Home Kiến thức Tại sao nước nóng lại đóng băng nhanh hơn nước lạnh? Các...

Tại sao nước nóng lại đóng băng nhanh hơn nước lạnh? Các nhà khoa học đã tìm ra nguyên nhân

121

Hiện tượng kì lạ này đã được chính nhà triết học Hy Lạp Aristotle phát hiện ra nhưng sau nhiều thế kỷ nỗ lực chứng minh nó, giới khoa học vẫn đau đầu đi tìm lời giải đáp.

Nghe chừng có vẻ bất hợp lý đến mức phản khoa học nhưng khi đặt dưới những điều kiện nhất định, nước nóng sẽ đóng băng nhanh hơn nước lạnh. Và các nhà nghiên cứu thuộc Đại học Kỹ thuật Nanyang (Singapore) khẳng định rằng hiện nay họ đã giải mã được bí ẩn tại sao nước nóng đóng băng nhanh hơn nước lạnh. 

Trước hết chúng ta cần hiểu một chút về hiện tượng nước nóng đông nhanh hơn nước lạnh

Hiện tượng nước nóng đóng băng nhanh hơn nước lạnh còn được gọi là “Hiệu ứng Mpemba”, được đặt theo tên một học sinh trung học người Tanzania. Erasto Mpemba đã phát hiện hỗn hợp kem nóng sẽ đông nhanh hơn hỗn hợp kem lạnh sau khi tham gia các lớp học nấu ăn hồi những năm 1960. 

Cùng với một giáo sư vật lý tại trường Đại học Dar es Salaam, năm 1969, Erasto Mpemba đã công bố báo cáo cho thấy khối lượng nước nóng và nước lạnh tương đương nhau đựng trong các thùng giống nhau sẽ đóng băng ở thời điểm khác nhau, và nước nóng đã đóng băng trước.

Có thể hiểu đơn giản Mpemba là một hiện tượng mà trong một điều kiện nhất định nào đó (đôi lúc xảy ra) khi cùng làm lạnh, nước nóng có thể đóng băng nhanh hơn nước lạnh.

Mô tả “Hiệu ứng Mpemba” – nước nóng sẽ đóng băng nhanh hơn nước lạnh. (Ảnh: Diaforetiko)

Tuy nhiên, từ thời cổ đại các triết gia vĩ đại trong lịch sử như Aristotle và Descartes cũng từng đề cập tới hiện tượng nước đóng băng kỳ lạ như trên. 

Hiện nay các nhà khoa học đang cố gắng giải thích “Hiệu ứng Mpemba” bằng nhiều giả thuyết khác nhau liên quan đến sự bay hơi, sự đối lưu, quá trình đóng tuyết, sự làm chậm đông và các tạp chất hòa tan như vật đựng nước khiến việc tiếp xúc nhiệt với tủ lạnh tốt hơn, giúp truyền nhiệt nhanh hơn hay nước ấm bay hơi nhanh hơn, giúp làm mát nước và khiến quá trình đóng băng diễn ra mau lẹ hơn. Tuy nhiên, không giả thuyết nào được đa số giới khoa học chấp nhận.

Thậm chí, Brian Emsley – Giám đốc truyền thông của Hiệp hội Hóa học Hoàng gia Anh chia sẻ trên Daily Mail: “Người nào giải thích một cách thuyết phục cho hiện tượng nước nóng đóng băng nhanh hơn nước lạnh và có thể đưa ra một số ý tưởng sáng tạo sẽ nhận được 1000 bảng Anh.”

Theo một nghiên cứu mới, một nhóm các nhà khoa học từ Đại học Kỹ thuật Nanyang (Singapore) tuyên bố “Hiệu ứng Mpemba” được hình thành từ những đặc tính độc nhất vô nhị của các liên kết phân tử của nước gây ra.

Một phân tử nước được hình thành từ các liên kết cộng hóa trị giữa một nguyên tử oxy với 2 nguyên tử hydro. Tuy nhiên, khi một nguyên tử hyđro của một phân tử nước trôi dạt tới gần nguyên tử oxy trong một phân tử nước khác, chúng kết nối với nhau, tạo thành một liên kết hydro. Chính điều này đã tạo ra độ căng trên bề mặt nước và khiến nó đạt tới điểm sôi nhanh hơn so với các chất lỏng khác.

Trong nước lạnh, các liên kết cộng hóa trị O – H dài, trong khi liên kết hyđro ngắn; còn trong nước nóng thì ngược lại. (Ảnh: FOS Media – University of Colombo)

Khi 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. Điều này giúp lý giải rõ hơn về “Hiệu ứng Mpemba”.

Để chứng minh giả thuyết của mình, nhóm nghiên cứu do tiến sĩ Xi Zhang và Sun Changqing đứng đầu đã tính toán được mức độ tăng làm lạnh, bắt nguồn từ hoạt động phân tử và tiến hành các thí nghiệm cho thấy, đây là thủ phạm gây ra các khác biệt về đóng băng giữa nước nóng và nước lạnh đã quan sát được.

Tiến sỹ Changqing nói:

“Về bản chất, các quy trình và tỷ lệ năng lượng được giải phóng khác nhau khi nước ở các trạng thái khác nhau. Tỷ lệ năng lượng được giải phóng khác với trạng thái ban đầu của nước nên có thể kết luận rằng giải phóng năng lượng nhanh hơn khi nó được đặt vào môi trường đóng băng”.

Mặc dù vậy, một số nhà vật lý học vẫn bác bỏ giả thuyết này vì nó 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 và có lẽ chúng ta còn lâu ta mới tìm ra được nguyên nhân.

Sơn Tùng

Có thể bạn quan tâm: