Bestaat superionisch ijs nu wel of niet? (afb: Lawrence Livermore-lab)

Water, slechts bestaand uit drie atomen, is een uiterst vreemd, om niet te zeggen eigenzinnig, stofje. Het lijkt wel alle natuur- en scheikundige wetten aan de laars te lappen (wat natuurlijk niet zo is). Vast water, dat was het idee had een kristallijne vorm. Er was wel een andere vorm voorspeld, maar die was nog nooit waargenomen. Nu lijkt het bewijs geleverd dat vast water ook een vorm heeft die niet zo streng kristallijn is: superionisch ijs.

Er waren al vermoedens dat ijs bij hoge druk en temperaturen zijn kristallijne karakter verliest. Dat komt in de natuur op aarde niet voor. Zoals het woord al doet vermoeden bestaat superionisch ijs niet uit min of meer netjes gestapelde ijskristallen maar uit ionen: waterstof- (H⁺⁾ en hydroxylionen (OH^–). “Dat is echt raar gedrag van water”, zegt onderzoeker Marius Millot van het Lawrence Livermore-lab in Californië. “Hoewel die toestand al dertig jaar geleden was voorspeld, wist tot nu toe niemand of dat wel echt bestond.”
Bij zeer hoge drukken kunnen stoffen ongebruikelijk gedrag vertonen. Millot en zijn medeonderzoekers persten ijs tussen twee diamantjes. Met een schokgolf, die veroorzaakt werd door een laser, werd de druk nog verder opgevoerd. In het begin was er nog niks aan de hand, maar bij bijna tweemiljoen atmosfeer en 4500°C namen de onderzoekers een sprong in de dichtheid en temperatuur waar. Op dat punt zou volgens hen het superionische ijs zijn gesmolten.

Bij hoge drukken kan superionisch ijs zich zelfs bij hoge temperaturen vormen (dus). Dat omslagpunt zou precies liggen op het punt waarop dat voorspeld was. Overigens hadden (waarschijnlijk konden) de onderzoekers de druk niet gemeten (meten) waarbij het eerste superionische ijs werd gevormd.

Geleidbaarheid

De (elektrische) geleidbaarheid van het watermateriaal was ook een aanwijzing dat het om superionisch ijs ging. Metalen zijn elektrisch geleidend door het stromen van elektronen door het kristalrooster, bij superionisch ijs verzorgt het kleine waterstofion de geleiding.
Niet iedereen is meteen overtuigd van het bestaan van superionisch ijs. “Het onderzoek verschaft zonder meer meer kennis over water onder die omstandigheden”, zegt natuurkundige Marcus Knudson van de staatsuniversiteit van Washington, “maar ik zie geen hard bewijs in hun meetgegevens dat het om een faseovergang gaat.” Ach ja, zo blijven we natuurlijk wel aan het werk…

Bron: Science News