Heb jij ooit vijf minuten ademloos gekeken naar een video waarin een druppel water uiteindelijk explodeert? Waarschijnlijk is dit de eerste keer! De wetenschap achter deze video is zeer interessant.

Wetenschappers van de Universiteit Twente hebben een bolvormige druppel water van buitenaf bevroren. Er vormt direct een schil van ijs, maar het water in het centrum van de druppel heeft een probleem. Dit water wil namelijk uitzetten, maar zit vast in de harde ijsschil. De druk bouwt langzaam op, er verschijnen scheuren in de schil van de druppel en uiteindelijk explodeert de druppel in kleinere ijsdeeltjes.

De vertraagde videobeelden laten het proces goed zien. De druppel water ligt in een vacuümkamer op een waterafstotend oppervlak. De onderzoekers tikken de druppel aan met een tip van zilverjodide. Direct vormt er een schil van ijs en deze schil wordt – van buiten naar binnen – steeds dikker. Er gebeurt van alles. Zo ontstaat er een piekvormig uitsteeksel (waarvan het topje uiteindelijk uit elkaar spat) en onder het oppervlak verschijnen zogenoemde cavities: holten met damp. Ook ontstaan er scheuren in de schil. Deze scheuren worden in het begin gedicht door water, maar op een bepaald moment is de druk te hoog en ontploft de druppel. De fragmenten schieten met snelheden van ongeveer 5,4 kilometer per uur alle kanten op. Dit gebeurt twee seconden nadat de druppel begon te bevriezen.

Kleiner dan vijftig micrometer
Het paper ‘Fast Dynamics of Water Droplets Freezing from the Outside In’ over exploderende ijsdruppels is te lezen in het wetenschappelijke vakblad Physical Review Letters. Daarin staan opvallende conclusies. Zo blijkt uit het wiskundig model dat de onderzoekers opstelden om hun experimenten te verklaren, dat druppels wel groot genoeg moeten zijn. Druppels kleiner dan vijftig micrometer exploderen niet. Fijn haar is ongeveer veertig micrometer dik, dus in dat geval gaat het om minuscule druppels.

Versterkt glas
De experimenten met de waterdruppels lijken op de methode om versterkt glas te maken. In de zeventiende eeuw dompelden Nederlandse glasblazers druppels gesmolten glas onder in in koud water. Het glas stolde van buiten naar binnen. Er vormde hierdoor een schil van glas rondom de kern van gesmolten glas. Dit stollend glas zet niet meer uit, maar krimpt. Dit maakt de bolvorm extreem sterk, waardoor het glas niet meer stuk te slaan is met een hamer.

Water fascineert
Er wordt regelmatig onderzoek gedaan naar de overgang van water naar ijs. Wist je dat het ultieme vriespunt van water -48 graden Celsius is? In 2013 leerden wetenschappers waarom warm water sneller bevriest dan koud water: het is een kwestie van moleculen.