Erasto Bartholomeo Mpemba ismini muhtemelen hiç duymamışsınızdır. Kendisi günümüzde Tanzanya Tabii Kaynaklar Bakanlığı’ndan emekli olmuş bir memur.  Bizimle ilgisi ise çocukluğunda fark ettiği bir fenomen.

Isıtma soğutma ve havalandırma endüstrisinde çalışan kişiler olarak sürekli akışkanların hareketleri ve davranışları ile ilgili çalışıyor ve bilfiil günlük hayatta bunları kullanıyoruz. Özellikle su ve hava en sık kullandığımız ve çok uzun yıllardır üzerinde araştırmalar yapılan maddeler olmasına rağmen günümüzde bile bu iki akışkanla ilgili yeni bir olgu ve kavramla karşılaşabiliyoruz. İşte bunlardan biri olan Mpemba etkisini bu ayki yazımızda inceleyeceğiz.

Gelelim Mpemba’nın fark ettiği fenomene: “sıcak su soğuk sudan daha hızlı donar” şeklinde açıklanan ve kulağa tuhaf gelen bu olgu ilk kez M.Ö. 4. yy’de Aristo tarafından fark edilmiş. Aristo’nun eserlerinde eski Yunanların suyun soğutulmasını hızlandırmak için suyu önce güneş altında bırakarak ısınmasını sağladıklarını anlatır. 17. yüzyılda Francis Bacon ve Descartes’ın da benzer gözlemler yaptıkları bilinmektedir. Ayrıca 18. yüzyıldan bugüne Mpemba etkisi Hindistan’da dondurma ve buzlu içecek üretiminde kullanılıyor.

Her ne kadar birçok bilim insanı tarafından bilinen ve gözlemlenen bir olgu olmasına rağmen günümüzde hala tam olarak açıklanamayan bu fenomen 1960’lı yıllarda Tanzanyalı bir ortaokul öğrencisi olan Erasto Mpemba tarafından tekrar fark edilerek üzerinde çalışılmış ve sonuçları yayımlanmıştır.

1950 doğumlu olan Erasto Mpemba, ortaokul 3. Sınıf öğrencisi olduğu 1963 yılında okulda belli zamanlarda diğer öğrencilerle birlikte kaynayan sütün içine şeker katarak dondurma yapmaktadır. Kaynayan süt ve şeker karışımını oda sıcaklığına kadar bekletip daha sonra donması için buzdolabının dondurucu kısmına koyarak dondurmalarını hazırlarlar. Yine bir gün dondurma yaptıkları bir sırada Erasto diğer arkadaşlarından geri kalır ve buzlukta kalan son boşluğa henüz oda sıcaklığına soğumayan şekerli sütünü koyar. Yaklaşık 1,5 saat sonra arkadaşları ile birlikte buzluğu açtıklarında arkadaşlarının dondurmalarının yarı donuk olduğunu, fakat kendi dondurmasının tamamen donduğunu görür. Erasto bu duruma şaşırır ve fizik öğretmenine durumu anlatarak nedenini sorar. Öğretmeni Erasto’nun yanıldığını söyler ve konu aslında burada kapanır.

Erasto yaz tatilinde dondurmacılık yapan bir arkadaşını ziyaretinde onun da sütü kaynar bir şekilde buzluğa koyduğunu görür ve okuldaki olay aklına tekrar gelir. Liseye başladığında fizik dersinde Newton’un soğuma kanunu anlatılırken öğretmenine neden sıcak sütün daha çabuk donduğunu sorar. Fizik öğretmeni bunun mümkün olmadığını söyler ve ikili konuyu derste tartışırlar. Ardından öğretmeni arkadaşları ile bir dizi deney yapmalarına izin verir ve sıcak sütün soğuk sütten daha çabuk donduğunu tespit ederler.

Birkaç yıl sonra okula konuşma yapmaya gelen Dar Es Selaam Üniversitesi fizik bölümü hocalarından Dr. Denis G. Osborne’a da Erasto aynı soruyu sorar. Osborne, Mpemba’nın yanıldığını söylese de ısrarına dayanamaz ve üniversitede deney yapmayı kabul eder.

Bu sefer deneyleri su ile yaparlar ve suyun başlangıçtaki sıcaklığı ile donmaya başladığı süre arasındaki ilişkiyi incelerler. Daha yüksek sıcaklıktaki suyun daha çabuk donmaya başladığı sonucuna ulaşırlar. Dr. Osborne sonuçlarının doğru olmadığını düşünmektedir ancak tekrarlanan her deney Mpemba’yı haklı çıkarmaktadır. Nihayetinde elde edilen sonuçlar 1969 yılında “Cool?”  adlı makalede

toplanarak Mpemba ve Osborne’nun imzasıyla Physics Education adlı dergide yayımlanır. Bu makalenin ardından fenomen Mpemba etkisi olarak anılmaya başlanır.

Mpemba ve Osborne’nun makalesinde verilen suyun ilk sıcaklığına bağlı olarak donma süresi grafiği

Mpemba etkisini sadece buzdolabına koyulan suda değil soğuk kış günlerinde de fark edebiliriz. Örnek olarak sıcak su borularının soğuk su borularından daha çabuk donduğu gözlemlenebilir. Ayrıca aşırı soğuk bir günde havaya püskürtülen kaynar suyun yere düşene kadar donarak küçük kar taneciklerine dönüştüğü birçok video ile gösterilmektedir. Bunlardan bir tanesini (https://www.youtube.com/watch?v=uYBqZlWEOBc&t=13s) adresinden görebilirsiniz.

Günümüze kadar bu etki ile ilgili birçok araştırma yapılmış ancak nedeni henüz tam olarak açıklanamamıştır. Mpemba etkisi sadece suda gözlemlenmektedir ve bazı araştırmacılar olayı, suyu oluşturan oksijen ve hidrojen atomları arasındaki bağların yapısından dolayı kimyasal nedenlerle açıklamaya çalışırken bazı araştırmacılar fiziksel nedenlerin (sıcak su 0°C’de donarken, daha soğuk olan su donmadan önce aşırı soğumaya uğradıysa 0°C’nin altındaki bir sıcaklıkta donabilir.)  sorumlu olabileceğini belirtmektedirler.

Süleyman Kavas – suleymankavas@untes.com.tr – ÜNTES Pazarlama ve İş Geliştirme Müdürü