গরম পানি ঠাণ্ডা পানির তুলনায় দ্রুত জমে যায় কেন?

গরম পানি ঠাণ্ডা পানির তুলনায় দ্রুত বরফে পরিণত হয়। আর বিজ্ঞানের ভাষায় এই ব্যপারটির নাম Mpemba effect। এই নামটি দেয়া হয়েছে তানজানিয়ার এক ছাত্রের নাম অনুসারে যিনি ১৯৬৩ সালে পর্যবেক্ষণ করেন যে, গরম আইসক্রিমের মিশ্রণ ঠাণ্ডা আইসক্রিমের তুলনায় দ্রুত জমে যায়। এই ঘটনাটি প্রথম পর্যবেক্ষণ করেন মহাজ্ঞানী এরিস্টটল খ্রিস্টপূর্ব চতুর্থ শতাব্দীতে। এরপর ফ্রান্সিস বেকন ও রেনে দেকার্তেও এই ব্যপারটির কথা উল্লেখ করেন। Mpemba তার পর্যবেক্ষণের উপর ভিত্তি করে ১৯৬৯ সালে একটি গবেষণাপত্র প্রকাশ করেন। Mpemba effect নিয়ে বেশ কিছু থিওরি প্রচলিত ছিল। যেমন- (১)গরম পানি দ্রুত বাষ্পে পরিণত হয়ে আয়তনে কমে গিয়ে জমে যায়;(২) ঠাণ্ডা পানির উপর বরফ কণা জমে গিয়ে একে বাইরের পরিবেশ থেকে কিছুটা বিচ্ছিন্ন করে ফেলে; (৩) পানিকে গরম করার সময় আশ-পাশের বাতাসের কিছু অংশের কার্বন-ডাইঅক্সাইড দূরে সরে যায়। যাই হোক, সব সময় কিন্তু একই ঘটনা ঘটে না। অনেক সময় উলটো ঘটনাও ঘটে অর্থাৎ ঠাণ্ডা পানি গরম পানির তুলনায় দ্রুত জমে যায়! কেন স্বাভাবিকভাবে গরম পানি ঠাণ্ডা পানির তুলনায় দ্রুত জমে যায় সেটি নিয়ে এতদিন পর্যন্ত কেউ গবেষণা করেন নি। সিঙ্গাপুরের Nanyang Technological University –র একদল পদার্থবিজ্ঞানী জি ঝেং এর নেতৃত্ব এই বিষয়টি নিয়ে পরীক্ষা শুরু করেন। তারা দেখেন, Mpemba effect এর মূল কারণ হচ্ছে পানির রাসায়নিক বন্ধন। পানির একটি অণুতে একটি অক্সিজেন পরমাণু দুটি হাইড্রোজেন পরমাণুর সাথে সমযোজী বন্ধনে আবদ্ধ থাকে। আবার পানির অণুগুলো নিজেদের মাঝে আবার দুর্বল হাইড্রোজেন বন্ধনে আবদ্ধ থাকে। গবেষক দলটির মতে Mpemba effect এর মূল কারণ হচ্ছে হচ্ছে পানিতে থাকা এই বিভিন্ন ধরণের রাসায়নিক বন্ধনগুলো। তারা বলেন, যখন পানির অণুগুলোকে পরস্পরের খুব কাছে নিয়ে আসা হয় তখন পানির অণুগুলোর মাঝে প্রাকৃতিকভাবে একধরণের বিকর্ষণ তৈরি হয়। এর ফলে পানির অণুগুলোর পরমাণুগুলোর মাঝে থাকা সমযোজী বন্ধনগুলো কিছুটা টানটান হয়ে যায় ও শক্তি সঞ্চয় করে। যখন তরল পানিকে গরম করা হয় তখন পানির হাইড্রোজেন বন্ধনগুলো আরো বেশি ছড়িয়ে যেতে থাকে, পানির ঘনত্ব কমতে থাকে ও পানির অণুগুলো পৃথক হয়ে ছড়িয়ে পড়তে শুরু করে। পানির অণুগুলোর হাইড্রোজেন বন্ধন টান টান হয়ে যাওয়ায় পানির পরমাণুতে থাকা সমযোজী বন্ধনগুলো কিছুটা শিথিল ও সংকুচিত হয়ে যেতে শুরু করে। এর ফলে এদের মাঝে সঞ্চিত হওয়া শক্তি নির্গত হতে শুরু করে। আর শক্তি নির্গত হওয়ার এই প্রক্রিয়াটি আর পদার্থের শীতল হওয়ার প্রক্রিয়াটি মূলত একই। এর ফলে তাত্ত্বিকভাবে এতদিন প্রচলিত ধারণা “ ঠাণ্ডা পানির তুলনায় গরম পানি দ্রুত শীতল হয়”- প্রমাণিত হয়। গবেষকরা গাণিতিকভাবে দেখান যে, পানিতে থাকা সমযোজী বন্ধনের শিথিল হয়ে যাওয়ার বিষয়টি ঠাণ্ডা পানির চেয়ে গরম পানির ক্ষেত্রে কম সময়ে ঘটে, যেকারণে ঠাণ্ডা পানির তুলনায় গরম পানি দ্রুত জমে যায়।