кипятком выпадают кристаллы льда: такое впечатление, что пузырек замерз весь, но это скорее начало кристаллизации вдоль стенок. В пузырьке с теплой водой мутный лед намерзает от дна. На 34-й минуте появились первые трещины в пузырьке с теплой водой, на 45-й минуте первые трещины в пузырьке с бывшим кипятком.

Повторение последнего опыта 9 февраля, когда температура на улице повысилась до -1°С, дало тот же результат. Единственное, что изменилось, — время замерзания: пузырек с теплой водой лопнул спустя 7 часов 5 минут, а с кипятком — на 25 минут позже.

Таким образом, все три опыта свидетельствуют: только теплоемкость воды и ее начальная температура определяют время замерзания! Эффекта Мпембе нет.

Для того чтобы наблюдать подобный эффект, нужно ускорить кристаллизацию в емкости с кипятком и/или замедлить в другой. Это возможно с газированной (дегазированной) или соленой водой. Схема опыта такая: в первой емкости жидкость греем до +35°С — получаем одно содержание солей и газов; во второй емкости кипятим такую же воду, и при кипячении газ удаляется, то есть его микропузырьки кристаллизации уже не помогают, а соль выпадает в осадок или образует взвесь, создавая дополнительные центры кристаллизации. Остается подобрать правильную соль. Только в этом случае место так называемого эффекта Мпембе не в науке, а среди фокусов.

Разные разности
Липучка против трипсов
Химики ищут замену инсектицидам, подсматривая за тем, как разные растения сами защищаются от вредных насекомых. Некоторые растения выделяют липкие вещества из так называемых железистых волосков. К ним прилипают насекомые-вредители и погибают. Эта стр...
Этанол против гриппа
Во время пандемии ковида в соцсетях распространилось видео, на котором наш соотечественник демонстрировал свой метод лечения ковида — ингаляцию парами этанола. Но тогда над ним посмеялись и отмахнулись. Похоже — зря. Японские исследователи ...
Пишут, что...
…за последнее десятилетие плотность тихоокеанских устриц Magallana gigas в двух заливах Южной Калифорнии увеличилась в 32 раза, что совпадает с летним повышением температуры морской воды на 2–4°C… …пластырь с микроиглами против ...
Маскировка, подсказанная цикадой
Тело цикады покрывают брохосомы. Эти структуры отлично поглощают свет, тем самым помогая ей маскироваться от животных, глаза которых видят в том числе и ультрафиолетовый свет. Используя 3D-принтер, исследователи создали искусственные аналоги брохосом...