Niks meer missen?
Schrijf je in voor onze nieuwsbrief!
Foto: Robert Scoble (cc, via Flickr)
wetenschap

Hierdoor kunnen we schaatsen op ijs

Steffi Weber,
24 november 2016 - 11:06

Net op tijd voor het schaatsseizoen ontdekte promovendus Wilbert Smit hoe het oppervlak van ijs eruit ziet. Hij promoveert vandaag op een onderzoek waaruit blijkt dat de bovenste molecuullagen van ijs niet bevroren zijn, maar dezelfde eigenschappen hebben als water.

‘Watermoleculen aan de buitenkant van ijs voelen zich ongelukkig en herschikken zich om verbindingen met hun soortgenootjes te maken’

Op microscopisch niveau lijkt het oppervlak van vaste stoffen vaak op schuurpapier, maar bij ijs zit dat anders. Dat was al langer bekend, maar hoe dat komt, was tot nu toe een raadsel. Om erachter te komen hoe het oppervlak van ijs nou precies in elkaar zit, vuurde Smit laserstralen af op ijsklontjes en bracht hij de trillingen van de moleculen aan het oppervlak in kaart. Aan de hand van de trillingen ontdekte hij dat het oppervlak van ijs bedekt is met een laagje vloeibaar water. Dat is zelfs het geval bij minus dertig graden Celsius.

 

‘Dat komt doordat watermoleculen het liefst omgeven zijn door andere watermoleculen,’ zegt Smit. De watermoleculen in het binnenste van ijs vormen een regelmatige kristalstructuur. Smit: ‘De moleculen aan de buitenkant, die aan één kant de lucht raken, voelen zich daarin ongelukkig en herschikken zich om gunstigere verbindingen met hun soortgenootjes te maken. Door deze herschikking ontstaat er een waterlaagje aan het oppervlak van ijs.’

 

Smit deed zijn onderzoek bij het onderzoeksinstituut Amolf op het Science Park, waar de focus ligt op fundamenteel onderzoek. Maar hij ziet ook mogelijkheden om zijn ontdekking in de praktijk toe te passen. ‘IJs is enerzijds glad, maar aan de andere kant hebben we in de winter veel moeite om het van de autoruit te krijgen. Nu we de eigenschappen van het oppervlak van ijs kennen, zou het interessant zijn om te kijken hoe we glas zodanig zouden kunnen bewerken, dat we straks wat minder hoeven te krabben.’

Foto: Mark Knight
Wilbert Smit promoveert vandaag op zijn onderzoek naar ijs.

Jaap Edenbaan

Smit hield zich als enige van zijn onderzoeksgroep niet bezig met vloeibaar water, maar met ijs en genoot naar eigen zeggen ontzettend veel vrijheden. ‘Bijna alles was mogelijk! Alle koelinstallaties werden bijvoorbeeld speciaal voor mijn onderzoek ontworpen en gebouwd,’ vertelt hij. Dat was echter niet het ingewikkeldste deel van zijn onderzoek. ‘Ik had helemaal perfect, glashelder ijs nodig, dat moest ik zelf maken,’ vertelt hij. Normaal gesproken is ijs troebel, omdat water tijdens het koelen ook onder nul graden nog even vloeibaar blijft tot het plotsklaps helemaal bevriest. De moleculen hebben dan niet genoeg tijd om zich netjes te rangschikken waardoor het ijs niet helemaal helder is.

 

Smit moest het ijs dus op een andere manier laten groeien. ‘Daarvoor hing ik een klein stukje ijs dat al perfect was in een pan met water en verlaagde ik heel geleidelijk de temperatuur. De watermoleculen groeien dan langzaam vast aan het ijs en zo ontstaat er een klontje dat uit één enkel ijskristal bestaat.’ Dat klinkt makkelijker dan het is, meent Smit. ‘Het ging heel vaak mis en soms zag ik het echt even niet meer zitten.’ In dat soort gevallen pakte hij zijn schaatsen en ging hij zijn hoofd leegmaken op de Jaap Edenbaan, op een steenworp afstand van het Amolf. ‘Om mijn onderzoeksobject ook buiten mijn lab te beleven, ben ik namelijk begonnen met schaatsen. Daar ga ik ook na mijn verdediging zeker mee door.’

Lees meer over