Keukenzout zet water onder hoge druk

Water is nog steeds de meest gewone, maar in vele opzichten minst begrepen vloeistof op aarde. Zijn moleculen bestaan uit driehoeken van twee waterstofatomen en één zuurstofatoom, die vooral via waterstofverbindingen aan elkaar zitten. De zuurstofatomen hebben de neiging zich te omringen met vier protonen: twee uit het eigen molecule en twee van naburige moleculen. Zo ontstaat de karakteristieke tetraeder-structuur van water.

Maar deze structuur is heel vluchtig omdat de bindingen constant - 500 miljard maal per seconde - worden verbroken en hersteld. Daardoor kan water stromen, maar is het heel moeilijk om te achterhalen wat er op moleculaire schaal gebeurt.

Enkele jaren geleden werd ontdekt dat deze karakteristieke, vluchtige structuur van water onder invloed van hoge druk en temperatuur verandert. Toen werd ook de suggestie gedaan dat ionen in het water eenzelfde effect zouden kunnen veroorzaken. Een Frans en een Brits onderzoeker hebben dit nu bevestigd met behulp van de techniek van de neutronendiffractie. Water wordt dan bestraald met neutronen, die vrijwel zonder absorptie door de vloeistof heen vliegen maar wel door de kernen van zuurstof- en waterstofatomen worden verstrooid.

De onderzoekers gingen met behulp van deze techniek de effecten na van hoge zoutconcentraties op het door waterstofbruggen in stand gehouden netwerk van watermoleculen. De gekozen zouten waren ammonium- en natriumsulfaat (in een concentratie van 2 mol) en ammonium- en natriumchloride (in een concentratie van 4 mol). Uit de metingen blijkt dat deze zouten eenzelfde soort verstoring in de structuur van zuiver water veroorzaken als hoge druk. Zo heeft natriumchloride (keukenzout) hetzelfde effect als een druk van 1400 atmosfeer en natriumsulfaat het effect van 1700 atmosfeer (Nature 278, p. 364).

De grootte van het druk-effect blijkt af te hangen van het soort ion. Dit wijst er volgens de onderzoekers op dat de oorzaak van het effect moet worden gezocht in het zogeheten partiële molaire volume van het betreffende ion ten opzichte van dat van de watermoleculen. Onder het molaire volume verstaat men het volume dat door één grammolecule (mol) van de betreffende stof wordt ingenomen. Natrium- en sulfaationen hebben aanzienlijk kleinere partiële molaire volumina dan water, waardoor ze een relatief grote invloed zouden hebben op de krachten die de moleculen van water bijeen houden.

    • George Beekman