Eendimensionaal elektrisch ijs geproduceerd

Share Button

Water is één van de merkwaardigste substanties in het universum. Onderzoekers zijn er nu zelfs in geslaagd om ferroelektrisch ijs te produceren: ijs waarin watermoleculen zo zijn gericht dat ze een sterk elektrisch veld opwekken. Het ijs bestaat op dit moment nog in één dimensie: een rijtje watermoleculen achter elkaar.

Positieve en negatieve kant aan water
Watermoleculen bestaan uit een zuurstofatoom en twee waterstofatomen. De twee waterstofatomen zitten aan één kant (om precies te zijn: ze maken een hoek van 104,45 graden met elkaar, zoals u ongetwijfeld wilde weten), het zuurstofatoom aan de andere kant.

Een watermolecuul. Het (hier roodgekleurde) zuurstofatoom trekt de elektronen naar zich toe dus is negatief geladen, de witte waterstofatomen juist positief.

Een watermolecuul. Het (hier roodgekleurde) zuurstofatoom trekt de elektronen naar zich toe dus is negatief geladen, de witte waterstofatomen juist positief.

Omdat zuurstof veel harder aan elektronen trekt dan waterstof, krijgt de zuurstofkant een negatieve lading en de waterstofkant juist een positieve lading. Dit is trouwens ook de reden dat een zo licht molecuul als water bij kamertemperatuur een vloeistof is: de positieve waterstofkant en negatieve zuurstofkant van verschillende moleculen trekken elkaar sterk aan, zodat water niet zo snel verdampt.

Watermagie
Het waterijs zoals je dat in het dagelijks leven aantreft, vormt een soort kooien van waterstofmoleculen waarbij de positieve en negatieve ladingen elkaar precies uitbalanceren. Daarom is water elektrisch ook neutraal. Water in zeer dunne kanaaltjes op nanoschaal gedraagt zich echter totaal anders. De reden bijvoorbeeld dat reuzensequoia’s er in slagen om via hun capillaire haarvaten zonder ook maar één spier of pomp, water uit de bodem meer dan honderd meter hoog te transporteren. De onderzoekers Xia Zhao, Xiang-Jian Kong en La-Sheng Long van de Xiamen Universiteit zijn er in geslaagd water in een nanobuisje zo te bevriezen dat waterstof en zuurstof netjes op één rij liggen: ijs-XI. Bij vier graden vond de bevriezing plaats en vormde zich één dimensionaal, ferroelektrisch ijs. Hierbij liggen de watermoleculen allen precies in dezelfde richting.

Elektrisch ijsgeheugen
Door het elektrische veld om te draaien, tuimelen de watermoleculen om. Ze “onthouden” als het ware het veld en nemen het over, ongeveer zoals een stuk weekijzer het magnetische veld van een magneet die je er bij in de buurt houdt, overneemt: ze zijn ferro-elektrisch. Op Antarctica komt deze ijsvorm voor. Volgens sommige theorieën bevinden natuurlijke ferroelektrische ijsvormen zich ook op verre ijsrijke werelden als Uranus, Neptunus en Pluto. Het zou ongeveer honderdduizend jaar duren om driedimensionale vormen van ferroelektrisch ijs op te wekken. In het bestaan van een planeet een oogwenk, maar ver buiten de tijdsschaal van menselijke onderzoekers. Naast een eerste blik op deze bizarre en exotische ijsvorm, kunnen hiermee natuurlijk ook elektrische onderdelen en geheugens worden gebouwd.

Wie weet maken buitenaardse wezens die in een zeer koude omgeving leven wel gebruik van dit effect om ijscomputers en ijsradio’s te bouwen…

Bron: Physorg.com, PNAS

Share Button

Germen

Hoofdredacteur en analist (Visionair.nl) Expertise: biologische productiesystemen (master), natuurkunde (gedeeltelijek bachelor), informatica

Dit vind je misschien ook interessant:

3 reacties

  1. Barry schreef:

    Ik begrijp niet waarom dit ijs geproduceerd moet worden als de kans groot is dat het op de maan Europa veel voorkomt. Ik weet het, er staat in het artikel Uranus, Neptunus en Pluto. het lijkt mij veel waarschijnlijker dat het op Europa voorkomt.

  2. Erik schreef:

    Water is een bijzondere stof. Het heeft geheugen voor stoffen die erin opgelost zijn geweest. Het is beinvloedbaar door klanken en neemt daardoor verschillende kristalvormen aan als het bevriest. Het krijgt een gezondere toestand voor de mens als het vrij stroomt in beken inplaats van in leidingen, en nu deze ontdekking.
    Er is meer met water (of de waterstof erin) aan de hand dan dat het gewoon een stof is.

  3. Benno schreef:

    Verandert de hoek die de H atomen maken met het O atoom als water bevriest?

Geef een reactie

Advertisment ad adsense adlogger