Всем известно, что вода закипает при 100 градусах Цельсия. Однако если вы возьмете необыкновенно чистую воду, без всяких примесей, то вам придется подержать ее на огне, пока температура не поднимется еще выше. Дело в том, что процесс кипения начинается вокруг мельчайших нерастворенных частичек, которых в дистиллированной воде практически нет.
А если мы возьмем сырую и уже кипяченую воду, то какая быстрее закипит? И как влияет на время закипания поваренная соль?
— Вопросы непростые, но объяснимые, — успокаивает учитель физики Вадим Муранов. — Что касается первого вопроса, то, скорее всего, в этой гонке «выиграет» уже кипяченая вода. Дело в том, что молекулы воды могут сцепляться между собой, образуя так называемые кластеры. И при первом кипячении эти связи разрушаются, поэтому логично предположить, что при повторном нагревании процесс пойдет быстрее.
Теперь давайте разберемся — соленая или пресная? Может быть замечали, если в воду, которая вот-вот закипит, бросить щепотку соли, то вокруг нее мгновенно произойдет вскипание. Это все потому, что частички соли становятся центрами образования водяного пара и тем самым ускоряют процесс кипения.
Кстати, еще более 50 лет назад наблюдательный школьник Эрасто Мпемба из Республики Танганьика заметил, что жидкая горячая смесь для мороженого замерзает быстрее, чем холодная. Мальчик не просто обратил внимание взрослых ученых на этот феномен, а заставил серьезно их задуматься над разгадкой физического явления, получившего в науке название «Эффект Мпембы» (парадокс, который гласит, что горячая вода (при некоторых условиях) может замерзнуть быстрее, чем холодная. — «ВМ»). Одну из последних версий пару лет назад высказали китайские химики. По их мнению, все дело в большом количестве энергии,что содержится в водородных связях между молекулами горячей жидкости. Чем большее освободится энергии при охлаждении воды, тем быстрее она замерзнет.
Распространён совет, что, если надо быстрее вскипятить воду, то лучше кипятить холодную, чем горячую. Мы решили проверить, есть ли у такой рекомендации научные обоснования.
Спойлер для ЛЛ: горячая вода закипает всё-таки быстрее, чем холодная, а пресная — быстрее, чем солёная.
Вопрос, какая вода закипает быстрее — холодная или горячая, интересует многих. Об этом регулярно спрашивают на сайтах вопросов и ответов и обсуждают это в СМИ. Волнует пользователей и вопрос, может ли соль ускорить закипание воды, а некоторыекулинарные ресурсы однозначно утверждают, что солёная вода закипит быстрее, чем пресная.
С точки зрения физики кипение — это процесс парообразования внутри всего объёма жидкости, в отличие от испарения, при котором пар образуется только на поверхности. Температуру, при которой жидкость кипит, называют температурой кипения. Этот параметр зависит от атмосферного давления и типа жидкости. Чем выше давление, тем выше температура кипения. Именно поэтому на вершинах гор, где давление ниже, чем на уровне моря, вода закипает не при 100 °С, а при более низких температурах — например, при 90 °С. На вершине Эвереста вода кипитпри температуре всего 68 °С.
Однако на любой высоте процесс кипения происходит по одним и тем же законам: вода поглощает тепло от плиты, огня или нагревательного элемента электрического чайника, постепенно становясь всё горячее. Логично, что воде температурой 60–75 °С — а по правилам именно такой должна быть вода в системе горячего водоснабжения в Москве — потребуется нагреться на меньшее количество градусов, чтобы закипеть, чем воде комнатной температуры (18–20 °С). Однако чем холоднее вода, тем эффективнее она поглощает тепло, и поэтому холодная вода вначале будет нагреваться быстрее. Но это преимущество будет кратковременным, и, достигнув температуры горячей воды, она будет нагреваться с той же скоростью, что и изначально горячая вода. В итоге время закипания для холодной воды будет складываться из времени, необходимого для нагревания её до температуры горячей, и времени, за которое закипает горячая вода.
Предположительно, заблуждение могло возникнуть из-за того, что в случае с замерзанием горячей и холодной воды может возникнуть эффект Мпембы. Он заключается в том, что горячая вода при некоторых условиях может замерзать быстрее, чем холодная. Названный в честь танганьикского школьника Эрасто Мпембы, эффект пока не получил достаточного научного объяснения, и учёные продолжают спорить, существует ли он на самом деле, пытаясь повторить оригинальные эксперименты школьника и профессора физики Дэнниса Осборна. В 2016 году, проведя свои наблюдения, британские учёные пришли к выводу, что горячая вода не остывает быстрее, чем холодная, то есть опровергли существование эффекта. Но уже в 2017 году их выводы подвергли сомнениям сразу две группы учёных: китайско-сингапурская и американская. Первые обнаружили, что в теории нагрев охлаждённой системы, далёкой от равновесия, должен занимать меньше времени, чем другой системы, которая была изначально ближе к равновесию, однако практической реализации своей теории не предоставили. Вторые спрогнозировали появление прямого и обратного парадокса Мпембы для некоторых сыпучих тел.
Помимо давления, на температуру кипения влияет количество примесей в воде. В горячую водопроводную воду добавляют различные химические соединения, чтобы защитить трубы от коррозии. Согласно второму закону Рауля, чем больше в растворе примесей, тем выше нужна температура для кипения. Мосводоканал заявляет, что жёсткость, то есть количество растворённых в воде солей, в Москве находится в пределах между 1,9 и 5,7 мг-экв/л. В первую очередь это соли магния и кальция. По требованиям Роспотребнадзора, допустимый предел жёсткости воды для централизованного водоснабжения — 7 мг-экв/л. Такое количество примесей на температуру кипения влияет крайне незначительно. Однако в электрочайнике, который редко очищают изнутри, имеется большой слой известкового налёта и оставшиеся от многочисленных предыдущих кипячений примеси в виде хлопьев — это количество может стать существенным. Именно поэтому производители советуют заливать в такие устройства или предварительно отфильтрованную воду, или регулярно их чистить. Они обращают внимание на то, что вода в чайнике с большим количеством отложений будет закипать медленнее, а сам прибор будет потреблять большее количество электроэнергии.
Поваренная соль, или хлорид натрия, также повышает температуру кипения воды, поэтому подсоленная вода будет кипеть при большей температуре, чем пресная. Каждые 29 г соли (примерно столовая ложка с горкой) на литр воды увеличивают температуру кипения на 0,5 °С. Однако если попробовать провести такой эксперимент дома, то результаты могут удивить. Плотность солёной воды выше, чем пресной, а теплоёмкость — немного ниже. То есть пузырьки, которые появляются перед самим процессом кипения, появятся вначале на дне кастрюли с подсоленной водой. Пресная же вода будет нагреваться равномерно, поэтому пузырьки появятся позже, но точка кипения будет достигнута быстрее.
Таким образом, горячая вода закипает всё-таки быстрее, чем холодная, а пресная — быстрее, чем солёная. Однако для приготовления пищи разница между температурами кипения и скоростью закипания солёной и несолёной воды крайне незначительна — нужно будет добавить две столовые ложки с горкой соли, чтобы температура кипения увеличились всего на один градус. Что действительно может ускорить закипание воды, так это крышка, закрывающая кастрюлю: так тепло будет сохраняться внутри кастрюли, и вода закипит быстрее.
Изображение на обложке: Image by Three-shots from Pixabay
Наш вердикт: заблуждение
Ещё нас можно читать в Телеграме, в Фейсбуке и во Вконтакте
Аудиоверсии проверок в виде подкастов c «Коммерсантъ FM» доступны в «Яндекс.Подкасты», Apple Podcasts, «ЛитРес», Soundstream и Google.Подкасты