Kiemen in een onderkoelde vloeistof zijn niet homogeen. Alleen de kern is echt uitgekistalliseerd, de buitenkant is wel een beetje geordend maar kan nog alle kanten uit. En dat is waarom de voorspellingen van de klassieke nucleatietheorie niet altijd kloppen, zo schrijven UvA-onderzoekers Wolfgang Lechner en Peter Bolhuis in Physical Review Letters.

Die nucleatietheorie voorspelt onder meer het moment dat een deeltje zó groot is dat het niet meer oplost, maar onherroepelijk uitgroeit tot een full size kristal. Maar wanneer je het nucleatieproces simuleert op de computer, dan blijken grotere deeltjes soms ook nog spontaan te verdwijnen terwijl kleinere gewoon doorgroeien in plaats dat ze oplossen..

Nog verfijndere computersimulaties laten nu dus zien wat daarvan de reden is. Rond elke gekristalliseerde kern zit een wolk ‘besluiteloze’ deeltjes die op het punt staan zich op het kristal vast te zetten, maar dat ook niet kunnen doen. Hoe het afloopt, is een kwestie van toeval.

Wanneer je bij je berekeningen ook de diameter van die wolk meeneemt, klopt het allemaal ineens een stuk beter.

In een persbericht geeft de Stichting FOM een suggestie voor een praktijkdemonstratie die we u niet willen onthouden:

“Neem een bekerglas of een petfles water (het werkt zelfs beter met bier in een heldere fles) en zet deze gedurende de nacht rechtop in de vriezer. Tot verbazing van de meeste mensen is het water de volgende ochtend nog steeds vloeibaar in plaats van bevroren. Pas na je de fles een schok geeft, zal het water zeer snel bevriezen.

Interessant is wat er precies gebeurt met het water. Eerst wordt het water gekoeld tot het vriespunt. Het water bevriest dan niet onmiddellijk, maar blijft vloeibaar zelfs na verdere afkoeling. Deze zogenaamde onderkoelde vloeibare toestand is het uitgangspunt van de revolutie van de watermoleculen. Ze zijn ontevreden, ze willen ijs zijn, geen water.

Deze situatie kan een hele lange tijd duren. Pas na een schokje kan een klein aantal van hen spontaan een kleine kern van ijskristal vormen, die dan snel groeit en uiteindelijk de hele waterfles overneemt. Drukgolven die door de schok ontstaan in de fles verlagen de energiebarrière voor nucleatie tijdelijk. Daardoor besluit de wolk van besluiteloze deeltjes direct te bevriezen.”

bron: FOM