热水和冷水一起放进冰箱，为什么热水先结冰？科学家终于找到原因

当把一杯冷水和一杯热水同时放进冰箱结冰时，很多人以为冷水会先结冰，但事实上是热水先结冰。

当年一位中学生发现冰箱里的热水先结冰，冷水先结冰，这不仅颠覆了人们的认知，也引发了学术界长达半个世纪的争论。

它是如何被发现的呢？让我们回到1963年，当时一位名叫埃拉斯托·姆潘巴（ ）的13岁中学生在课堂上偶然发现了它。

那堂课上，老师让学生们一起做冰淇淋，姆潘巴怕冰箱里的空间被其他同学占用，就直接把热牛奶放进了冰箱。

但他意外地发现，自己的冰淇淋比其他同学的冷却得更快，先被冻住了。

他后来就这一现象撰写了一份报告，成为第一个描述这种违反直觉效应的人，后来被称为姆潘巴效应。

什么是姆潘巴效应？

是指在相同质量、相同冷却环境下，温度稍高的液体比温度稍低的液体先结冰的现象。

很多科学家不明白为什么热水比冷水结冰更快，因此当时就连亚里士多德、笛卡尔等科学家都进行实验，证明了这种现象。

亚里士多德认为：“以前被加热过的水有助于它更快地结冰。”这可以理解为“在同样的温度下，以前被加热过的水比以前没有被加热过的水结冰更快”。

也有人说，亚里士多德描述的可能不是姆潘巴现象，书中原文是：“预先加热的水有助于它更快结冰。”这里指的是加热过的水，而不是热水或温水。

这里有人说姆潘巴效应不存在，是开玩笑吗？

科学家们也提出了许多不同的假设。

例如，水蒸发得更快，所以热水的体积变得更小，而霜可以起到更好的屏障作用，导致较低温度的水中溶质浓度存在差异。

但无论哪种说法，都无法令人信服，因此科学家们一致认为，姆潘巴效应无法得到实验上很好的证实。

科学家：这就是姆潘巴效应

经过长时间的研究，终于有人发现了这个秘密。

2013年，新加坡科学家给出解释称，姆潘巴现象的主要原因是氢键。

我们知道，一个水分子是由两个氢原子和一个氧原子组成，原子与原子之间的相互作用是化学键，分子与分子之间的相互作用又分为氢键和范德华力。

要把水变成冰，首先需要打破氢键，把混乱的水分子模型变成整齐有序的冰分子模型。

热水中的氢键比室温下的水中的氢键更长、更弱，因此分子重新排列更容易、更快。

2022年7月，张亚刚教授团队在国际知名学术期刊上发表了题为《水的演化——热量的探测》的研究论文。

通过在水中首次系统的实验研究，发现了在水体系中直接观察该效应的条件，从而解决了该效应的奥秘。

结果表明：

热水一般比冷水冷却得快。容器的初始温度、温差、形状和水量都会影响热交换和冷却过程。由于影响热交换的因素很多，因此姆潘巴效应只有在特定条件下才能观察到。

这项工作有助于澄清对该效应的疑虑和困惑，并可能为能量存储和传输材料提供替代策略。

此外，张亚刚教授团队还研发了一套研究该效果的实验设备，并申请了中国发明专利。

事实上，最初冷的水表面会形成覆盖整个表面的“冰壳”，而最初热水中的结冰则是从“针状冰晶”开始，然后逐渐形成表面“冰壳”。

我认为，初始的冷水会被表面的冰壳阻挡，从而阻碍热量的传递，所以在这个过程中，冷水会减慢降温的速度。初始的热水则相反。

肯定在结冰前所有容器的温度都是一样的，但是因为冷却过程中水温不一样，所以结冰的速度也是不一样的。