Voetsporen in de sneeuw

4 mei 2017 door johndepoorter in Geen categorie

cropped-waterOndertussen ben ik een maand terug van Australië. Genoeg tijd om alles te laten bezinken en een vervolg aan mijn Australisch avontuur te breien. Ik keerde zeker niet met lege handen terug. Mijn koffer was gevuld met kleine en grote inzichten over water, maar een grote doorbraak kon ik niet mee naar huis brengen. Voor ik vertrok hoopte ik de structuur van water te kunnen vatten. Als ik nu terugkijk naar mijn poging is het niet zo verwonderlijk dat dit niet is gelukt. Er zijn sinds de jaren 1950 tientallen watermodellen ontwikkeld die elk deelfacetten van de waterpuzzel oplossen. Tot op de dag van vandaag is er geen enkele consensus over de structuur van water. Dit was geen vraagstuk om in enkele maanden op te lossen.

9201086-Lots-of-footprints-in-snow--Stock-PhotoMisschien is wel het belangrijkste Australische inzicht dat er overal voetsporen in de sneeuw waren. Voor ik vertrok had ik nog de veronderstelling dat de reguliere wetenschap het watervraagstuk niet genoeg au sérieux had genomen. Maar welk watermodel ik ook uitprobeerde, overal waren er wetenschappers me voor geweest. Water heeft hen tot het uiterste gedreven, maar niemand leek er in geslaagd te zijn de puzzel definitief op te lossen. Op zich was dat geen goed vooruitzicht.

science-class-200412038-001-400x267Ik kwam dus terug met meer mogelijke watermodellen dan diegene waarmee ik was vertrokken. Ik zocht naar de grote lijnen in de modellen. Het was duidelijk dat al deze modellen uitgingen van het idee dat vloeibaar water veel structuur bevat. Wij worden groot gebracht met het idee dat de watermoleculen net als in een gas relatief vrij ten opzichte van elkaar kunnen bewegen, maar niks blijkt minder waar te zijn. Bijna 90 procent van de bindingsenergie die in ijs aanwezig is, zit ook nog in vloeibaar water. Hier kan ik didactisch zeker mee aan de slag, want niks is zo jammer dan dat we de jonge generaties laten opgroeien met achterhaalde ideeën die duidelijk geen doorbraken hebben veroorzaakt. De nieuwe modellen zijn nog niet volledig af, maar ook dat is iets dat we de jonge generaties kunnen meegeven. Er valt nog zo veel te ontdekken en zij kunnen daarin een rol spelen. Dit project gaat zeker een staartje krijgen binnen onderwijs.

Maar er is de voorbije week een onverwachte wending in mijn verhaal opgedoken. In mijn zoektocht om alle bestaande watermodellen beter te begrijpen viel me het recente werk (periode 1998-2006) van de groep rond Ralph Dougherty (een Amerikaans chemicus) op. Voor Dougherty bestaat vloeibaar water uit een mengsel van verschillende structuren en hij onderzocht wat er gebeurt als je hierin zouten oplost. In elk handboek chemie staat dat bij een kleine concentratie deze zouten zich volledig opsplitsen in afzonderlijke ionen (zowel Untitledpositieve als negatieve) die zich willekeurig over de vloeistof verdelen. ’Niets van aan’ zei de ondertussen 77 jarige Ralph Dougherty overtuigd aan de telefoon. 'De zouten vormen grote clusters in het water (tot 100 nm) die bestaan uit gehydrateerde ionenparen'. Dit laatste is wetenschapsjargon om te zeggen dat de positieve en negatieve ionen samen blijven en van elkaar afgeschermd worden door enkele watermoleculen. Volgens Ralph is het een kwestie van tijd voordat de mainstream wetenschap dit gaat inzien. Het experimentele bewijsmateriaal is overweldigend. Hij heeft hierover inderdaad verschillende papers in toonaangevende tijdschriften gepubliceerd en ik vond ondertussen ook het materiaal van Marian Sedlak die onafhankelijk van Dougherty tot een vergelijkbare conclusie komt. Ralph besefte wel dat acceptatie van nieuwe ideeën traag gaat. Gaat hij de doorbraak van zijn ideeën nog meemaken? Ik hoop het voor hem.

echoes031Het model van Ralph Dougherty klonk me als muziek in de oren. Vooral doordat zijn model eveneens radicaal ingaat tegen het Arrheniusmodel dat stelt dat de geladen ionen zich verplaatsen onder invloed van een uitwendig aangelegde spanning. Deze ionaire drift is onmogelijk als de ionen vast zitten in clusters. Ralph gaf toe dat een halfgeleidermodel hier een oplossing kan bieden. Plotseling leiden de voetsporen in de sneeuw ergens naar toe. Het is me duidelijk dat ik het watervraagstuk niet gans moet oplossen maar als ik zicht krijg op de ionenstructuur in water dan kan ik misschien toch een doorbraak forceren. Ik sta weer op scherp en klaar om het pad van Ralph verder te verdiepen.

«    |   

2 reactie op “Voetsporen in de sneeuw”

  1. J. Pierre Vancayseele Beantwoorden | Permalink

    Dag John,

    Waarom is het zo evident dat de ionaire drift onmogelijk is als water bestaat uit gehydrateerde ionenparen? Kunnen de clusters niet uiteen vallen door een uitwendige aangelegde spanning?

    mvg,

    Pierre

    • johndepoorter Beantwoorden | Permalink

      Dag Pierre,

      De ionen zitten in paren en dus zitten ze zo goed als even dicht bij elkaar als in de vaste stof. Het idee om een zout (in zijn vaste fase) door een uitwendige spanning (grootte-orde 10 V) te splitsen in zijn afzonderlijke ionen is inderdaad vrij absurd.

      Nog sterker, zelfs als de zouten wel zouden splitsen in afzonderlijke ionen die zich homogeen over de vloeistof verspreiden, zoals het Arrheniusmodel voorstelt, dan nog is er bij lage concentraties (10-6 M) al snel twee duizend Volt nodig om ze uit elkaar te trekken. Klassiek zegt men dan dat de thermische beweging ze vrijmaakt van elkaar. Maar in die clusterstructuur is een dergelijke uitvlucht totaal irrelevant.

      warme groet,

      John

Een reactie geven