Schaatseffect: ijs smelt bij -150 graden
Het feit dat ijs wegglijdt en afglijdt, komt zo vaak voor dat mensen vaak vergeten hoe vreemd deze eigenschap is: harde materialen creëren meestal weerstand als ze tegen elkaar worden gewreven. Deskundigen vragen zich al tientallen jaren af waarom bevroren water zich anders gedraagt. Zoals we nu weten, vormen ze zelfs bij verrassend lage temperaturen een dunne oppervlaktelaag die lijkt op een smeltfront. Dit vermindert de wrijving aanzienlijk. Maar hoe de laag er precies uitziet, is niet bekend. Een team onder leiding van Ying Jiang van de Universiteit van Peking heeft nu een atoomkrachtmicroscoop gebruikt om met atomaire precisie te analyseren wat daar gebeurt. Zoals gerapporteerd door het team in het tijdschrift “Nature”., bestaat de buitenste dubbele laag van wateratomen uit gebieden van nanometerformaat met verschillende kristalstructuren. Boven ongeveer min 150°C vormen zich wanordelijke gebieden aan de grenzen tussen deze kristallijne gebieden, die groter worden naarmate de temperatuur stijgt. Deze vloeistofachtige gebieden zijn de vereiste smeltvoorlopers.
Oorspronkelijk werd algemeen aangenomen dat het schaatseffect – soepel glijden, zelfs op koud ijs – feitelijk werd veroorzaakt door een dun laagje smeltwater. De achtergrond is een andere anomalie van water: als het bevriest, zet het uit. Daarom smelt het als je er druk op uitoefent, bijvoorbeeld tijdens het schaatsen. Uit berekeningen blijkt echter dat dit het effect niet kan verklaren. De benodigde drukken zijn zo groot dat het mechanisme alleen rond het vriespunt kan werken. Het effect treedt echter ook op bij koud ijs. Toen bleek uit verder onderzoek Tot ver onder het vriespunt vormt zich een semi-vloeibare oppervlaktelaag. Hun oorsprong bleef echter onduidelijk.
In feite is het helemaal niet verrassend dat het oppervlak eenvoudigweg niet overeenkomt met de kristallijne structuur van ijs in vaste toestand. Ongebruikte bindingsplaatsen en geladen groepen interageren met elkaar op een zodanige manier dat de atomaire rangschikking verandert. Maar wat daar gebeurt, is moeilijk te meten. Scanning-tunnelmicroscopen, die oppervlakken met atomaire resolutie kunnen analyseren, hebben geleidende oppervlakken nodig, maar puur ijs isoleert ze. Gewone atoomkrachtmicroscopen daarentegen hebben een sterke wisselwerking met water, waardoor gewenste structuren worden verstoord. Daarom gebruikte het team van Jiang een speciale techniek waarbij het koolmonoxidemolecuul op de punt van het gereedschap een zwakke interactie aangaat met water.
“Analist. Schepper. Zombiefanaat. Fervente reisjunkie. Popcultuurexpert. Alcoholfan.”