Nederlands Tijdschrift voor Natuurkunde

Het feit dat ijs glad is zorgt er niet alleen voor dat gletsjers naar beneden glijden, maar ook dat je erop kunt schaatsen, terwijl dat niet kan op glas of beton. Maar wat maakt ijs glad? We weten dat dit komt door het bijzondere oppervlak van ijs, maar hoe dat oppervlak er op moleculair niveau uitziet is nog niet goed bekend. Door de vibraties van watermoleculen te bestuderen is het tijdens mijn promotieonderzoek gelukt om nieuw inzicht te krijgen in het ijsoppervlak.

Auteur: Wilbert J. Smit

Water op ijs
IJs is erg glad – wel honderd keer gladder dan de meeste andere vaste stoffen. Waarom is nog steeds niet helemaal duidelijk. Dat het spekgladde karakter van ijs te maken heeft met een laagje vloeibaar water staat al ruim een eeuw vast. Je glijdt met je schaats of ski in feite over een laag ‘losse’ watermoleculen, net zoals je flink kunt uitglijden over een vloer waarover een emmer knikkers is uitgestrooid. En wie kent de waarschuwingsbordjes niet als iemand zojuist heeft gedweild met, nou ja, watermoleculen?

De wetenschappelijke onenigheid over de gladheid van ijs begint met de vraag hóe dat laagje water op ijs komt. Een theorie die nog altijd in veel lesboeken is terug te vinden is dat de druk van je schaats het ijs doet smelten. Water zet uit als het bevriest, dus volgens Le Chateliers principe smelt ijs als je het onder druk zet. Een schaatsijzer is nog geen millimeter breed, dus dat levert al snel een druk op van een paar honderd atmosfeer. Echter, dit leidt slechts tot een smeltpuntsverlaging tot ongeveer -1˚C en verklaart dus niet waarom je ook bij lagere temperaturen kunt schaatsen. Kortom, deze theorie voor de gladheid van ijs is onhoudbaar.

Een andere verklaring is dat het water ontstaat door wrijving. De wrijving tussen schaats en ijs creëert warmte. Door deze warmte smelt een laagje ijs, waar je vervolgens overheen kunt glijden. Dit zou kunnen verklaren waarom je met wat tempo over ijs kan glijden, maar niet waarom ijs zelfs glad is als je stilstaat en je nog geen wrijvingswarmte produceert. De gladheid van ijs is dus een onopgelost mysterie. Om dit op te kunnen lossen moeten we meer over de moleculaire eigenschappen van het ijsoppervlak te weten komen. Dat is echter nog niet zo eenvoudig.

Lees het volledige artikel in het maartnummer van het NTvN.