إذا وضعنا كأسين من الماء من نفس الحجم في ثلاجة أو مجمدة “وفي نفس الشروط والتوقيت”
الكأس الاول يحوي ماء ساخن والثاني يحوي ماء في درجة حرارة الغرفة، فأيهما يتجمد أولاً ولماذا؟

نرجو الضغط على الرابط التالي لسماع المقال صوتياً:

الجواب
كأس الماء الساخن، والسبب:(Mpemba Effect) أثر مبمبا
————————–————————–—
كان أرسطو أول من لاحظ أن الماء الساخن يتجمد أسرع من الماء البارد، لكن الكيميائيين اختلفوا في تفسيرهذه المفارقة!!!

الماء من أكثر المركبات وفرة على الأرض وهو أيضاً من أكثرها أسراراُ, على سبيل المثال، معظم السوائل تصبح أكثر كثافة كلما ازدادت برودة، ولكن خلافاً لها فإن الماء يصل حالة من الكثافة القصوى عند حرارة 4 درجات مئوية، ومن ثم يصبح أقل كثافة عند التجمد مما يجعل الجليد يطفو فوق الماء, وهذا من أسرار الماء فلو تجمدت البحيرات والمحيطات في الأعماق لهلكت معظم الكائنات المائية.

ومن أسرار الماء أيضا أثر “مبمبا” (Mpemba Effect) الغريب، والذي سمي على اسم الطالب التنزاني (Erasto Mpemba) الذي اكتشف عام 1963 أن مزيج الآيس كريم الساخن يتجمد أسرع من المزيج البارد (في الواقع، العديد من العلماء على مر التاريخ لاحظوا هذا الأثر بما فيهم أرسطو وفرانسيس بيكون ورينيه ديكارت).

لمحة تاريخية:
كان “Erasto Mpemba” في المدرسة الثانوية، عندما دعت المدرسة الدكتور Denis G. Osborne من جامعة دار السلام في تنزانيا ليلقي محاضرة في الفيزياء، وبعد المحاضرة وقف الطالب Erasto Mpemba ليسأل الضيف السؤال التالي:

“إذا وضعت كأسين من الماء من نفس الحجم في الثلاجة
الكأس الأول يحوي ماء ساخن عند الدرجة 35 مئوية والثاني في درجة 100 مئوية فلماذا يتجمد الماء في الكأس الساخن أولاً؟
إلا أن الضحك علا من زملائه والمعلمين.

لكن بعد التجربة أكد الدكتور Osborne هذه الحقيقة العلمية وتم نشر النتائج مع Mpemba في عام 1969 حين كان Mpemba يدرس في كلية إدارة الحياة البرية الأفريقية (المرجع الأول).

التفسير:
كلنا يعلم أن جزيء الماء يتكون من ذرة أكسجين مرتبطة بذرتين من الهيدروجين بروابط مشتركة قطبية، وترتبط جزيئات الماء فيما بينها بروابط هيدروجينية والرابطة الهيدروجينة تجعل جزيئات الماء أقرب إلى بعضها وهي بطبيعتها أضعف من الرابطة المشتركة.

عندما يسخن الماء يزداد طول الرابطة الهيدروجينية وتزداد المسافة بين جزيئات الماء مما يجعل الرابطة HـــO تعود إلى حالة الاسترخاء بصورة اسرع فتتحرر طاقة إضافية كل هذا يقلل من حركية جزيئات الماء، وهذه الطاقة المتحررة مساوية لعملية التبريد وتسمى هذه الظاهرة بالتبريد الإضافي مع التبريد الموجود أصلاً في الثلاجة، فلذلك يصل الماء الساخن إلى حالة التجمد أسرع من الماء البارد.

المراجع:

Mpemba, Erasto B.; Osborne, Denis G. (1969). Physics Education (Institute of Physics) 4: 172–175. Bibcode:1969PhyEd…4..172M.
doi:10.1088/0031-9120/4/3/312

https://arxiv.org/abs/1310.6514

https://phys.org/news/2010-03-mpemba-effect-hot-faster-cold.html

https://medium.com/the-physics-arxiv-blog/why-hot-water-freezes-faster-than-cold-physicists-solve-the-mpemba-effect-d8a2f611e853