Door Chris Deziel | Bijgewerkt op 30 augustus 2022

Het verlagen van het vriespunt van water is een veelgebruikte keukentruc:voeg gewoon zout, suiker of een andere opgeloste stof toe. Het verhogen van de vriestemperatuur is echter veel minder eenvoudig, en veel wetenschappers vroegen zich lange tijd af of dit wel mogelijk was. Recent onderzoek heeft aangetoond dat, onder specifieke omstandigheden, het vriespunt van zuiver, onderkoeld water inderdaad kan worden verhoogd met behulp van een handvol onconventionele technieken.

Het vriespunt verhogen met alcohol

Water is een polair molecuul dat gemakkelijk waterstofbruggen vormt. Wanneer een druppel zuiver water in stilstaande lucht wordt gesuspendeerd en ervoor wordt gezorgd dat het geen enkel oppervlak raakt, kan het vloeibaar blijven tot ruim onder de 0°C – tot grofweg –40°C in laboratoriumomgevingen. Het toevoegen van alcohol verandert dit gedrag dramatisch. Bij afkoeling rangschikken alcoholmoleculen zich in ijsachtige zeshoeken die dienen als kiemplaatsen. De waterdruppels coalesceren rond deze structuren, waardoor het vriespunt van het mengsel effectief wordt verhoogd tot 0°C, ook al was het water zelf onderkoeld.

Elektrische velden als hulpmiddel

Israëlische onderzoekers onderzochten een andere weg door geladen cellen te genereren met pyro-elektrische kristallen in koperen cilinders. In een vochtige ruimte koelden ze de omgeving af totdat water condenseerde op de kristallen. Op een ongeladen oppervlak bevroor de druppel bij –12,5°C, maar als het oppervlak een positieve lading had, bevroor ze bij –7°C; bij een negatieve lading daalde het vriespunt tot –18°C. Nog intrigerender was dat druppeltjes op een negatief geladen oppervlak tien minuten lang vloeibaar bleven bij –11°C. Toen de lading verdween, veroorzaakte het verhogen van de kamertemperatuur tot –8°C een snelle bevriezing, een resultaat dat het team toeschrijft aan het herstel van een positieve lading op de kristallen.

Andere verrassende stoffen:roet en testosteron

Het toevoegen van roet aan zuiver water kan het vriespunt met ongeveer 7°C verhogen, maar het effect is veel uitgesprokener bij het mannelijke hormoon testosteron. In experimenten verhoogde testosteron het vriespunt van onderkoeld water van –40°C tot wel –1°C. Hoewel het onderliggende mechanisme onduidelijk blijft, vermoeden onderzoekers dat het op dezelfde manier werkt als alcohol, omdat het zorgt voor extra kernvormingsplaatsen die ijsvorming bevorderen.

Grenzen van vriespuntdaling

De mate waarin je het vriespunt van water kunt verlagen hangt af van de concentratie van de opgeloste stof, maar er is een praktisch plafond. Het nulpunt van de Fahrenheit-schaal (–17,8°C) wordt gedefinieerd als de vriestemperatuur van een verzadigde zoutoplossing; er kan geen zout meer oplossen, dus 0°F vertegenwoordigt het laagst haalbare vriespunt via toevoeging van opgeloste stoffen. Niettemin kan echte onderkoeling ervoor zorgen dat water vloeibaar blijft bij temperaturen tot –48°C (–55°F), zoals aangetoond door onderzoekers van de Universiteit van Utah.