Wetenschappers bevriezen water door hitte

Stelt u zich eens voor dat water bevriest terwijl het opwarmt. Dat zijn de bizarre trucs waartoe water volgens wetenschappers in staat is.

Volk wordt aangenomen dat water bevriest bij 32 graden Fahrenheit (0 graden Celsius). Verrassend genoeg, als water in een gladde fles ligt en vrij is van stof, kan het vloeibaar blijven tot min 40 graden F (min 40 graden C) in wat “supergekoelde” vorm wordt genoemd. Het stof en de ruwe oppervlakken waarmee water in de natuur normaal in contact komt, kunnen dienen als de korrels waaromheen zich ijskristallen vormen.

Nu hebben onderzoeker Igor Lubomirsky van het Weizmann Institute of Science in Rehovot, Israël, en zijn collega’s een andere manier ontdekt om het vriespunt van water te regelen – via wat men quasi-amorfe pyro-elektrische dunne films noemt. Deze oppervlakken veranderen hun elektrische lading afhankelijk van hun temperatuur.

Wanneer pyro-elektrische oppervlakken positief geladen zijn, wordt water gemakkelijker te bevriezen, en wanneer ze een negatieve lading hebben, wordt het moeilijker te bevriezen.

De onderzoekers zagen dat onderkoeld water kan bevriezen terwijl het wordt verwarmd, zolang de temperatuur ook de oppervlaktelading verandert. Bijvoorbeeld, wanneer onderkoeld water zich op een negatief geladen lithium tantalaat oppervlak bevindt, zal het onmiddellijk vastvriezen wanneer het oppervlak wordt verwarmd tot 17,6 graden F (min 8 graden C) en de lading verandert in positief.

Vreemd genoeg inspireren positief geladen oppervlakken onderkoeld water om van onder naar boven te bevriezen, terwijl negatief geladen oppervlakken ervoor zorgen dat het van boven naar beneden bevriest. Dit heeft waarschijnlijk te maken met hoe de watermolecules zich oriënteren – de negatief geladen zuurstofatomen in watermolecules wijzen natuurlijk naar positief geladen oppervlakten, terwijl het omgekeerde waar is met waterstofatomen.

“Het verschil tussen de positieve en negatieve lading was onverwacht,” bovengenoemde Lubomirsky.

Het vermogen om de vriestemperatuur van onderkoeld water beter te beheersen zou van cruciaal belang kunnen zijn voor een verscheidenheid aan toepassingen, waaronder de overleving van koudbloedige dieren, het cryo-preserveren van cellen en weefsels, de bescherming van gewassen tegen bevriezing, en het vermogen om wolkenvorming te begrijpen en in gang te zetten.

De wetenschappers zetten hun bevindingen uiteen in de uitgave van 5 februari van het tijdschrift Science.

• De populairste mythes in de wetenschap
• Vriest heet water sneller dan koud water?
• Top 10 Grootste Mysteries in de Wetenschap