Mpemba Etkisi Nedir? Sıcak Su, Soğuk Sudan Neden Daha Hızlı Donar?

Gece Modu

Bu yazı, Evrim Ağacı'na ait, özgün bir içeriktir. Konu akışı, anlatım ve detaylar, Evrim Ağacı yazarı/yazarları tarafından hazırlanmış ve/veya derlenmiştir. Bu içerik için kullanılan kaynaklar, yazının sonunda gösterilmiştir. Bu içerik, diğer tüm içeriklerimiz gibi, İçerik Kullanım İzinleri'ne tabidir.

İki bardağı önünüze alıp, ikisine de su doldurup, birini 60 dereceye, diğerini ise 30 dereceye kadar ısıtın. Sonrasında ikisini de aynı anda buz dolabına koyun. Bu basit deney sonucunda, şaşırtıcı bir gerçekle karşılaşırsınız: iki farklı sıcaklıktaki sulardan ilk donmaya başlayan, donma sıcaklığı olan 0 dereceye çok daha yakın olan 30 derecelik su değildir! 60 derecelik su, 30 dereceye göre daha hızlı donar!

Bu olgu, bunu ilk defa 1963 yılında keşfeden Tanzanyalı öğrencinin şerefine "Mpemba Etkisi" olarak isimlendirilmiştir. Mpemba, bu etkiyi daha sıcak dondurmaları, soğuklarla karıştırırken keşfetmiştir. Ancak etkinin ilk defa gözlendiği zamanlara dair verilere MÖ 4. Yüzyıl'da Aristo ile rastlamaktayız. Daha sonrasında aynı etki Francis Bacon ve René Descartes tarafından da tespit edilmiştir. Mpemba ise, bu keşfi ilk defa 1969 yılında bilimsel makaleye döken kişi olarak anılmaktadır.

İlk etapta, sırf bu olguyu "açıklamış olmak adına" aklınıza gelebilecek yanıt, "sıcak suyun soğuk suya nazaran ısıyı etrafına daha hızlı saçacağı, bu nedenle daha hızla soğuyup donma noktasına erişeceği" gibi bir cevap olabilir. Ancak yanılıyorsunuz. Çünkü normalde en iyi ihtimalle olması gereken, sıcak suyun soğuk suyu donma noktasına ulaşana kadar yakalamasıdır. Bunun ötesine geçerek, sıcağın daha önce donmaya başlamasını beklemeyiz. Yani cevap, sandığınız kadar basit değil ve teorik olarak binlerce yıldır, pratik olarak son birkaç on yıldır fizikçilerin üzerinde uğraştığı konulardan birisi...

Mpemba etkisiyle ilgili teoriler çok çeşitlidir: Sıcak suyun daha hızlı buharlaşmasından ötürü donacak hacmi azaltmak bu teorilerden birisidir. Bir diğeri, soğuk suyun üzerinde oluşan don tabakasından ötürü oluşan izolasyona dayanarak bu etkiyi açıklamaktadır. Bir diğeri ise karbondioksit gibi çeşitli çözünenlerin farklı yoğunluklarının, ısıtma sırasında farklı şekillerde etkilenmesiyle bu olguyu açıklamaya çalışır. Ancak ne yazık ki bu etki her zaman gözlenememektedir. Hatta sıklıkla, tam da beklendiği gibi, soğuk su sıcak sudan daha hızlı donmaktadır. Ancak Mpemba etkisi de dikkate değer bir sıklıkla karşımıza çıkan bir olgudur. Fakat bugüne kadar bu olguya hiçbir net açıklama getirilememişti.

Singapur'da bulunan Nanyang Teknoloji Üniversitesi'nden Xi Zhang tarafından yönetilen bir fizik takımı 2014 yılında, Mpemba etkisini açıklayan ana unsurun, suyu bir arada tutan kimyasal kuvvetler olduğunu gösterdi. Her su molekülü 1 oksijen atomuna kovalent bağ denen özel bir kimyasal bağ türüyle bağlı 2 hidrojen atomundan oluşur. Bu bağ nedeniyle atomlar elektronlarını paylaşırlar ve bu bağın dinamikleri günümüzde net olarak bilinmektedir. Birbirinden ayrı su molekülleri ise hidrojen bağları adı verilen daha zayıf bağlarla birbirlerine bağlanırlar. Bu bağ nedeniyle görülen kuvvetler, bir hidrojen atomu ile bir oksijen atomu birbirine yakın mesafedeyken oluşur.

Araştırma ekibi bu bağların Mpemba etkisine neden olduğunu ileri sürmektedir. Su molekülleri birbirleriyle yakın temasa geçtiklerinde, moleküller arasındaki doğal itim kuvveti kovalent bağların gerilerek enerji depolamasına neden olmaktadır. Sıvı haldeki su ısıtıldığında, suyun yoğunluğunun azalması ve moleküllerin birbirinden uzaklaşmasından ötürü bu hidrojen bağları esnerler.

Bu esneme, kovalent bağların gevşeyerek rahatlamasını sağlar. Bu nedenle kovalent bağlar kısalırlar. Buna bağlı olarak da biriktirdikleri enerjiyi salarlar. Kovalent bağların biriktirdikleri bu enerjiyi salması, teknik olarak "soğuma" ile aynı fiziksel olaydır. Dolayısıyla daha sıcak olan su, kendi içinden kaybettiği enerji dolayısıyla daha da hızlı soğur. Hatta öyle ki, bağların biriktirdiği enerjiye bağlı olarak kimi zaman daha soğuk olan suyun donma noktasına erişme hızından daha da hızlı soğur. İşte bu durumda, Mpemba etkisi gözlenmiş olur. Gerçekten de takımın matematiksel analizleri, Mpemba etkisinin her zaman oluşmamasının nedeninin kimyasal bağlarda biriken enerji miktarıyla ilişkili olduğunu göstermektedir.

Bu İçerik Size Ne Hissettirdi?
  • 2
  • 1
  • 2
  • 1
  • 0
  • 0
  • 0
  • 2
  • 0
  • 0
  • 0
  • 0
Kaynaklar ve İleri Okuma
  • X. Zhang. O:h-O Bond Anomalous Relaxation Resolving Mpemba Paradox. (2013, Ekim 10). Alındığı Tarih: 10 Ekim 2019. Alındığı Yer: Arxiv
  • E. Andrew. Hot Water Freezes Faster Than Cold - And Now We Know Why. (2013, Kasım 01). Alındığı Tarih: 10 Ekim 2019. Alındığı Yer: IFLS
  • E. B. Mpemba. (2019). Cool?. Physics Education.

Evrim Ağacı'na her ay sadece 1 kahve ısmarlayarak destek olmak ister misiniz?

Şu iki siteden birini kullanarak şimdi destek olabilirsiniz:

kreosus.com/evrimagaci | patreon.com/evrimagaci

Çıktı Bilgisi: Bu sayfa, Evrim Ağacı yazdırma aracı kullanılarak 21/10/2019 09:32:37 tarihinde oluşturulmuştur. Evrim Ağacı'ndaki içeriklerin tamamı, birden fazla editör tarafından, durmaksızın elden geçirilmekte, güncellenmekte ve geliştirilmektedir. Dolayısıyla bu çıktının alındığı tarihten sonra yapılan güncellemeleri görmek ve bu içeriğin en güncel halini okumak için lütfen şu adrese gidiniz: https://evrimagaci.org/s/2467

İçerik Kullanım İzinleri: Evrim Ağacı'ndaki yazılı içerikler orijinallerine hiçbir şekilde dokunulmadığı müddetçe izin alınmaksızın paylaşılabilir, kopyalanabilir, yapıştırılabilir, çoğaltılabilir, basılabilir, dağıtılabilir, yayılabilir, alıntılanabilir. Ancak bu içeriklerin hiçbiri izin alınmaksızın değiştirilemez ve değiştirilmiş halleri Evrim Ağacı'na aitmiş gibi sunulamaz. Benzer şekilde, içeriklerin hiçbiri, söz konusu içeriğin açıkça belirtilmiş yazarlarından ve Evrim Ağacı'ndan başkasına aitmiş gibi sunulamaz. Bu sayfa izin alınmaksızın düzenlenemez, Evrim Ağacı logosu, yazar/editör bilgileri ve içeriğin diğer kısımları izin alınmaksızın değiştirilemez veya kaldırılamaz.

Soru Sorun!
Öğrenmeye Devam Edin!
Evrim Ağacı %100 okur destekli bir bilim platformudur. Maddi destekte bulunarak Türkiye'de modern bilimin gelişmesine güç katmak ister misiniz?
Destek Ol
Gizle
Türkiye'deki bilimseverlerin buluşma noktasına hoşgeldiniz!

Göster

Şifremi unuttum Üyelik Aktivasyonu

Göster

Şifrenizi mi unuttunuz? Lütfen e-posta adresinizi giriniz. E-posta adresinize şifrenizi sıfırlamak için bir bağlantı gönderilecektir.

Geri dön

Eğer aktivasyon kodunu almadıysanız lütfen e-posta adresinizi giriniz. Üyeliğinizi aktive etmek için e-posta adresinize bir bağlantı gönderilecektir.

Geri dön

Close
“Bilgeliğin yarısı, öğrendiklerinizden hangilerini unutacağınızı bilmektir.”
Larry Niven
Geri Bildirim Gönder