Botsende stralen bieden uitzicht op waterzuivering

Eigenlijk is een chemische reactie niets anders dan een heftige botsing op moleculaire schaal. Wat er zich tijdens de reactie allemaal precies afspeelt, kan heel goed worden waargenomen wanneer moleculen in de gasfase in een zogenoemde moleculaire bundel worden gebracht.

Door de reactanten op een precies bepaald punt loodrecht op elkaar te laten botsen en de brokstukken met behulp van snelle laserflitsen te volgen, kunnen de eerste femtoseconden (een femtoseconde is een miljoenste van een miljardste van een seconde) van de geboorte van een nieuw molecuul in beeld worden gebracht.

Ken Suslick en zijn studenten van de Universiteit van Illinois hebben onlangs op een unieke manier reacties op gang gebracht. Zij lieten twee vloeistofjets met een gecombineerde snelheid van zo'n 700 km/h op elkaar botsen (Journal of the American Chemical Society, 1 okt). Wanneer een vloeistof zich met dergelijke snelheden voortbeweegt, ontstaan er gasbelletjes die korte tijd later weer in elkaar klappen. Dit verschijnsel, dat hydrodynamische cavitatie heet, is onder meer verantwoordelijk voor de herrie die scheepsschroeven maken.

Nu wordt een soortgelijk fenomeen al veel langer gebruikt om chemische reacties 'aan te zetten'. In de sonochemie wordt cavitatie opgewekt met behulp van geluidsgolven. In de zo gevormde imploderende bellen neemt in zeer korte tijd de temperatuur toe tot soms wel een paar duizend graden celsius en worden drukken van honderden atmosfeer bereikt.

Suslick heeft nu laten zien dat hetzelfde ook in botsende vloeistofjets gebeurt. Door water dat verzadigd was met een chloorhoudend oplosmiddel onder hoge druk door een minuscuul gaatje te persen, bleek deze chloorverbinding te worden ontleed in reactieve radicalen.

De nu gepubliceerde resultaten zijn niet alleen belangrijk omdat ze de mogelijkheid van een heel nieuw soort chemie aantonen, ook kunnen ze nuttig worden toegepast. Want hoewel de reactiesnelheden nog vrij laag zijn, kan in de toekomst licht vervuild water misschien wel op een heel simpele en goedkope manier worden gereinigd.