Stoffen als water kunnen twee vloeibare fasen hebben

Voor reportages die betrekking hebben op wetenschappelijke zaken.
Plaats reactie
Gebruikersavatar
univers
Observer
Berichten: 33354
Lid geworden op: 27 jan 2013, 11:10

Stoffen als water kunnen twee vloeibare fasen hebben

Bericht door univers » 07 aug 2014, 06:17

Natuurkundigen van de Universiteit Utrecht en Italiaanse collega’s hebben een model bedacht voor water en vergelijkbare moleculen, waarmee hun ‘tegennatuurlijke’ gedrag bestudeerd kan worden. Hiermee beslechten ze een langlopende discussie over de vraag of dergelijke stoffen twee vloeibare fasen kunnen hebben. Ja, die kunnen ze hebben én dat moet met een experimenteel model te bewijzen zijn. De bevindingen van de onderzoekers worden gepubliceerd in Nature Physics van 27 juli.

‘Het belang van ons model is dat het inzicht geeft in de algemeen geldende natuurkundige principes die het tegennatuurlijke gedrag van voor ons belangrijke stoffen als water, silica en silicium kunnen verklaren’, licht dr. Laura Filion van de Universiteit Utrecht toe. Water zet bijvoorbeeld weer uit als je het afkoelt tot onder 4 °C, terwijl ‘normale’ stoffen bij lagere temperaturen alleen maar krimpen.

Twee toestanden van vloeibaar water?
Extreem schoon water, zonder een enkel stofdeeltje, blijft bij ‘superkoelen’ zelfs tientallen graden onder nul vloeibaar. In 1992 suggereerde de Amerikaanse natuurkundige Gene Stanley dat dit supergekoelde water in twee toestanden kan voorkomen. Bij normale druk bestaat de normale, ‘lichte’ variant, maar bij een bepaalde, zeer hoge druk ontstaat een unieke ‘zware’ variant. Nog steeds vloeibaar water, alleen met een veel hogere dichtheid omdat de moleculen dichter op elkaar komen te zitten.

Afbeelding

DNA-strengen
Tot nu toe is het echter niet gelukt deze toestanden experimenteel aan te tonen en ook theoretische modellen geven geen uitsluitsel. Dr. Laura Filion van de Universiteit Utrecht en haar collega’s uit Rome, zochten daarom naar een eenvoudig computermodel voor water dat ook experimenteel uitgevoerd kan worden. Ze lieten zich hierbij inspireren door recente experimenten met DNA-strengen.

Overgang van ‘licht’ naar ‘zwaar’ moet voorkomen
Uit hun model blijkt dat zo’n overgang van een ‘lichte’ vloeistof naar een ‘zware’ vloeistof algemeen moet voorkomen bij stoffen met de moleculaire structuur van water, als de bindingen tussen de deeltjes maar lang en flexibel genoeg zijn. Ook laat het model keurig andere ‘afwijkende’ gedragingen van water zien, zoals de merkwaardige dichtheidsveranderingen rond het vriespunt.

Nu experimenteel onderzoek mogelijk
Bovenal interessant is dat uit het model blijkt onder welke omstandigheden de lichte en de zware variant van de vloeibare fase stabiel naast elkaar bestaan. ‘Hieruit blijkt dat we het gedrag van stoffen als water echt experimenteel kunnen onderzoeken met een model van bijvoorbeeld DNA-strengen’, aldus Filion. ‘Dat opent deuren naar nieuwe kennis over dit soort voor mensen belangrijke stoffen. Bovendien levert dit inzichten die gebruikt kunnen worden voor de experimentele ontwikkeling van nieuwe materialen.’

Publicatie
Erasing no-man’s land by thermodynamically stabilizing the liquid-liquid transition in tetrahedral particles, Frank Smallenburg, Laura Filion*, Francesco Sciortino, Nature Physics, 27 juli 2014.
* Debye Institute for Nanomaterials Science, Universiteit Utrecht

http://pers.uu.nl/water-twee-vloeibare-fasen/
Een mens is net een open boek, je moet het enkel kunnen lezen.

gouwepeer

Re: Stoffen als water kunnen twee vloeibare fasen hebben

Bericht door gouwepeer » 07 aug 2014, 07:23

Nog een paar leuke weetjes over water:
Zuiver water geleid absoluut geen stroom. Het zijn de stoffen in het water die water geleidend maken.

Water begint te kristalliseren onder de 4 graden C. Dit is de reden dat het dan weer gaat uitzetten en bij 0 graden C bevriest. Het kristalliseren kan worden tegen gegaan en dan is het punt vloeistof naar vaste stof ver onder het vriespunt. De juiste temperatuur hiervoor weet ik niet uit mijn hoofd, dat zal ik nog eens moeten nazoeken.
In wolken kan water ondekoeld worden tot wel -23 graden celsius.
--> Bron <--

Het water op Aarde hebben we te danken aan kometen die destijds op de Aarde zijn ingeslagen. Dankzij het magnetisch veld van de Aarde worden de energetische deeltjes van de zon (zonnenwind) om de Aarde afgebogen zodat de atmosfeer niet word weggeblazen. Dankzij de luchtdruk blijft water vloeibaar tot 100 graden C. Zonder luchtdruk zal water gelijk volledig verdampen. Hoog in de bergen (lagere luchtdruk) heeft water een lagere kookpunt. Onder hoge druk zal water een hogere kookpunt hebben. In een snelkookpan duurt het langer voordat water kookt (kookpunt ligt dan hoger) waardoor je op een hogere temperatuur kan koken.

Plaats reactie