In koolstofnanobuisjes bevriest water bij temperaturen waarbij het normaal gesproken zou gaan koken..

Als je gevraagd wordt naar het kook- en vriespunt van water dan hoef je ongetwijfeld niet lang na te denken. Maar wist je ook dat het kook- en vriespunt van water verandert wanneer je water in een heel kleine ruimte stopt? Wetenschappers weten dat al een tijdje. In zulke gevallen daalt de temperatuur waarbij water kookt of bevriest rond de tien graden Celsius.

De onderzoekers konden vaststellen of in de koolstofnanobuisjes water aanwezig was. Tevens konden ze de fase van het water vaststellen. “We kunnen vertellen of het een gas of vloeibaar is en we kunnen vertellen of het vast is.” Het water bleek in de koolstofnanobuisjes bij hoge temperaturen (100 graden of meer) vast te worden. Toch noemen de onderzoekers het geen ‘ijs’, omdat ze niet kunnen aantonen dat in de koolstofnanobuisjes ook echt een kristalachtige structuur ontstaat. “Het is niet per se ijs, maar het is een ijs-achtige fase,” stelt onderzoeker Michael Strano.

Experimenten
Maar het wordt nog gekker als je water in een koolstofnanobuisje stopt, zo hebben onderzoekers van het Massachusetts Institute of Technology nu ontdekt. Zo’n koolstofnanobuisje is echt piepklein en kan slechts enkele watermoleculen herbergen. En wanneer je dat water in zo’n koolstofnanobuisje blootstelt aan temperaturen waarbij het normaal gesproken gaat koken, bevriest het (zie kader)! Dat blijkt uit experimenten. In één van die experimenten zagen de onderzoekers het water in de koolstofnanobuisjes bij een temperatuur van 105 graden of meer bevriezen. Dat het kook- en vriespunt van water in een koolstofnanobuisje zo extreem verandert, hadden de onderzoekers niet aan zien komen.

Grote verschillen
De experimenten wijzen tevens uit dat de mate waarin het gedrag van water verandert sterk afhangt an de exacte diameter van de buisjes. Zo was het vriespunt van water in een koolstofnanobuisje van 1,05 nanometer breed tientallen graden Celsius verwijderd van het vriespunt van water in een koolstofnanobuisje van 1,06 nanometer breed. Zulke extreme verschillen waren ook zeer verrassend.

Het is niet voor het eerst dat onderzoekers proberen vast te stellen wat water in een koolstofnanobuisje doet. Maar eerdere experimenten leverden tegenstrijdige resultaten op. Waarschijnlijk komt dat onder meer doordat wetenschappers niet goed in staat waren om de exacte afmetingen van het koolstofnanobuisje vast te stellen en zich niet realiseerden dat kleine verschillen tussen die afmetingen tot zulke compleet andere resultaten konden leiden.