Als kind is een van de eerste dingen die we op school leren de fysische toestanden van water: vast, vloeibaar en gas. Maar in tegenstelling tot hoe het klinkt en wat we ons hele leven geloven, zijn dit niet de enige toestanden. Wetenschappers van het Lawrence Livermore National Laboratory in Californië hebben een onderzoek gepubliceerd in Nature over de recente ontdekking van superionisch water Dertig jaar geleden voorspeld door theoretische natuurkundigen, maar nu pas echt waargenomen.

Wat is superionisch water?

Superionisch water is een andere vorm van water. Het ontstaat wanneer de vloeistof in contact komt met hoge temperatuur- en drukniveaus. Onder deze omstandigheden wordt het dicht en heet, met de textuur en het gedrag van een metaal.

Hoe wordt water tegelijkertijd vast en vloeibaar?

Om te begrijpen hoe het superionische fenomeen werkt, moet je bij de basis beginnen: water bestaat uit twee waterstofatomen en één zuurstofatoom - vandaar de beroemde formule H2O. Normaal gesproken groeperen ze zich in een 'V'-vorm, waarbij het zuurstofatoom de twee waterstofatomen verbindt.

Illustratie van de vorming van superionische ijsblokjes door de hitte en druk die lasers genereren.

Het gewone ijs, dat we kennen en dagelijks gebruiken, heet 1H, en de H20-moleculen groeperen zich samen tot zeshoeken. Maar er zijn andere vormen, die zich op verschillende manieren structureren, afhankelijk van de temperatuur en druk op het moment van bevriezing. De wetenschap kent er minstens twaalf.

Wetenschappers van Lawrence Livermore gebruikten twee stukken diamant om een bepaalde hoeveelheid water samen te drukken onder een druk van 25.000 kilogram per vierkante centimeter. Zo ontstond ijs VII, dat ongeveer 60 procent dichter is dan gewoon water en vast is bij kamertemperatuur.

Vervolgens gebruikten ze laserlicht om schokgolven in het ijs te veroorzaken, waardoor de temperatuur met duizenden graden Celsius steeg en er een druk werd uitgeoefend van meer dan een miljoen keer die van de atmosfeer van de aarde. Het superionische ijs veranderde in vloeibaar bij een temperatuur van 4.700 graden Celsius.

Waar is het mogelijk om tegelijkertijd vast en vloeibaar water te vinden?

Wetenschappers denken dat deze ijsvorming kan voorkomen op verschillende planeten in het zonnestelsel en daarbuiten, waaronder Neptunus en Uranus. Het is mogelijk dat de ontdekking zelfs kan helpen bij het verklaren van het gedrag van het magnetische veld van deze planeten, waarvan de atmosferen een constante regen van diamanten hebben.