Nucleatie-revolutie in fles bier

Onderzoekers van de Universiteit van Amsterdam en Wenen en de Stichting FOM hebben onverwachte resultaten geboekt met computersimulaties op basis van de klassieke nucleatietheorie (kiemvorming). Deze theorie voorspelt dat kiemen alleen kunnen groeien als zij een kritische omvang hebben, maar voorspellingen komen niet altijd uit.

FOM-werkgroepleider prof.dr. Peter Bolhuis en zijn collega's hebben nu de oorzaak gevonden: de nucleatiekernen zijn niet homogeen, maar gestructureerd in lagen. De binnenste kern bestaat uit de meest stabiele kristalstructuur, maar wordt omgeven door een besluiteloze wolk van deeltjes. Uit eerdere simulaties blijkt dat kleine kernen die werden verondersteld te krimpen, juist groeiden, terwijl andere kernen die groot leken, verdwenen.

Gestructureerd in lagen

De onderzoekers tonen nu aan dat nucleatiekernen niet homogeen zijn, maar gestructureerd in lagen. Alleen de binnenste kern bestaat uit de gewenste meest stabiele kristalstructuur. Deze kern wordt omgeven door een besluiteloze wolk van deeltjes, die weliswaar geordend zijn maar niet echt kristallijn. Neemt men zowel de grootte van de kern als de grootte van de oppervlaktewolk mee, dan kan men nauwkeurig voorspellen of nucleatie en daarmee de faseovergang zal plaatsvinden.

Bier in een heldere fles

Probeer het volgende experiment: neem een bekerglas of een petfles water (het werkt zelfs beter met bier in een heldere fles) en zet deze gedurende de nacht rechtop in de vriezer. Tot verbazing van de meeste mensen is het water de volgende ochtend nog steeds vloeibaar: een onderkoelde vloeibare toestand. Pas nadat je de fles een schok geeft, zal het water zeer snel bevriezen. Drukgolven die door de schok ontstaan in de fles verlagen de energiebarrière voor nucleatie tijdelijk. Daardoor besluit de wolk van besluiteloze deeltjes direct te bevriezen.

(bron: FOM)