科学家解开热水比冷水更容易结冰之谜

wwxx · 发表于 2013-11-2 10:46

科学家解开热水比冷水更容易结冰之谜
出处：煎蛋网作者：老人爱怡
早在古希腊亚里士多德时期人们就发现了在同等质量和同等冷却环境下，温度略高的液体比温度略低的液体先结冰的现象。近日来自新加坡一直科院团队宣城他们已经成功地解开了姆潘巴现象之谜，主要是由于使水分子聚合的化学键的独特性质所致。
姆潘巴现象——温度略高的液体比温度略低的液体先结冰的现象，是以发现者坦桑尼亚的一名学者命名，该学生在20世纪60年代上烹饪课时发现热的冰激凌混合物往往更容易结冰。随后该现象得到了很多伟大的思想家关注比如亚里士多德，比如笛卡尔。几十年来科学家一直试图攻克这个难题，有人提出可能是热容器更容易传热，而温度稍高的水发生缓慢蒸发而蒸发需要吸热从而使得周围的水更快地结冰。
近日由新加坡南洋理工大学的Xi Zhang领导的科研团队称姆潘巴现象主要是由于水分子间特殊的分子键的特殊性质所致。一个水分子是由一个稍大一点的氧原子和两个氢原子通过共价键（一种有共享电子对的化学键）连接形成。但是当一个水分子的氢原子靠近另个水分子的氧原子时又会形成特殊的化学键，叫做氢键。而正是这些氢键行为比较诡异，这也引起了科学家的注意。
需要注意的是氢键要比共价键要弱一点，但是与分子间的作用力范德华力相比又强很多。一直以来科学家就猜测主要就是氢键给了水分子很多特殊的性质，比如比一般相同组成的液体的沸点要高很多，主要就是氢键让他们结合的更加牢固。通过研究氢键科学家们发现氢键使得水分子形成一个特殊的微管并连接成链状结构，而正是这些链状结构使得植物可以将水分从根部运送到上部。
不过近日zhang等人发现这些化学键可以解释姆潘巴现象，由于氢键的存在使得水分子之间的距离更近而这也会使得分子间的排斥力更大，从而使得氧原子和氢原子之间的化学键发生了延展并贮存能量。而当液体的温度升高时，由于氢键发生延展水分子之间的距离也就增大了。而当液体温度变低时就会水分子之间的距离也会收缩，从而释放出能量，而这也加快了液体的温度下降从而结冰。