Wijsgeer Aristoteles constateerde al dat warm water sneller bevriest dan koud water. Een kleine 2400 jaar later weten we nog altijd niet hoe dat komt. Maar een nieuw paper brengt daar verandering in: eindelijk denkt de wetenschap te kunnen verklaren waarom warm water sneller bevriest.

Aristoteles schreef enkele eeuwen voor Christus al: “Het feit dat water eerst is opgewarmd, draagt bij aan het snelle bevriezen ervan: het koelt dan sneller af.” En in de eeuwen na hem moesten vele onderzoekers hem gelijk geven. En slimmeriken die water snel willen laten afkoelen, zetten het eerst even in de zon. Maar de wetenschap erachter, waarom warm water nu precies sneller afkoelt dan koud water, bleef een raadsel.

Details
Chinese wetenschappers maken daar in een nieuw paper een eind aan. Ze beten zich vast in de kwestie – die ook wel wordt aangeduid als het Mpemba-effect – en ontdekten dat de paradox in de details zit.

Banden
Een watermolecuul bestaat uit twee waterstofatomen die gebonden zijn aan één zuurstofatoom (H2O). Maar niet alleen tussen de atomen bevindt zich een verbinding. Wanneer we meerdere watermoleculen bij elkaar stoppen, ontstaat er tussen die moleculen ook een band. Die verbinding ontstaat als een waterstofatoom uit molecuul één zich dicht bij het zuurstofatoom van molecuul twee bevindt. En die verbinding is verantwoordelijk voor het feit dat warm water sneller bevriest, zo schrijven de onderzoekers in hun paper.

Wanneer twee watermoleculen bij elkaar in de buurt komen, stoten ze elkaar af. De covalente bindingen (dat zijn de bindingen in het molecuul, tussen de twee waterstofatomen en het zuurstofatoom) rekken dan uit en slaan energie op. Wanneer we het water vervolgens opwarmen, bewegen de moleculen verder uit elkaar en worden de verbindingen tussen die moleculen ook uitgerekt. Daarop neemt de druk op de covalente verbindingen af. Zij worden wat minder uitgerekt en geven energie af. En wanneer die energie afgeven is dat vergelijkbaar met afkoeling. In andere woorden: als water opwarmt, laten de bindingen tussen atomen energie los, waardoor het water sneller afkoelt dan koud water.

Wist je dat water zich heel vreemd gedraagt in koolstofnanobuisjes? Lees er hier meer over!