Bạn có biết hiện tượng nước nóng đóng băng nhanh hơn nước lạnh còn được gọi là "Hiệu ứng Mpemba", đặt theo tên một học sinh người Tanzania. Sau khi tham dự các lớp học nấu ăn hồi những năm 1960, nam sinh Erasto Mpemba đã phát hiện, hỗn hợp kem nóng sẽ đông nhanh hơn hỗn hợp kem lạnh và đặt câu hỏi này cho các giáo sư tới thăm trường của cậu vào năm 1968.
Nhiều thế kỷ nay, hiệu ứng Mpemba đã làm giới khoa học đau đầu. Trên thế giới đã có hàng trăm các cuộc thí nghiệm để tìm ra tìm câu trả lời. Các nhà nghiên cứu đã cố gắng giải thích Hiệu ứng Mpemba bằng nhiều giả thuyết khác nhau, kể cả quan điểm cho rằng vật đựng ấm 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. Dẫu vậy, không giả thuyết nào được đa số giới khoa học chấp nhận.
Sơ đồ mô tả "Hiệu ứng Mpemba": nước nóng sẽ đóng băng nhanh hơn nước lạnh. Ảnh: Daily Mail.
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: Daily Mail.
Thông tin trên Vietnamnet, Hiệp hội Hóa học Hoàng gia Anh thậm chí từng treo thưởng 1.000 bảng cho cá nhân hay tổ chức nào đưa ra lời giải thuyết phục.
Đặc biệt trong một nghiên cứu, nhóm các nhà khoa học đến từ Đại học Kỹ thuật Nanyang (Singapore), tuyên bố, Hiệu ứng Mpemba do 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 hyđro. Tuy nhiên, khi một nguyên tử hyđro của một phân tử nước trôi giạt tới gần nguyên tử oxy trong một phân tử nước khác, chúng kết nối với nhau, tạo thành một liên kết hyđro.
Khi thực hiện nghiên cứu này các liên kết hyđro kéo các phân tử nước lại gần nhau hơn, làm khởi phát lực đẩy tự nhiên giữa chúng, khiến các liên kết cộng hóa trị oxy - hyđro bị kéo căng cũng như dự trữ năng lượng. Vì vậy, khi chất lỏng ấm nóng, nó khiến các phân tử nước ở cách xa nhau hơn do các liên kết hyđro bị kéo giãn. Đến 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, giúp lí giải Hiệu ứng Mpemba.
Cũng theo nhóm nghiên cứu do tiến sĩ Xi Zhang 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. Nói về thí nghiệm này một số chuyên gia vật lý lưu ý rằng, cách giải thích trên hiện 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.
Trải qua hàng trăm lần thí nghiệm, nhà khoa học James Bulangliqi thuộc Đại học State, New York, Mỹ cũng đưa ra chứng minh được hiện tượng này.
Theo đó James Bulangliqi chia sẻ trên Tạp chí Nhà khoa học mới của Anh, hiện tượng trên có mối quan hệ với một số tạp chất ở trong nước. Được biết, hiện tượng nước nóng đóng băng nhanh được gọi là “hiệu ứng Mpemba,” được đặt theo tên học sinh cấp 3 Erasto Mpemba người Tanzania.
Các nhà vật lý học từng đưa ra nhiều giả thuyết về hiệu ứng Mpemba. Tuy nhiên các giải thích khác nhau đều không thuyết phục mọi người, bởi vì hiệu ứng này không đáng tin cậy, tốc độ đóng băng của nước lạnh vẫn luôn luôn nhanh hơn nước nóng.
Nhà khoa học James Bulangliqi cho rằng, chính các tạp chất có trong nước mới là nhân tố then chốt dẫn tới tốc độ đóng băng nhanh của nước nóng. Trong thời gian 10 năm, James Bulangliqi đã tiến hành hàng trăm thí nghiệm có liên quan đến hiệu ứng Mpemba. Cuối cùng, ông đã phát hiện chứng cứ chứng minh hiệu ứng Mpemba xuất phát từ hiện tượng supercool (làm quá lạnh) bất ổn định.
Signe Dean.
Liên quan đến vấn đề này, Nhà báo khoa học Signe Dean làm việc tại National Geographic Úc đã viết: “Giả thuyết được nêu ra và được chấp nhận rộng rãi nhất đó là nước nóng bốc hơi nhanh hơn, mất khối nhanh hơn và ví thế cần ít nhiệt để đóng băng hơn. Tuy nhiên, các nhà khoa học cũng đã tái hiện được hiệu ứng Mpemba trong một lồng chứa kín, nơi không thể diễn ra hiện tượng bay hơi.
Một giả thuyết khác cho rằng nước tạo ra một dòng đối lưu và một gradient nhiệt độ riêng khi nó nguội đi tới điểm đóng băng.
Một cốc nước nóng giảm nhiệt độ nhanh sẽ có một sự chênh lệch nhiệt độ cao hơn hẳn trong suốt quá trình nguội đi của nó, và bề mặt cốc nước sẽ mất nhiệt nhanh hơn, trong khi đó một cốc nước lạnh có ít chênh lệch nhiệt độ hơn, vì thế nó sẽ có ít dòng đối lưu hơn để đẩy nhanh được tốc độ làm lạnh. Nhưng ý kiến này cũng chưa được công nhận chính thức”.
Vậy là sau vài thế kỷ khám phá và tìm tòi, ta vẫn chưa có được câu trả lời thỏa đáng.
Trúc Chi (t/h)
