Проверка эффекта Мпембе

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…

Иллюстрация: Н. Кращин

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 –21°С, 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.

Наш журнал неоднократно писал об этом явлении. Все статьи по теме можно найти в подборке «Эффект Мпембы».