17 feb. 1999
1 minuut
De buitenste laag van ijs gedraagt zich als vloeibaar water, zelfs bij een temperatuur van dertig graden onder nul. Dat hebben natuurkundigen van onderzoeksinstituut Amolf laten zien met een moderne oppervlaktegevoelige meettechniek. Wel wordt het laagje water steeds dunner bij lagere temperaturen. Ze rapporteren in het tijdschrift Angewandte Chemie.
Waarom kun je wel schaatsen op ijs en niet op bijvoorbeeld beton of glas? Doordat het buitenste laagje ijsmeer lijkt op een vloeistof dan op een vaste stof. Wilbert Smit en Huib Bakker laten voor het eerst met experimenten zien dat het oppervlak van ijs dezelfde eigenschappen heeft als vloeibaar water, zelfs bij dertig graden onder nul. Dit verklaart ook waarom twee ijsblokjes in de vriezer aan elkaar vast kunnen vriezen, terwijl dat met twee blokjes hout niet gebeurt.
Gevoelige techniek
De onderzoekers bestudeerden de sterkte van de bindingen tussen watermoleculen in de toplaag van ijs. Omdat het oppervlak heel dun is, gebruikten ze hiervoor een gevoelige techniek die het gedrag van alleen de buitenste, moleculaire lagen van het oppervlak zichtbaar kan maken. Dat was in eerder onderzoek naar het oppervlak van ijs vaak nog een probleem, omdat de meetapparatuur geen onderscheid maakte tussen de toplaag en de rest van het ijs.
Smit en Bakker vonden dat de vloeibare buitenlaag steeds dunner wordt naarmate de temperatuur zakt: van vier moleculaire lagen bij -3, tot twee moleculaire lagen bij -30° Celsius. Als je het ijs nog verder afkoelt, is uiteindelijk ook de buitenste laag helemaal vastgevroren. Schaatsen gaat bij dergelijke temperaturendan ook een stuk moeizamer.
Somfrequentiegeneratie spectroscopie
De onderzoekers gebruikten somfrequentiegeneratie spectroscopie. Deze techniek maakt het mogelijk om heel specifiek het gedrag van het oppervlak te registreren, zonder informatie door te geven over het gebied daaronder. Als je het oppervlak met twee intense lichtbundels van heel snelle (femtoseconde) lasers beschijnt, gaan de twee lichtbundels onder de juiste omstandigheden een interactie aan met alleen de moleculen aan het oppervlak. Hierdoor ontstaat een lichtbundel met een nieuwe kleur. De kleur en intensiteit van de nieuwe bundel bevatten gedetailleerde informatie over de moleculaire structuur van het oppervlak.
Anderen lazen ook
