Mark – Pagina 7 – Scheikundejongens

Kogelwerende colloïden

In het verleden hebben we al meerdere keren geschreven over materialen die soms vloeibaar zijn, en soms weer vast. Denk bijvoorbeeld aan maïzena, pek of silly putty. Het is voor veel alledaagse materialen van belang dat ze op de juiste momenten vloeibaar en vast zijn. Tandpasta mag niet zomaar van je tandenborstel afdruppelen, maar moet wel de tube uitkomen. Verf moet je wel op de muur kunnen aanbrengen, maar mag niet naar beneden druipen. We zeggen ook wel dat de reologische eigenschappen (reologie betekent ‘stromingsleer’) van een stof goed moeten zijn. De reologie van allerlei alledaagse materialen wordt vaak gecontroleerd door colloïden. Hierover kwam ik een mooi filmpje tegen op YouTube, maar ik zal eerst kort uitleggen wat colloïden precies zijn.

Colloïden zijn deeltjes met afmetingen tussen de 1 en 1000 nm en zijn daarmee een stuk groter dan moleculen. Die colloïden kunnen zijn gemaakt van allerlei materialen, zoals glas, vet, olie of plastic en zitten gedispergeerd in een andere stof. Dat klinkt natuurlijk heel abstract, maar om een alledaags voorbeeld te geven: mayonaise en melk bestaan allebei uit vet/olie-druppeltjes die in water verdeeld zitten. In geval van olie en water noemen we zoiets meestal een emulsie, maar het is niets meer dan een alledaagse colloïde. Andere voorbeelden van colloïden zijn bijvoorbeeld mist (waterdruppeltjes in lucht), rook (een vaste stof in lucht), slagroom (gasbelletjes in iets vet-achtigs), sommige soorten glas-in-lood (gouddeeltjes in glas), magnetische vloeistoffen en zo kunnen we nog wel even doorgaan. Er is dus maar één voorwaarde om iets een colloïde te noemen: de deeltjes moeten de juiste afmetingen hebben: 1 nm — 1 µm.

Onderzoekers van onder andere de United States Army Research Laboratory proberen colloïden te gebruiken om kogelwerende vesten te verbeteren, en met name om ze beter bestand te maken tegen (mes)steken. Deze kogelwerende vesten bestaan dus voor een deel uit vloeistof en worden daarom wel eens kogelvrije vla genoemd. Zelf ben ik niet zo gelukkig met die term, want de vla die ik in de winkel koop is al kogelvrij.

De Cool Stuff tv-serie van The Science Channel ging langs bij het Army Research Lab en maakte onderstaand filmpje over deze kogelwerende colloïden.

Een druppel op een gloeiende plaat

Je kent vast wel de uitdrukking “Een druppel op een gloeiende plaat”: een remedie die totaal niet helpt tegen het probleem. Die uitdrukking komt voort uit de gedachte dat een waterdruppeltje op een gloeiende plaat vrijwel direct weer verdampt en daarbij de plaat ook niet merkbaar afkoelt. Dat laatste is inderdaad waar, maar dat eerste niet altijd, zo ontdekte Johann Gottlob Leidenfrost al in 1756.

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.

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.

De onderwijsachterstand van jongens

Vorige week zondag zag ik in het KRO programma Brandpunt een mooie documentaire over de verschillen tussen jongens en meisjes in het onderwijs. Jongens scoren gemiddeld beter op de cito-toets dan meisjes, maar uiteindelijk glijden ze vaker af van de havo naar het vmbo, of van vwo naar havo, waardoor er in de bovenbouw van het vwo uiteindelijk meer meisjes dan jongens zitten. Jongens hebben hierdoor een forse onderwijsachterstand op meisjes, terwijl begin jaren negentig juist de meisjes een achterstand hadden. Wat is er veranderd in de afgelopen jaar? Hoe ontstaan zulke verschillen?

Bekijk de uitzending van Brandpunt hieronder. Het fragment begint ongeveer na 26 minuten. Kun je de uitzending niet bekijken, klik dan hier of hier.

Kunstige waterdruppels

Als experimentalist houd ik wel van mooie plaatjes en filmpjes. Neem bijvoorbeeld ferrofluids, kristallen, opgedroogde drank, een stuk bismut, een chemische tuin of stuiterende waterdruppels. Een docent tipte mij over een supergaaf filmpje van David Quéré, een Franse natuurkundige die zelfs een eigen wikipediapagina heeft. Monsieur Quéré doet onderzoek naar van alles wat te maken heeft met druppels: superhydrofobe oppervlakken, het Leidenfrost-effect en druppels van vloeibaar stikstof en zuurstof in magneetvelden.

In het filmpje laat monsieur Quéré allerlei waterdruppels zien, gefilmd met een hogesnelheidscamera en vertraagd afgespeeld. Druppels die afbreken, druppels in vrije val, druppels die vallen in een bak met water, en zo voort. Het filmpje laat mooi de effecten van oppervlaktespanning, zwaartekracht, luchtweerstand en druppelgrootte zien. Het is misschien een beetje knullig gemonteerd, maar de beelden zijn er niet minder mooi om.

Bedankt voor de tip, Ben.

Togaterreur in Den Haag

Afgelopen vrijdag werd er in Den Haag massaal gedemonstreerd tegen de bezuinigingen in het hoger onderwijs. Zo’n duizend professoren en vijftienduizend studenten togen naar de hofstad om hun ongenoegen te uiten. De hoogleraren liepen in een enorme stoet om de hofvijver en woonden daarna een serie lezingen bij in Theater aan Het Spui. De opkomst bij de hooglerarendemonstratie was erg hoog: zo’n éénderde van alle Nederlandse hoogleraren was erbij aanwezig. De scheikunde-hoogleraren die ik heb gesproken hadden de indruk dat zo’n beetje al hun vakgenoten er wel bij waren.

Over deze demonstratie schrijft Onderwijs Brabant het volgende: “De demonstratie verliep, zoals het een hooggeleerd gezelschap betaamt, waardig en rustig. De enige lawaaimaker was een langharige professor met een vuvuzela.” Die man was professor Arno Siebes, hoofd van het departement informatica van de UU. Overigens merkte het hoofd van het departement scheikunde op dat hij ook een vuvuzela had meegenomen als hij er één had. De twee zijn trouwens nog gekiekt door de Telegraaf.

De studenten protesteerden op het malieveld. Zoals het studenten betaamt, was het daar duidelijk minder rustig en waardig. Na afloop relden de studenten nog wat met de mobiele eenheid, maar veel stelde dat ook weer niet voor. Op haar site blikt de NOS nog terug op eerdere studentendemonstraties en de beweegredenen. De grootste demonstratie was die uit 1988: toen protesteerden zo’n 35.000 studenten, maar zoals op onderstaande beelden is te zien, ging het er toen toch wat ruiger aan toe.

Tot slot nog een aantal insider-foto’s van de hooglerarendemonstratie. Prof. Willem Kegel liep mee in de demonstratie en was zo aardig om zijn foto’s met ons te delen. Een aantal foto’s zijn hieronder te zien.

Het copyright van bovenstaande afbeeldingen ligt bij Willem Kegel.

Heb jij nog mooi beeldmateriaal van de demonstraties, laat dan hieronder een reactie achter.