Het watermolecuul is uiterst simpel…

Water is een vreemd goedje, terwijl een watermolecuul maar heel petieterig is: een zuurstofatoom met daaraan, een beetje scheef, twee waterstofatomen. Normaal wordt een stof als die wordt afgekoeld steeds ‘zwaarder’ (de dichtheid wordt groter. Bij water gebeurt dat niet. Beneden de 4°C wordt water weer lichter. Dat is maar goed ook, anders werd schaatsen op natuurijs een probleem. Onderzoekers in Zweden hebben nu achterhaald dat dit abnormale gedrag van water doorgaat tot -44°C. Het goedje schijnt tussen twee toestanden te fluctueren, zeggen die geleerden dan. 

Met behulp van röntgenlasers hebben onderzoekers  van de universiteit van Stockholm gezien dat water tussen twee verschillende toestanden, in feite tussen twee verschillende vloeistoffen, heen en weer pendelt als het gekoeld wordt. Dat gaat zo ‘diep’ als -44°C. Water gedraagt zich heel ‘eigenzinnig’. Het spul reageert heel anders dan andere stoffen op druk- en temperatuurveranderingen waar het gaat om zaken als viscositeit, soortelijke warmte en dichtheid.
Water is het zwaarst bij 4°C. In een bevroren sloot zit het water van 4°C op de bodem, het koudere water vlak onder het ijs. Als je, vloeibaar, water nog verder afkoelt ook onder het vriespunt, dan zet het steeds meer uit en zelfs meer naarmate het kouder wordt (maar nog steeds vloeibaar, want niet gekristalliseerd; dat kan met heel zuiver water). Met hele korte pulsjes van een röntgenlaser hebben de onderzoekers onderzoekers bepaald dat dat idiote gedrag doorgaat tot de genoemde -44°C.

Uniek

Water is vrij uniek met zijn gekke gedrag. Als vloeistof kan het zich op twee manieren manifesteren. Water schijnt tussen die toestanden te kunnen wisselen tot die kille -44°C. Die eigenschap zou een verklaring zijn voor het vreemde gedrag van water.
“Wat zo bijzonder is dat we dat met een laserstraal razendsnel konden waarnemen voor het vloeibare water in ijs veranderde”, zegt Anders Nilsson. “Al tientallen jaren bestaan er verschillende theorieën om de opmerkelijke eigenschappen te verklaren en waar die sterker worden als het water afkoelt. Nu hebben we een maximum gevonden. Dat betekent dat er ook een kritisch punt moet bij hogere drukken.”

De onderzoekers ontdekten ook dat de ongewone eigenschappen verschillen tussen gewoon en zwaar water (water met zwaardere waterstofisotopen als deuterium en tritium). Gewoon water gedraagt zich vreemder dan de zware variant. “De verschillen tussen H_2O en D₂O tonen het belang aan van kwantumeffecten van de (waterstof)kern”, zegt medeonderzoeker Kyung Hwan Kim, eveneens werkzaam in Stockholm.
De onderzoekers vinden het opmerkelijk dat er nog steeds nieuwe dingen worden ontdekt rond een veelbestudeerde stof als water.
Volgens Nilsson is nu wel vastgesteld dat water een kritisch punt heeft in supergekoeld water. “De volgende stap is dat punt te vinden in termen van druk en temperatuur.” Een grote uitdaging voor de komende jaren zegt hij (denk ik) handenwrijvend.

Bron: EurekAlert