熱水比冷水更易結冰嗎

人們通常都會認為，一杯冷水和一杯熱水同時放入冰箱時，冷水結冰快。事實并非如此。有經驗的汽車駕駛員都知道，冬天洗車最好用冷水而不用溫水，否則溫水一沾到車廂便會馬上結冰。難道溫水比冷水結冰快？這是為什么呢？

從做冰淇淋中發現的“姆潘巴效應”

1963年的一天，在地處非洲熱帶的坦桑尼亞一所中學里，一群學生想做一點冰凍食品降溫。

一個名叫埃拉斯托·姆潘巴的學生在熱牛奶里加了糖后，準備放進冰箱里做冰淇淋。他想，如果等熱牛奶涼后放入冰箱，那么別的同學將會把冰箱占滿，于是就將熱牛奶放進了冰箱。過了不久，他打開冰箱一看，令人驚奇的是，自己的那杯已經變成了一杯可口的冰淇淋，而其他同學用冷水做的冰淇淋還沒有結冰。

姆潘巴把這個特殊現象告訴了達累斯薩拉姆大學的物理學教授奧斯博爾內博士。尊重科學的奧斯博爾內又進行了實驗，其結果也與姆潘巴的敘述完全相符。這就確切地肯定了在低溫環境中，熱水比冷水結冰快。此后，世界上許多科學雜志載文介紹了這種自然現象，還將這種現象命名為“姆潘巴效應”。

“姆潘巴效應”是特例嗎

有研究人員用純凈水反復做了類似實驗，結果始終沒有發現“姆潘巴現象”。還有對此感興趣的研究者通過實驗證實，只有當冰箱內有顯著溫差、或牛奶含糖量不同、或糖沒有溶解、或做冰淇淋的液體中含有較多淀粉等非液體成分時，“姆潘巴現象”才會出現。

科學家揭開謎底

美國華盛頓大學的喬納森·卡茨在對“姆潘巴效應”深入研究后認為，這一現象實際上與水中的溶解物有關。水在加熱過程中，一些通常會使水變“硬”的溶解物，主要是碳酸鈣和碳酸鎂等碳酸鹽，會被“驅逐”出來形成固體沉淀，這就是日常生活中常見的附在水壺內壁上的水垢。而水在達到沸點以后，就會因“硬物”被絕大部分清除而軟化。卡茨發現，同樣是冷凍結冰，未經加熱的硬水在結冰過程中，由于其內部“硬物”作祟，使得硬水的冰點要比被加熱后的軟水冰點低一些，這就減緩了硬水結冰的速度。

但僅憑這個發現還不能直接破解“姆潘巴現象”，因為姆潘巴的同學們在做冰淇淋的過程中，都先把生牛奶煮熟了。那為什么姆潘巴的熱牛奶會先凍結呢？卡茨發現，原因還是出在水里的“硬物”上：為了吃到可口的冰淇淋，他們都在牛奶里加糖，而糖實際上會使牛奶液體變“硬”。但同樣是煮熟、加糖的牛奶，熱牛奶液體的硬度實際要比冷牛奶的硬度要低一點，這個硬度的差異造成了它們冰點的差異，硬度較高的冷牛奶冰點相對要低些。這樣，冰點略高的熱牛奶自然要比冰點略低的冷牛奶要先結冰了。

那么為什么在眾多實驗中，“姆潘巴現象”不會每次都出現呢？卡茨認為，原因就在于試驗者一開始用的就是軟水。用同樣的軟水來做冷熱實驗，由于水的冰點都一樣，而且散熱速度的快慢對結冰速度的影響很微弱，所以“姆潘巴現象”就不那么顯而易見了。

（文內配圖均已獲得圖蟲創意授權）

本文節選自《百科知識》雜志

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