Vast of vloeibaar?

Iets meer dan een jaar geleden schreven we onder de noemer “Over water lopen? Het kan!” al over het beroemde experiment waarbij je maïzena mengt met water. Er ontstaat dan een niet-newtoniaanse vloeistof: een vloeistof waarvan de viscositeit (‘stroperigheid’) afhangt van de snelheid waarmee het stroomt. In het geval van maïzena en water neemt de viscositeit toe bij toenemende stroomsnelheid; dit heet dilatantie of shear thickening. Bij andere materialen zal de viscositeit juist afnemen, denk aan ketchup of verf. Dit noemen we shear thinning. (Een correcte Nederlandse vertaling van deze term is mij overigens onbekend, heeft iemand een suggestie?)

Of je dergelijke niet-newtoniaanse materialen nu moet beschouwen als vloeibaar of vast hangt vooral af van de tijdsschaal waarop je kijkt en van de grootte van de krachten die erop worden uitgeoefend. Het bekende Silly Putty stroomt langzaam op een tijdsschaal van minuten als er maar kleine krachten op worden uitgeoefend en lijkt dan het meest op een vloeistof. Trek je echter even stevig aan een stukje Silly Putty, dan breekt het. Je kunt er natuurlijk ook een grote bal van maken en deze van hoog gebouw gooien (zie onderstaand filmpje). Dit laat zien dat Silly Putty bij het uitoefenen van grote krachten op korte tijdsschaal ineens het meest doet denken aan een vaste stof.

De overtreffende trap van Silly Putty is wat mij betreft pek, een verzamelnaam voor allerlei zeer visceuze ‘vloeistoffen’ zoals teer en bitumen. Pek is op het eerste gezicht een bros materiaal. Wanneer je er met een hamer op slaat, zal het in vele stukken opbreken zoals een vaste stof dat doet. Dit is op het plaatje hiernaast te zien.

Een beroemd experiment genaamd het pekdruppelexperiment (of Pitch Drop Experiment) aan de Universiteit van Queensland in Australië laat zien dat pek wel degelijk vloeibaar is. In 1927 heeft Professor Thomas Parnell verwarmde, vloeibare pek in een afgesloten trechter geschonken. Dit heeft hij rustig laten afkoelen. Drie jaar later is de trechter geopend en sindsdien valt er ongeveer eens in de tien jaar een druppel pek uit de trechter. Hiermee hebben ze kunnen uitrekenen dat de viscositeit van pek ongeveer 100 miljard (1011) keer groter is dan die van water. Het experiment loopt nog steeds door en heeft daarmee niet alleen een plek in het Guinness Book of Records veroverd als langstlopende experiment, maar ook nog een Ig Nobelprijs opgeleverd.

Sinds 1927 zijn er acht druppels gevallen en de laatste druppel viel op 28 november 2000. Nog nooit heeft iemand echter de druppel daadwerkelijk zien vallen. Ook zijn er geen videobeelden van: door een technisch probleem is het niet gelukt om het vallen van de laatste druppel op te nemen. Aangezien de laatste druppel bijna tien jaar geleden is gevallen, valt het te verwachten dat het niet al te lang meer duurt voordat de volgende druppel valt. Voor degenen die hun geluk willen uittesten: er is ook live beeld (pas op, raar Windows Media Player linkje).

Hoewel pek ten onrechte als vaste stof wordt aangemerkt, wordt van glas juist vaak gedacht dat het vloeibaar is. Er wordt dan gezegd dat bij oude gebouwen te zien is dat het glas in de ramen aan de onderkant wat dikker is. Glas is echter, op enige observeerbare tijdschaal, niet vloeibaar. Wel was men vroeger niet zo goed in het maken van glas dat overal even dik was. Slim als men destijds was, werd gewoon de dikste (en zwaarste) kant van het glas onder geplaatst. Of, om een quote uit een artikel hierover te gebruiken:

(…) window glass will only flow appreciably at room temperature if one waits until the “Second Coming”!

Er wordt geschat dat de tijdsschaal waarop glas vloeibaar is, 1023 tot 1032 jaar bedraagt. Ter vergelijk: de leeftijd van het universum bedraagt ongeveer 1010 jaar, dus voor alle praktische doeleinden is glas, in tegenstelling tot pek, écht een vaste stof.

Demotivation posters

Als je wat vaker in de krochten van het Internet rond dwaalt, kom je nog wel eens wat naars tegen. Het Internet wordt daar vaak gepersonificeerd door Anonymous en ‘Anonymous does not forget’. De lieden op het Internet zijn ook nooit te beroerd om je een slechte dag te bezorgen, of in ieder geval je motivatie omlaag te halen.

Iedereen die op een suffe middelbare school heeft gezeten, in een kantoorgebouw werkt met een softy beleid of zelf iets teveel antropologie in z’n jeugd heeft gezien, kent de motivatieposters. En het Internet verpest het. Een aantal van mijn favoriete wetenschappelijk-getinte ‘demotivation posters’:

The First Law of Thermodynamics

Definition of a 'glass'

Nu ben ik benieuwd naar jullie home-made (de)motivation poster. Stuur op! Hieronder meer posters van anderen. Lees verder Demotivation posters

Kristallen kweken

Tijd voor weer een leuke doe-het-jezelf. In deze post gaan we je uitleggen hoe je zelf een kristal kunt maken. Maar eerst zullen we uitleggen wat een kristal nu eigenlijk is, en wat daar zo bijzonder aan is.

In ons dagelijkse leven komen we drie soorten stoffen tegen: vaste stoffen, vloeistoffen en gassen. In vloeistoffen en gassen bewegen de moleculen of atomen kriskras door elkaar: er is alleen maar wanorde. In een vaste stof bewegen de moleculen niet meer kriskras door elkaar, ze staan stil. Voor een vaste stof zijn er in principe twee vormen: kristallijn en niet-kristallijn. Een niet-kristallijne vaste stof heeft nog wel de wanorde van de vloeistof, maar de moleculen/atomen bewegen niet meer. Niet-kristallijne vaste stoffen worden ook wel eens een glas of amorfe vaste stof genoemd. Voorbeelden van een glas zijn ‘gewoon glas’ (duh! Zoals in ruiten en theeglazen), plastics, hars en lijm.Kristalstructuur van keukenzout, NaCl.

In een kristal zitten de moleculen niet alleen stil, ze zijn ook nog eens netjes geordend zoals op het plaatje hiernaast. Dit plaatje stelt een kristal van keukenzout (NaCl) voor. De paarse bolletjes zijn de Na+ ionen, de groene de Cl ionen. Niet alleen keukenzout vormt kristallen, ook suiker (kandijsuiker) of water kunnen dat (dan noemen we het sneeuw, zie afbeelding hieronder). Een leuk feitje: kristalglas is helemaal geen kristal, maar amorf glas wat mooi glinstert doordat het een hoge brekingsindex heeft. Dit laatste wordt bereikt door toevoeging van veel loodoxide. En lood is altijd giftig. Eet dus geen kristalglas.

Gelukkig hoef je helemaal niet te wachten tot het weer gaat sneeuwen voordat je weer plezier kunt hebben met kristallen. Je kunt namelijk ook zelf een kristal groeien. Het makkelijkste gaat dit met een aluin, een groep van zouten waarvan kaliumaluminiumsulfaat [KAl(SO4)2] de bekendste is. Aluin is te koop bij elke lokale drogist: het wordt gebruikt als bloedstelpend middel tegen bijvoorbeeld scheerwondjes.

Kristal van chroom-aluin, KCr(SO4)2. Chroom(III) zorgt voor de kleur.Je eigen kristal groei je als volgt:

  • Eerst verwarm je wat water (het liefst demiwater). Hierin los je zoveel mogelijk aluin op.
  • Als er niets meer oplost, voeg je nog een beetje extra water toe en filtreer je eventuele restjes aluin of stofjes eruit. Dit kan bijvoorbeeld met een koffiefilter.
  • Nu laat je de oplossing een paar dagen staan met een deksel er losjes op (de deksel is tegen stof). Als de oplossing afkoelt, kan er gaandeweg steeds minder aluin opgelost blijven en krijg je allemaal kleine kristallen.
  • Haal de kristalletjes uit de oplossing (bijvoorbeeld met een koffiefilter, in elk geval niet met je vingers) en zoek de grootste uit. Deze ga je nu verder groeien. Je maakt weer een verzadigde aluinoplossing, en legt het kristal daar in. Je kunt ook een touwtje om het kristal binden en het kristal mooi in het midden van de oplossing hangen, maar dan krijg je wel een touwtje in het kristal.
  • Wanneer de oplossing afkoelt, zal het kristal steeds verder aangroeien. Dit proces kun je een aantal keer herhalen, en zo kun je hele grote kristallen groeien.

Het is bij het aangroeien van kristallen heel belangrijk dat je zorgt dat er geen stofjes in de oplossing komen. Anders zal het kristal gaan groeien op het stof, in plaats van op het kristal dat je al had. Dek de oplossing dus goed af. Het is tegelijk ook belangrijk dat je het groeien niet doet in een afgesloten potje, want dan kan het potje breken wanneer de oplossing afkoelt.

Voor meer details en voor foto’s, check thuisexperimenteren.nl

Sneeuwkristallen

Veel succes met het groeien van je kristal! We zijn benieuwd naar jullie resultaten, dus laat een reactie achter. Scheikundejongens houden van reacties.