Je leest:

Heet ijsblokje

Heet ijsblokje

Auteur: | 27 september 2004

Marie Plazanet houdt een gasvlam onder een bakje vloeistof, en de inhoud bevriest. Geen magie, maar goudeerlijke wetenschap.

Marie Plazanet en haar collega’s van de Joseph Fourier-universiteit en het Institut Laue-Langevin kunnen een vloeistof laten stollen door hem op te warmen. De Franse wetenschappers zeggen dat hun vloeistofmengsel tussen de 45 en 75oC spontaan waterstofbruggen begint te vormen. Dat zijn aantrekkende krachten tussen licht positief en negatief geladen onderdelen van verschillende moleculen. De moleculen kunnen daardoor niet meer vrij bewegen en vormen een vaste stof. Plazanet en haar mede-onderzoekers publiceerden op 15 september over hun onderzoek in het Journal of Chemical Physics.

bron: http://www.ua.com.ua

Plazanet’s wondervloeistof is water met daarin twee organische verbindingen: alpha-cyclodextrine (aCD) en 4-methylpyridine (4MP). De twee moleculen bestaan uit een ring van koolstofatomen met kleine zijtakjes. De zijtakken bevatten veel waterstofatomen, die in moleculen vaak een kleine positieve lading hebben. Andere atomen trekken namelijk iets harder dan waterstof aan de negatief geladen elektronen in het molecuul. Daardoor verschuift een deel van de elektronenmassa naar die andere atomen. De waterstofatomen blijven positief geladen achter en kunnen nu negatieve delen van andere moleculen aantrekken; scheikundigen noemen zo’n aantrekking een waterstofbrug.

Alle moleculen in Plazanet’s vloeistof kunnen onderling waterstofbruggen vormen. De watermoleculen onderling trekken elkaar al bij kamertemperatuur aan, maar aCD doet dan nog niet mee. De vloeistofmoleculen schakelen pas met zijn allen aan elkaar boven 45oC. Waarom?

De twee organische moleculen alpha-cyclodextrine (aCD, buitenste molecuul) en 4-methylpyridine (4MP, binnenste molecuul). Het waterstof in de OH-groepen (hydroxyl) is positief geladen, net als dat in de CH3-groep van 4MP.

Het antwoord op het raadsel zit hem in aCD, de grootste van de drie moleculen. De positief geladen delen van aCD zijn het waterstof in zijn hydroxylgroepen (OH). Het molecuul heeft twee verschijningsvormen. Bij kamertemperatuur zitten de hydroxylgroepen aan de binnenkant van de ring; daar kunnen ze geen andere moleculen aantrekken. Als de temperatuur stijgt begint aCD te wringen; de toegevoerde energie zorgt voor duw- en trekkrachten in het molecuul.

Boven 45oC is het voor aCD voordelig om binnenste buiten te draaien. In die nieuwe vorm is de interne spanning lager. De hydroxylen komen daardoor aan de buitenkant van de ring te hangen.

Daar aangekomen leggen de OH-groepen elektrische verbindingen met omringende water- en 4MP-moleculen in de vloeistof. De moleculen schakelen aan elkaar en vormen een heel netwerk. De doorzichtige vloeistof ‘bevriest’ en wordt een melkwitte vaste stof. Omdat aCD bij afkoelen weer terugklapt in zijn oude stand, smelt Plazanet’s materiaal weer als het kouder wordt dan 45oC.

De klassieke waterstofbrug. In water (H2O) delen de drie atomen hun elektronen, maar zuurstof (O) trekt iets harder aan die elektronen dan de waterstofatomen. Het zuurstof raakt daardoor licht negatief geladen, het waterstof positief. Waterstof uit het ene molecuul kan nu zuurstof uit een ander molecuul aantrekken.

Dit artikel is een publicatie van NEMO Kennislink.
© NEMO Kennislink, sommige rechten voorbehouden
Dit artikel publiceerde NEMO Kennislink op 27 september 2004

Discussieer mee

0

Vragen, opmerkingen of bijdragen over dit artikel of het onderwerp? Neem deel aan de discussie.

NEMO Kennislink nieuwsbrief
Ontvang elke week onze nieuwsbrief met het laatste nieuws uit de wetenschap.