Water superkoelen is gemakkelijk en leuk. In principe koelt u water tot onder het vriespunt en kristalliseert het op commando tot ijs. Hier volgen stapsgewijze instructies voor het onderkoelen van water met behulp van twee verschillende methoden.
Methode #1: Onderkoelen van gebotteld water
Het onderkoelen van gebotteld water in een vriezer thuis is het gemakkelijkst. De enige “truc” is dat het flessenwater redelijk zuiver moet zijn. Fiji water is een van de meest betrouwbare merken om te gebruiken, maar elk water gezuiverd door omgekeerde osmose of distillatie werkt goed. Gebotteld water werkt beter dan kraanwater omdat kraanwater kleine deeltjes, opgeloste mineralen en opgeloste gassen bevat die de basis vormen voor de vorming van ijs. Je kunt kraanwater nog steeds superkoelen, maar laat het eerst een paar uur staan zodat eventuele belletjes kunnen ontsnappen.
- Plaats een ongeopende fles water in de vriezer. Vul ook een fles van dezelfde grootte met kraanwater.
- Laat de flessen ongestoord ongeveer 2-1/2 uur koelen. De exacte tijd die nodig is om water te onderkoelen hangt af van de temperatuur van de vriezer en de grootte van de waterfles. Verstoor geen van beide flessen, maar kijk of het kraanwater bevroren is. Als het kraanwater bevriest, betekent dit dat het gezuiverde fleswater is overkoeld. (Als het water in beide flessen bevroren is, moet u het ijs smelten en opnieuw beginnen, maar controleer de flessen na minder tijd. Als beide flessen weer bevriezen, hebt u ofwel weer te lang gewacht, ofwel was het flessenwater niet zuiver genoeg.)
- Haal de fles met het supergekoelde water voorzichtig uit de vriezer.
- Start de kristallisatie in ijs door de fles te schudden of door hem te openen en de vloeistof over een stuk ijs of een stukje bevroren ijslolly te gieten.
Methode #2: Een glas water superkoelen
U hebt geen vriezer nodig om water te superkoelen. Alles wat je nodig hebt is ijs en wat zout. Als je zout op ijs strooit, lost de kleine hoeveelheid gesmolten ijs (vloeibaar water) het zout op en ervaart het een vriespuntdaling. Hierdoor daalt de temperatuur van het ijs tot onder 0 °C of 32 °F. Het is een handige manier om zelfgemaakt ijs in te vriezen die ook werkt voor het onderkoelen van water.
- Vul een grote kom met ijs. Strooi een paar eetlepels zout over het ijs.
- Koel ofwel een waterfles (met fles kraanwater, ter referentie) in het gezouten ijs of plaats een glas gezuiverd water in de kom (met thermometer, zodat je weet wanneer het is onderkoeld). Zorg ervoor dat het niveau van het ijs zich boven het vloeistofniveau in de kom bevindt.
- Voor een glas dat slechts een paar eetlepels water bevat, duurt het slechts ongeveer 15 minuten om de vloeistof te superkoelen. Bij gebotteld water duurt het langer en moet u wellicht het ijs in de kom bijvullen als er te veel smelt.
- Vries het onderkoelde water in tot ijs door het te verstoren of door een klein stukje ijs in het water te laten vallen.
Hoe het onderkoelen van water werkt
Water bevriest normaal tot ijs bij 0 °C of 32 °F, maar het kan bij gewone druk worden onderkoeld tot een temperatuur zo laag als -48,3 °C of -55 °F, zolang er geen kernen zijn om de groei van ijskristallen te ondersteunen. Aan de onderkant van het temperatuurbereik is onderkoeld water glasachtig water. Met andere woorden, het is een amorfe vaste stof, maar geen kristallijn ijs. Maar net onder het vriespunt is het nog steeds een vloeistof.
Als de temperatuur onder het vriespunt daalt, kristalliseert onderkoeld water niet door de manier waarop watermoleculen zich organiseren als ze worden afgekoeld. Normaal ijs is zeshoekig (zoals sneeuwkristallen met zes kanten), maar waterstofbruggen geven water andere mogelijkheden. Onderkoeld water heeft tetrahedrale watermoleculen en pentamerische waterclusters. Hoewel hexagonaal ijs dus stabieler is dan vloeibaar water, vormt het niet de gewenste kristalstructuur tenzij het wordt verstoord omdat het tetrahedrale en pentamere water “in de weg zit.”
Superkoeling versus vriespuntdepressie
Sommige mensen verwarren superkoeling met vriespuntdepressie. Bij beide processen bevriest een vloeistof bij een temperatuur onder het normale vriespunt, maar bij superkoeling gaat het om een zuivere stof. Vriespuntdepressie treedt op wanneer opgeloste deeltjes de organisatie van moleculen van de vloeibare naar de vaste fase onderbreken.
Voorbeelden van onderkoeld water in de natuur
Superkoeling van water is een natuurlijk verschijnsel. Het komt voor in cumulus- en stratuswolken. Vliegtuigen gebruiken ontdooisystemen omdat onderkoeld water anders tot ijs kristalliseert wanneer de vleugels het verstoren.
Vriezende regen is een ander voorbeeld van onderkoeld water. Wanneer de regen een oppervlak raakt, kristalliseert het in ijs.
Als je dit project leuk vond, is een ander leuk voorbeeld van onderkoeling heet ijs!