热水比冷水更易结冰吗

人们通常都会认为，一杯冷水和一杯热水同时放入冰箱时，冷水结冰快。事实并非如此。有经验的汽车驾驶员都知道，冬天洗车最好用冷水而不用温水，否则温水一沾到车厢便会马上结冰。难道温水比冷水结冰快？这是为什么呢？

从做冰淇淋中发现的“姆潘巴效应”

1963年的一天，在地处非洲热带的坦桑尼亚一所中学里，一群学生想做一点冰冻食品降温。

一个名叫埃拉斯托·姆潘巴的学生在热牛奶里加了糖后，准备放进冰箱里做冰淇淋。他想，如果等热牛奶凉后放入冰箱，那么别的同学将会把冰箱占满，于是就将热牛奶放进了冰箱。过了不久，他打开冰箱一看，令人惊奇的是，自己的那杯已经变成了一杯可口的冰淇淋，而其他同学用冷水做的冰淇淋还没有结冰。

姆潘巴把这个特殊现象告诉了达累斯萨拉姆大学的物理学教授奥斯博尔内博士。尊重科学的奥斯博尔内又进行了实验，其结果也与姆潘巴的叙述完全相符。这就确切地肯定了在低温环境中，热水比冷水结冰快。此后，世界上许多科学杂志载文介绍了这种自然现象，还将这种现象命名为“姆潘巴效应”。

“姆潘巴效应”是特例吗

有研究人员用纯净水反复做了类似实验，结果始终没有发现“姆潘巴现象”。还有对此感兴趣的研究者通过实验证实，只有当冰箱内有显著温差、或牛奶含糖量不同、或糖没有溶解、或做冰淇淋的液体中含有较多淀粉等非液体成分时，“姆潘巴现象”才会出现。

科学家揭开谜底

美国华盛顿大学的乔纳森·卡茨在对“姆潘巴效应”深入研究后认为，这一现象实际上与水中的溶解物有关。水在加热过程中，一些通常会使水变“硬”的溶解物，主要是碳酸钙和碳酸镁等碳酸盐，会被“驱逐”出来形成固体沉淀，这就是日常生活中常见的附在水壶内壁上的水垢。而水在达到沸点以后，就会因“硬物”被绝大部分清除而软化。卡茨发现，同样是冷冻结冰，未经加热的硬水在结冰过程中，由于其内部“硬物”作祟，使得硬水的冰点要比被加热后的软水冰点低一些，这就减缓了硬水结冰的速度。

但仅凭这个发现还不能直接破解“姆潘巴现象”，因为姆潘巴的同学们在做冰淇淋的过程中，都先把生牛奶煮熟了。那为什么姆潘巴的热牛奶会先冻结呢？卡茨发现，原因还是出在水里的“硬物”上：为了吃到可口的冰淇淋，他们都在牛奶里加糖，而糖实际上会使牛奶液体变“硬”。但同样是煮熟、加糖的牛奶，热牛奶液体的硬度实际要比冷牛奶的硬度要低一点，这个硬度的差异造成了它们冰点的差异，硬度较高的冷牛奶冰点相对要低些。这样，冰点略高的热牛奶自然要比冰点略低的冷牛奶要先结冰了。

那么为什么在众多实验中，“姆潘巴现象”不会每次都出现呢？卡茨认为，原因就在于试验者一开始用的就是软水。用同样的软水来做冷热实验，由于水的冰点都一样，而且散热速度的快慢对结冰速度的影响很微弱，所以“姆潘巴现象”就不那么显而易见了。

（文内配图均已获得图虫创意授权）

本文节选自《百科知识》杂志

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