Horká voda zmrzne rychleji než studená. Víme, jak je to možné

O tomhle jevu jste možná nikdy neslyšeli – jednoduše proto, že vás ani nenapadlo o něm přemýšlet. Jenže tady zůstává rozum stát, však posuďte sami: zmrzne dříve teplá, nebo studená voda? Každý z nás pouhým zapojením selského rozumu odpoví, že studená – vždyť má k teplotě tuhnutí, tedy 0 °C, blíže, no ne? A přesto je realita přesně opačná. A aby toho nebylo málo, vědci si stále lámou hlavu, proč to tak je…

Důležitost teploty vody

Aristoteles, Francis Bacon, René Descartes a tucty dalších myslitelů napříč dějinami nad tímhle fascinujícím jevem přemýšleli. Dnes se mu však říká Mpembův efekt na počest Erasta Mpemby, který v 60. letech minulého století dokázal převést tisíciletí známý jev do moderního vědeckého jazyka. Samozřejmě musel v počátcích svého objevu čelit velké kritice a posměškům, ale nakonec se tanzanského studentovi podařilo vědeckou obec přesvědčit a nasadit jí pořádně ledového brouka do hlavy.

Došlo to dokonce tak daleko, že v roce 2012 vypsala britská chemická společnost (Royal Society of Chemistry) odměnu tisíc liber pro toho, kdo dokáže Mpembův efekt vysvětlit. Finanční injekci dostal chorvatský chemik Nikola Bregović, který dospěl k zajímavému vysvětlení díky provedenému experimentu. Do mrazáku vložil dvě nádoby s vodou různé teploty. Nejdříve se ochladí stěny nádoby, následně i kapalina – chladnější voda klesá dolů a lehčí, teplejší voda je vytlačována nahoru. Tím vzniká vír a tekutina se tak sama míchá; a čím je původní teplota vody vyšší, tím se promíchává rychleji, což se hodí u hranice 4 °C, při níž přestává platit pravidlo, že chladnější voda klesá ke dnu. Vír by se tak měl zastavit, jenže díky setrvačnosti se ještě chvíli otáčí – a čím vyšší setrvačnost, tím vyšší šance na dosažení nulové teploty, a tedy zmrznutí.

Jak dobře známe vodu?

K podobným závěrům v roce 2013 dospěli i singapurští fyzici Sun Čchang-čching a Si Čang, kteří si vzali na pomoc vodíkovou vazbu, pomocí níž jsou spojeny molekuly vody. Tato vazba hraje roli v rychlosti, jakou kapalina ztrácí teplotu. Čím vyšší teplotu (čili energii) má kapalina na počátku, tím rychleji ji bude také ztrácet, a tak celý proces ochlazování a mrznutí vody proběhne rychleji u teplé nežli u studené vody.

Historicky starších, i když pravděpodobně mylných vysvětlení bychom dále našli celou řadu, ale v posledních letech to byly především tyto dvě teorie, které do dlouhodobě znepokojivé otázky vnesly alespoň trochu světla. Je každopádně fascinující, že o tak zdánlivě jednoduché a dobře prozkoumané látce jako voda stále dokážeme objevovat něco nového.

Text: MS