Группа исследователей из Технологического Университета Наньянга (Сингапур) заявляют, что им удалось решить давнюю загадку о том, почему теплая вода замерзает быстрее, чем охлажденная. Как заявляют они в статье, причина такого необычного поведения воды заключается в строении сетки водородных связей, объединяющих молекулы воды.

Парадокс, который гласит, что горячая вода (при некоторых условиях) может замёрзнуть быстрее, чем холодная, хотя при этом она должна пройти температуру холодной воды в процессе замерзания, упоминали в своё время Аристотель, Френсис Бэкон и Рене Декарт. В 1963 году танганьикский школьник Эрасто Мпемба заинтересовался причинами того, что горячая смесь мороженого замерзает быстрее, чем холодная. Он обратился за разъяснениями к учителю физики, но тот лишь посмеялся над учеником, сказав следующее: «Это не всемирная физика, а физика Мпембы».

Этот же вопрос Мпемба задал приехавшему в школу Деннису Осборну, профессору физики. Проведенная экспериментальная проверка подтвердила наличие эффекта, который получил название эффекта или парадокса Мпембы, но не дала его объяснения. К настоящему моменту было высказано немало версий для объяснения эффекта Мпембы, однако однозначного ответа на вопрос, какие из факторов обеспечивают стопроцентное воспроизводство эффекта Мпембы, так и не было получено.

Исследователи из Сингапура уверяют, что смогли решить загадку, и, по их словам, энергия запасается в удлиненных водородных связях.

Как известно каждому, молекула воды состоит из атома кислорода и двух связанных с ним ковалентными связями атомов водорода. Также практически общеизвестно, что между молекулами воды реализуются особые прочные межмолекулярные взаимодействия – водородные связи, однако помимо притяжения друг к другу за счет водородных связей молекулы воды также и отталкиваются друг от друга.

Исследователи из Сингапура заметили, что чем теплее вода, тем больше расстояние между ее молекулами, что объясняется увеличение роли сил отталкивания при подъеме температуры. По их словам, это приводит к растяжению водородных связей, а это растяжение означает то, что в водородных связях накапливается дополнительная энергия. Исследователи предполагают, что при охлаждении эта энергия высвобождается, позволяя молекулам сблизиться, а высвобождение энергии приводит к охлаждению системы.

В теплой воде содержится больше удлиненных водородных связей, таким образом она может накопить большее количество энергии, которая более интенсивно высвобождается при охлаждении до температуры замерзания, именно поэтому теплая вода замерзает быстрее холодной.