Hiện tượng nước nóng đóng băng nhanh hơn nước lạnh còn được gọi là "Hiệu ứng Mpemba", đặt theo tên một học sinh người Tanzania. Sau khi tham dự các lớp học nấu ăn, nam sinh Erasto Mpemba đã phát hiện hỗn hợp kem nóng sẽ đông nhanh hơn hỗn hợp kem lạnh và đặt câu hỏi này cho các giáo sư tới thăm trường của cậu vào năm 1968.
Tuy nhiên, rất lâu trước khi Mpemba ra đời, các triết gia vĩ đại trong lịch sử như Aristotle và Descartes cũng từng đề cập tới hiện tượng nước đóng băng kỳ lạ như trên. Trên Internet cũng có nhiều video, hình ảnh nước nóng còn đang bốc hơi, lập tức đóng băng khi hắt ra ngoài không khí ở nhiệt độ âm.
Các nhà nghiên cứu đã cố gắng giải thích "Hiệu ứng Mpemba" bằng nhiều giả thuyết khác nhau, kể cả quan điểm cho rằng cốc đựng ấm khiến việc tiếp xúc nhiệt với tủ lạnh tốt hơn, giúp truyền nhiệt nhanh hơn; hay nước ấm bay hơi nhanh hơn, giúp làm mát nước và khiến quá trình đóng băng diễn ra mau lẹ hơn; nước lạnh sẽ nhanh tạo màng băng trên bề mặt, làm ngăn cản quá trình truyền nhiệt, hay chính tạp chất trong nước gây ra hiệu ứng đó... Dẫu vậy, không giả thuyết nào được đa số giới khoa học chấp nhận.
Trong một nghiên cứu mới, nhóm các nhà khoa học đến từ Đại học Kỹ thuật Nanyang (Singapore) tuyên bố, "Hiệu ứng Mpemba" do những đặc tính độc nhất vô nhị của các liên kết phân tử của nước gây ra.
Một phân tử nước được hình thành từ các liên kết cộng hóa trị giữa một nguyên tử oxy với hai nguyên tử hyđro. Tuy nhiên, khi một nguyên tử hyđro của một phân tử nước trôi dạt tới gần nguyên tử oxy trong một phân tử nước khác, chúng kết nối với nhau, tạo thành một liên kết hyđro.
Các liên kết hyđro kéo các phân tử nước lại gần nhau hơn, làm khởi phát lực đẩy tự nhiên giữa chúng, khiến các liên kết cộng hóa trị oxy - hyđro bị kéo căng cũng như dự trữ năng lượng. Vì vậy, khi chất lỏng ấm nóng, nó khiến các phân tử nước ở cách xa nhau hơn do các liên kết hyđro bị kéo giãn.
Khi các phân tử nước co rút trở lại và tỏa năng lượng, dẫn đến tình trạng làm mát, đồng nghĩa với việc nước nóng đóng băng nhanh hơn nước lạnh, giúp lí giải "Hiệu ứng Mpemba".
Để chứng minh giả thuyết của mình, nhóm nghiên cứu do tiến sĩ Xi Zhang đứng đầu đã tính toán được mức độ tăng làm lạnh, bắt nguồn từ hoạt động phân tử và tiến hành các thí nghiệm cho thấy, đây là thủ phạm gây ra các khác biệt về đóng băng giữa nước nóng và nước lạnh đã quan sát được. Tuy nhiên đến nay, việc giải thích "Hiệu ứng Mpemba" vẫn còn nhiều tranh cãi và chưa thống nhất.
Câu 2: Khi trộn hai cốc nước nóng và nước lạnh với nhau, không tính đến chuyển động đối lưu do chênh lệch nhiệt độ, thì phần nước lạnh có xu hướng: