ScienceGuide staat voor verdieping. Dit is het platform waar de actualiteit en achtergrond elkaar ontmoeten op een inhoudelijke en doordachte wijze. Onder het uitklapteken vind je dus een toelichting, geheugensteun of voetnoot die de redactie of de auteur toevoegt. Dit doen wij om ervoor te zorgen dat wij in onze artikelen grondig en gedetailleerd in kunnen gaan op belangrijke details, zonder de lezer kwijt te raken.
Waarom bestaan die belletjes eigenlijk?
Nieuws |
de redactie
27 november 2008 | De nanobelletjes die ontstaan aan een oppervlak dat wordt ondergedompeld in water, mogen eigenlijk niet bestaan. Door interne druk zouden ze in korte tijd moeten verdwijnen. Toch bestaan ze soms uren lang: een onbegrepen fenomeen. UT-prof Detlef Lohse en Harvardcollega Michael Brenner laten zien dat er een evenwicht zou kunnen bestaan van gas dat úit het belletje met gas dat er juist ín stroomt.
Voor dit evenwicht zijn bovendien de afmetingen van de bel te berekenen. De theorie, gepresenteerd in Physical Review Letters, verklaart de lange levensduur van de belletjes. Wel willen de onderzoekers meer onderzoek doen naar het lange termijn gedrag van de bellen: is het evenwicht inderdaad instabiel? Daarnaast helpt het nieuwe inzicht bij het kunstmatig stimuleren van bellen aan het oppervlak, bijvoorbeeld via elektrolyse.
Dát er bellen ontstaan aan een waterafstotend oppervlak dat in water wordt ondergedompeld, is al aangetoond: het zijn bolvormige ‘caps’ (zie figuur) met een diameter van zo’n 100 nanometer en 10 nanometer hoog. Waarom ze ontstaan, dat is tot nu toe echter een raadsel. Maar ze komen wèl goed van pas: vloeistoffen stromen bijvoorbeeld soepeler langs een oppervlak met belletjes, met een grotere snelheid of lager energieverbruik. De eerste technieken om de belvorming te stimuleren zijn er daarom ook al.
Evenwicht
Toch blijft het dan knagen dat het bestaansrecht van de nanobellen nog niet verklaard is. Waarom zouden ze eigenlijk bestaan? Kleine gasbelletjes zouden immers snel oplossen door de grote interne druk: het gas stroomt uit de bel. In microseconden zou het afgelopen moeten zijn met de bel, terwijl metingen al laten zien dat ze uren kunnen bestaan. Lohse en Brenner zoeken de drijvende kracht erin dat er weliswaar gas uit de bel stroomt, maar er tegelijk ook een instroom is. Als die twee in evenwicht zijn, kan de bel veel langer bestaan dan eerst aangenomen.
Volgens hun theorie vindt die instroom aan de rand van de bel plaats, dus waar de rand van de bel het hydrofobe oppervlak raakt. Het is bekend dat dichtbij een hydrofoob oppervlak een verhoogde concentratie van gasmoleculen te zien is: die moleculen worden aangetrokken door het oppervlak. Als deze moleculen nu via de rand de bel instromen kunnen ze een evenwichtstoestand bereiken met de moleculen die úit de bel stromen. Dit evenwicht is overigens niet stabiel: volgens de tweede wet van de thermodynamica zou dit alleen een overgangstoestand kunnen zijn. Dit zou impliceren dat de belletjes na uren of zelfs dagen toch oplossen.
