Vorige week kwam het bericht binnen van een nieuwe scheikundedoos. De wat ouderen onder ons kennen dat fenomeen beter dan de rest van ons. Ikzelf heb bijvoorbeeld nog nooit een échte scheikundedoos gezien. Er zouden allemaal spullen in zitten waarmee de mysterieuze wetten van de natuur ontrafeld zouden kunnen worden. Ik stel me iets voor met reageerbuizen, een vergrootglas, een spateltje, een glazen roerstaafje en natuurlijk wat chemicaliën. Mooi zuiver demiwater en wat minder gevaarlijke zouten (wel aan kunnen raken, maar eten is giftig). Dat lijkt mij een mooi begin voor een scheikundedoos.

De scheikundedoos waarvan ik vorig week hoorde, zorgde ervoor dat ik eventjes zachtjes moest huilen. Laten we eerst even naar de productbeschrijving kijken. Een plaatje.

Er staat op de doos: “CHEMISTRY 60 — 60 Fun Activities With No Chemicals”. Er zitten in deze scheikundedoos géén chemicaliën! HALLO! DAT KAN NIET! Natuurlijk is het een leugen, omdat er zeepwater, plastic en spul om kristallen mee te groeien in zitten. Alle stoffen in de wereld zou je ‘chemicaliën’ kunnen noemen. Zelfs water (kan gevaarlijk zijn). Maar afgezien daarvan: ik vind het belachelijk dat er bedrijven zijn die op deze manier wetenschap willen promoten. Het is een leugenachtige en pretentieuze poging om geld te verdienen aan chemofoben.

Via Geekology, The Journal of AYFK en Dominique.

Als de plaat namelijk maar warm genoeg is, verdampt de druppel namelijk een stuk minder snel dan je zou verwachten. Druppels water op een metalen plaat van ruim 200 °C kunnen meer dan een minuut vloeibaar blijven, terwijl ze bij 100 °C binnen hooguit een paar seconde zijn verdampt. Als de plaat maar heet genoeg is, ontstaat er namelijk een kussentje van stoom ónder de waterdruppel. De waterdruppel zweeft boven het oppervlak. Omdat het gaslaagje relatief slecht warmte geleidt, verdampt de waterdruppel nu een stuk langzamer dan wanneer dit gaslaagje er niet was. Dit verschijnsel heet het Leidenfrosteffect.

Het Leidenfrosteffect treedt niet alleen op bij waterdruppels op een hete plaat, maar kan optreden bij elke vloeistof, zolang het oppervlak maar veel warmer is dan het kookpunt van de vloeistof. Het effect treedt bijvoorbeeld ook op wanneer je vloeibare stikstof op een tafel of over de vloer giet. Het oppervlak is dan op kamertemperatuur, maar stikstof kookt al bij -196 °C. Het oppervlak is bezien vanuit de vloeibare stikstof dus in feite gloeiend heet. Dat is ook de reden dat je, zonder bevriezingsverschijnselen te krijgen, een beetje vloeibare stikstof over je hand kunt gieten. Je kunt zelfs je hand kort in een bak met vloeibare stikstof stoppen. Het Leidenfrosteffect beschermt nu je handen tegen de extreme kou van het vloeibare stikstof, doordat er een dun laagje van stikstofgas om je handen ontstaat.

In het onderstaande filmpje van NurdRage wordt het verschijnsel mooi, maar met een enigszins vreemde stem, uitgelegd.

http://www.youtube.com/watch?v=wV7g8L633Sg

Je kunt het Leidenfrosteffect ook thuis zichtbaar maken door een pan op het fornuis heet te maken en er water op te druppelen. Let op: neem hiervoor een pan zonder anti-aanbaklaag, omdat de Teflonlaag bij hoge temperaturen (260 °C) gaat ontleden. Dat is om te beginnen slecht voor de pan, maar er komen ook ontledingsproducten bij vrij die schadelijk / dodelijk kunnen zijn voor parkieten en andere vogels.

Tot slot kun je het Leidenfrosteffect ook gebruiken om je hand in vloeibaar lood van 350 °C te kunnen stoppen zonder je hand te verbranden, door je hand eerst nat te maken. Het water zal dan snel verdampen en een gaslaagje vormen om je hand, zoals de MythBusters laten zien.

Om te laten zien wat voor een enorme kracht dit eigenlijk is, kun je thuis met een leeg frisdrankblikje, water, een tang en een fornuis een leuk experiment doen. Doe het volgende:

• Vul een bak met water. De bak moet diep/groot genoeg zijn om het colablikje in te kunnen zetten. Een gootsteen werkt ook prima.
• Neem een leeg blikje en spoel het goed om. Doe er een bodempje water in.
• Verwarm het blikje met bijvoorbeeld een gasfornuis totdat het water in het blikje goed kookt. Zorg ervoor dat het blikje niet droogkookt.
• Pak het blikje met een tang op en zet het omgekeerd in de bak met water. Schrik niet.

Wat is hier gaande? Wanneer je het water in het blikje kookt, wordt het blikje gevuld met stoom in plaats van lucht. Koel je die stoom af, dan zal het weer condenseren tot water waarbij het volume ruim duizend keer kleiner wordt. Het blikje deukt razendsnel in.

Door het blikje omgekeerd in het water te zetten, zorg je er niet alleen voor dat het condenseren van de stoom enorm snel gaat, ook voorkom je dat het blikje snel lucht van buiten zou kunnen aanzuigen. Het blikje zou wel water kunnen opzuigen, maar dit gaat relatief traag. Daardoor neemt de druk in het blikje sterk af, terwijl de buitenlucht nog wél met 10⁵ N/m² op het blikje aan het drukken is. Met andere woorden: de buitenlucht drukt nog steeds op het blikje, maar er zit niets meer in het blikje dat terugduwt. Het arme blikje is niet bestand tegen dit drukverschil en zakt in elkaar. Wie had gedacht dat lucht zo gewelddadig kon zijn?

Heb je niet de mogelijkheid, zin of tijd heeft om het experiment zelf uit te voeren, dan kun je in onderstaand filmpje het experiment ook duidelijk zien.

http://www.youtube.com/watch?v=5fX9C_K58C0

Vorige week moest ik weer aan het programmaatje denken, heb die sheit neergeladen en geïnstalleerd. In tijden niets zoiets verslavends gespeeld. Hoewel, het is absoluut geen spelletje. Het geeft een goed gevoel voor wat er in reguliere (Newtoniaanse) fysica belangrijk is. Hoe snel valt een blok van een bepaalde dichtheid, met een bepaald (2D) volume en bepaalde beginsnelheid. En twee blokken? Wat als ze elkaar magnetisch of elektrisch aantrekken of afstoten? En als ze verbonden zijn met veren? Of een muur staat in de weg, een vloeistof tegenkomen/worden of ‘vergast’ worden? Simuleer het met `Phun – 2D physics sandbox’ door Algoryx.

Phun was van origine een master thesis project door een Zweedse student. Het doel van het (in C++ geschreven) algoritme is om mensen een gevoel te geven voor natuurkunde door ze te laten spelen met natuurkunde in een ‘sandbox’. In je eigen achtertuin mag alles mis gaan en command + Z is altijd je redder. Ik was vooral onder de indruk wat anderen hiermee bereikten:

Maak je eigen virtuele sushi:

http://www.youtube.com/watch?v=9Thjgz9Zzxs

Of je houdt van piraten en pretparken:

http://www.youtube.com/watch?v=X3Hetx-54G8

Natuurlijk kom je na vijf uur weergaloos klooien erachter dat je — net als iedereen — iets wil laten ontploffen, afschieten of een Rube Goldberg machine aan het maken bent…

NB: Als je van je computerkracht houdt, zoom niet uit om vervolgens een enorm blok te liquify’en.

http://www.youtube.com/watch?v=j03q0sh55Ww

Dihydrogeen monoxide (DHMO) is een van de gevaarlijkste industriële chemicaliën en oplosmiddelen. Elk jaar worden miljoenen tonnen van deze gepolariseerde chemicaliën in de atmosfeer geloosd door industrie, auto’s en raket uitlaten. Een artikel over het onderwerp schrijft (vertaalt):

“Dihydrogen monoxide is kleurloos, geurloos, smaakloos en dood duizenden mensen elk jaar weer. De meeste van deze doden zijn te wijten aan inhalatie per ongeluk van DHMO, maar de gevaren van dihidrogen monoxide eindigen hier niet. Langdurige blootstelling aan zijn vaste vorm heeft ernstige weefsel beschadigingen tot gevolg. Symptomen van het binnenkrijgen van DHMO kunnen o.a. overmatig zweten en urineren zijn en mogelijk ook een opgeblazen gevoel, misselijkheid en overgeven.”

Het artikel gaat verder door om ook gevaarlijke verhogingen in bloed plasma niveaus en zelfs de dood als symptomen op te geven. Er zijn echter nog veel meer gevaren aan DHMO:

• Vaak gevormd in industriële processen waar wordt gewerkt meest gevaarlijke zuren en de meeste corrosieve basen die er bestaan, vormt DHMO, ook bekend als Hydroxyl Zuur, een hoofdbestanddeel van zure regen. Zure regen tast bomen, gebouwen, en historische monumenten aan. Bovendien accelereert DHMO corrosie en roesten van vele metalen.
• DHMO is een hoofdfactor in het zogenaamde ‘versterkte broeikas-effect’. Het is een sterk broeikasgas.
• Zelfs met het gewone, onedele metaal natrium reageert DHMO agressief. Het veroorzaakt dat de combinatie, zelfs al op kamertemperatuur, spontaan en explosief ontvlamt.
• Contact met gasvormige vormen van DHMO veroorzaakt ernstige brandwonden.
• Kleurloos, geurloos en smaakloos maakt de damp van DHMO bijna ondetecteerbaar
• In grote hoeveelheden kan het planten ervan weerhouden voedingsstoffen op te nemen en in grotere, doch nog steeds veel voorkomende, hoeveelheden loogt het actief voedingsstoffen uit de wortels van planten. In beide gevallen dood de chemicalië de plant.
• Van weefsel monsters, welke waren geplaatst in DHMO, is bekend dat zij in veel gevallen spontaan barsten waardoor zij celfragmenten achterlieten die sterke overeenkomsten vertonen met kanker cellen en zelfvernietigende cellen. Onbalans in de niveaus van DHMO, waar er minder van aanwezig is dan het scenario waar cellen ontploffen, leid ertoe dat een weefsel monster zijn normale functie stopt, zelfs bij kleine hoeveelheden DHMO, en afsterft. Voedingsstoffen kunnen niet worden getransporteerd en vele celprocessen kunnen niet plaatsvinden, zelfs als de concentraties laag zijn.
• De chemische eigenschappen van DHMO maken het een hoofdfactor in bodemerosie van ontboste gebieden.
• DHMO is zo wijdverspreid in ons milieu dat het zelfs gevonden wordt in Arctisch en Antarctisch ijs.
• Miljoenen tonnen van deze gevaarlijke industriële stof worden routinematig geloosd in onze oceanen en waterwegen door industrie, rioolwater zuiveringen, en storm overlopen. In feite zijn rioolwater zuiveringen zo ontworpen dat DHMO ongehinderd door alle filters kan lopen zonder eruit te worden gefilterd.
• Honderden zwemmers, scheepsopvarenden, en vissers overlijden elke zomer als gevolg van blootstelling aan DHMO in het water. Er zijn bewijzen welke aantonen dat de consumptie van alcohol de risico’s van DHMO ernstig vergroot. Het primaire gevaar is de inhalatie van DHMO tijdens zwemmen.
• Boten, weerstations, en zelfs enkele huizen zijn tegenwoordig uitgerust met apparatuur om DHMO concentraties in de atmosfeer te kunnen meten terwijl die stijgt en daalt over de periode van luttele uren. Als DHMO concentraties te hoog worden nemen veel zeilers actie door luiken te sluiten, zeilen te strijken, en binnenin de boot te blijven totdat het gevaar geweken is.
• DHMO word gebruikt in de distributie en applicatie van pesticiden. Zelfs na herhaaldelijk uitspoelen en wassen van de oogst is deze nog steeds verontreinigd met DHMO.
• Langdurige blootstelling aan DHMO’s vaste vorm kan ertoe leiden, dat weefsel dat door DHMO word beschadigd, moet worden geamputeerd.
• De giftige stof wordt gebruikt in zowel nucleaire energieopwekkingcentrales en in vele gruwelijke dierproeven.
• In verscheidene studies bevatte bijna elk monster van met kanker besmet weefsel alarmerend hoge concentraties DHMO.

Nog een citaat over het onderwerp:

“De Europese overheid heeft geweigerd om de productie, distributie en gebruik van deze schadelijke chemicalië uit te bannen vanwege haar: ‘belang voor economische gesteldheid van de Europese Unie.’ Sterker: de marine en verschillende andere Europese defensie organisaties voeren experimenten uit met DHMO en ontwerpen multi-miljoenen kostende apparaten om DHMO te kunnen controleren en gebruiken in oorlogssituaties.”

Stop de industrie van het vernietigen van het milieu door het vrijlaten van DiHydrogen MonOxide! Er zijn verscheidene organisaties op het internet te vinden waarbij je je kan aansluiten als je het ook oneens bent met wat er gebeurt rondom DHMO. Nu is je tijd om te helpen!

Coalition to Ban DHMO
211 Pearl St.
Santa Cruz CA, 95060

Meer (Engelse) informatie en reacties op dit onderwerp vind je op deze site. Het originele, officiële document vind je hier. Check ook het bericht van de ‘Ban DHMO’ website. Bovenstaande vertaling is gemaakt door Olaf Zalm. Tot slot nog een interview.

Wat wel kan is lopen over een mengsel van maïzena (maiszetmeel) en water. Dit mengsel is een niet-Newtoniaanse vloeistof. Dit betekent dat de stroperigheid (met een duur woord viscositeit) afhangt van de kracht die je op zo’n vloeistof uitoefent. Ook de snelheid waarmee je die kracht uitoefent, maakt uit. Er bestaan vloeistoffen waarbij de viscositeit toeneemt bij grotere krachten, maar ook waarbij die afneemt. Bij het mengsel van maïzena en water neemt de viscositeit enorm toe als je snel een grote kracht uitoefent. Sla je dus hard op zo’n mengsel, dan wordt het oppervlak hard en veert je hand terug. Je kunt er zelfs overheen lopen.

http://www.youtube.com/watch?v=RUMX_b_m3Js

http://www.youtube.com/watch?v=f2XQ97XHjVw

Wanneer, zoals bij maïzena, de viscositeit hoger wordt als je een kracht uitoefent, noemen we dit shear thickening. Gebeurt het omgekeerde en wordt de vloeistof minder stroperig, dan heet dat shear thinning. (Een correcte Nederlandse vertaling voor deze benamingen heb ik helaas niet kunnen vinden.)

Shear thinning wordt in de praktijk heel veel gebruikt. Neem bijvoorbeeld verf. Dat wil je gemakkelijk kunnen roeren en gemakkelijk op de muur kunnen aanbrengen. Maar als het eenmaal op de muur zit, mag het er niet vanaf druipen. Verf heeft dus, in stilstand, een hele hoge viscositeit. Ga je krachten uitoefenen, dan wordt het een stuk minder stroperig. Ook ketchup, mayonaise, haargel, tandpasta en bloed zijn voorbeelden van producten waarbij het erg prettig is dat ze deze eigenschap hebben.

Ook shear thickening kun je zelf ervaren. Niet alleen kun je maïzena met water mengen, er bestaat ook speelgoed in de vorm van Silly Putty. Dit stuitert als je het laat vallen en breekt als je er stevig aan trekt. Je kunt het echter ook in allerlei vormen kneden. Silly Putty kun je kopen, maar het is natuurlijk veel leuker om het zelf te maken!

Have fun,

Aldo