17 Verbazingwekkende scheikundefeiten die je versteld doen staan

De voetbalvormige koolstofcluster C60 wordt wel eens ‘de mooiste molecule’ genoemd, en als je oog hebt voor symmetrie is het niet moeilijk te begrijpen waarom. Maar als je op school scheikunde leuk vond, of als je een carrière in de chemie hebt, weet je dat scheikunde verder gaat dan ‘schoonheid’.

Net als natuurkunde heeft scheikunde een inherente romantiek die voortkomt uit ‘de waarheid’, en niet zozeer uit klassieke esthetische kenmerken. Hopelijk zullen deze snelle scheikundefeiten en weetjes de belangstelling voor dit nobele wetenschapsgebied aanwakkeren of hernieuwen.

Blikseminslagen produceren ozon, vandaar de karakteristieke geur na onweer

Ozon, het drievoudige zuurstofmolecuul dat fungeert als een beschermende deken in de stratosfeer tegen ultraviolette straling, wordt in de natuur gecreëerd door de bliksem. Bij een blikseminslag kraakt de bliksem de zuurstofmoleculen in de atmosfeer tot radicalen die zich omvormen tot ozon. De geur van ozon is zeer scherp, vaak omschreven als vergelijkbaar met die van chloor. Daarom krijg je na een onweersbui dat gevoel van een “schone” geur.

De enige twee niet-zilvere metalen zijn goud en koper

Een metaal is een element dat gemakkelijk positieve ionen (kationen) vormt en metaalbindingen heeft. Deze elementen hebben elektronen die losjes aan de atomen worden vastgehouden, en zullen deze gemakkelijk overdragen. Dit is de reden waarom metalen uitstekende elektrische en thermische geleiders zijn – omdat de elektronen energie verplaatsen.

De elektronen van de meeste metalen weerkaatsen kleuren gelijkmatig, zodat het zonlicht als wit wordt weerkaatst. Goud en koper absorberen echter blauw en violet licht, waardoor geel licht overblijft. Opmerkelijk is dat koper ook het enige metaal is dat van nature antibacterieel is.

Water zet uit als het bevriest, in tegenstelling tot andere stoffen

Typisch is dat als iets koud is, het krimpt. Dat komt omdat temperatuur de atoomtrilling beschrijft – hoe meer trilling, hoe meer ruimte het inneemt, vandaar uitzetting. Water is een uitzondering. Ook al trilt het minder als het bevroren is, het ijs neemt meer volume in. Dat komt door de vreemde vorm van de watermolecule.

Als je je Scheikunde 101 nog herinnert, ziet de watermolecule eruit als Mickey Mouse, met het zuurstofatoom in het midden (het gezicht) en twee waterstofatomen elk in een hoek (Mickey’s oren). Door de binding van zuurstof en waterstof is de watermolecule een open structuur met veel ruimte. Als water bevriest komt er energie vrij omdat er veel extra sterke bindingen kunnen worden gemaakt. Maar het neemt wel meer ruimte in. En dus zet ijs uit als het bevriest. Een ander interessant feit is dat warm water sneller bevriest dan koud water.

Glas is eigenlijk een vloeistof, het stroomt alleen heel, heel langzaam

Het is eigenlijk waar, Mr. Freeze.

Glas is noch vloeibaar, noch vast, dus glas verklaren is een stuk moeilijker dan sommigen denken. In een glas stromen de moleculen nog steeds, maar met zo’n lage snelheid dat het nauwelijks waarneembaar is. Daarom is het niet voldoende om glas als vloeistof te classificeren, maar ook niet als vaste stof. In plaats daarvan classificeren scheikundigen glazen als amorfe vaste stoffen – een toestand die ergens tussen deze twee toestanden in ligt. Er bestaat ook iets dat metaalglas wordt genoemd – een klasse materialen die drie keer sterker zijn dan titanium en de elasticiteitsmodulus van botten hebben, terwijl ze toch extreem licht zijn

Elk waterstofatoom in uw lichaam is waarschijnlijk 13,5 miljard jaar oud omdat ze zijn ontstaan bij de geboorte van het heelal

Op het nulpunt, tijdens de singulariteit van het heelal, was het allereerste chemische element waterstof. Alle andere volgden door waterstof te laten samensmelten tot helium, dat vervolgens samensmolt tot koolstof, enzovoort. Ongeveer 73% van de massa van het zichtbare heelal is in de vorm van waterstof. Helium maakt ongeveer 25% van de massa uit, en al het andere vertegenwoordigt slechts 2%. In massa vormen waterstof en helium samen minder dan 1% van de aarde.

Supervloeibaar Helium tart de zwaartekracht en klimt op muren

Een opmerkelijke overgang doet zich voor in de eigenschappen van vloeibaar helium bij een temperatuur van 2,17 K (zeer dicht bij het absolute nulpunt), het zogenaamde “lambdapunt” voor helium. Een deel van de vloeistof wordt een “superfluïde”, een vloeistof zonder viscositeit die zich snel door elke porie in het apparaat zal bewegen.

Als je een handvol zout in een glas water giet, zal het waterniveau dalen

Als je in een badkuip stapt, zal het waterniveau onmiddellijk stijgen, volgens de wet van Achimedes. Maar wanneer je een hoeveelheid natriumchloride (zout) aan een hoeveelheid water toevoegt, neemt het totale volume in feite met wel 2% af. Hoe komt dat? De nettovermindering van het waargenomen volume is te wijten aan de moleculen van het oplosmiddel, die in de nabijheid van opgeloste ionen meer geordend worden.

Diamant en grafiet bestaan beide geheel uit koolstof en niets anders

Hoewel ze van hetzelfde materiaal zijn gemaakt, wordt het verschil tussen een kroonjuweel en potloodstift door de vorm bepaald. Diamant en grafiet zijn namelijk verschillend gerangschikt in de ruimte, waardoor ze allotropen van koolstof zijn.

Het zeldzaamste in de natuur voorkomende element in de aardkorst is astatine

Genoemd naar het Griekse woord voor instabiel (astatos), is astatine een in de natuur voorkomend halfmetaal dat ontstaat uit het verval van uranium en thorium. In zijn meest stabiele vorm heeft het element een halveringstijd van slechts 8,1 uur. De hele korst blijkt ongeveer 28 gram van het element te bevatten. Als wetenschappers het ooit moeten gebruiken, moeten ze het in principe vanaf nul maken. Tot nu toe is slechts 0,00000005 gram astatine gemaakt.

Deze buckyballs verkopen voor $167 miljoen per gram. Het enige dat duurder is in de wereld is antimaterie

Een startup in Oxford heeft onlangs endohedrale fullerenen verkocht voor $167 miljoen per gram. Volgens Designer Carbon Materials – het enige bedrijf ter wereld dat dit exotische materiaal produceert – verkocht het 200 microgram zuivere endohedrale fullerenen voor $33.400.

DNA is een vlamvertrager

DNA, ook bekend als de blauwdruk van het leven, bevat alle biologische instructies die elke soort uniek maken. De levensmolecule is ook verrassend stevig en wordt beschouwd als een natuurlijk brandvertragend en -onderdrukkend middel. De vlamvertragende eigenschappen zijn te danken aan de chemische structuur van DNA – bij verhitting produceert de fosfaathoudende ruggengraat fosforzuur, dat op chemische wijze water verwijdert, waardoor een vlamwerend, koolstofrijk residu overblijft. Andere basen, zoals stikstof, reageren om ammoniak te produceren, dat de verbranding remt. In de toekomst willen onderzoekers stof bekleden met DNA om ontvlambare kleding te maken.

Een centimeter regen is gelijk aan 10 centimeter sneeuw

Wanneer de temperatuur rond de 30 graden F (0 graden C) is, zou een centimeter vloeibare neerslag vallen als 10 centimeter sneeuw – ervan uitgaande dat de neerslag allemaal sneeuw is.

Een rubberband is technisch gezien één reusachtige gepolymeriseerde molecule

Sommige moleculen kunnen zeer groot zijn, maar de meeste zijn nog steeds microscopisch klein. De gevulkaniseerde band echter niet – het is allemaal één grote molecule! De gevulkaniseerde band bestaat uit grote polymeerketens die met covalente bindingen aan elkaar zijn gelijmd.

De airbags van uw auto zitten vol met het zout natriumazide, dat zeer giftig is

Als er een botsing plaatsvindt, geven de sensoren van de auto een elektrische impuls die in een fractie van een seconde de temperatuur van de zouten dramatisch doet stijgen. Deze vallen dan uiteen in onschadelijk stikstofgas, waardoor de airbag snel uitzet.

De beroemde chemicus Glenn Seaborg was de enige die zijn adres in chemische elementen kon schrijven

Hij zou schrijven Sg, Lr, Bk, Cf, Am. Dat is Seaborgium (Sg), genoemd naar Seaborg zelf; Lawrencium (Lr), genoemd naar het Lawrence Berkeley National Laboratory; Berkelium (Bk), genoemd naar de stad Berkeley, de thuisbasis van UC Berkeley; Californium (Cf), genoemd naar de staat Californië; Americium (Am), genoemd naar Amerika.

Lucht wordt vloeibaar bij -190°C

In het algemeen komt materie voor in een van de vier toestanden: vast, vloeibaar, gas en plasma. De lucht die wij allen inademen is gasvormig, maar zoals elke soort materie kan zij van toestand veranderen wanneer zij aan een bepaalde temperatuur en druk wordt blootgesteld. Lucht is een mengsel van stikstof, zuurstof en andere gassen. Het gas kan vloeibaar worden gemaakt door compressie en afkoeling tot extreem lage temperaturen – onder normale atmosferische druk moet lucht worden afgekoeld tot -200°C en onder hoge druk (meestal 200 atmosfeer) tot -141°C om in vloeistof te veranderen. Vloeibare lucht wordt commercieel gebruikt om andere stoffen in te vriezen en vooral als tussenstap bij de productie van stikstof, zuurstof en argon en de andere inerte gassen.

Mars is rood door ijzeroxide

Terwijl de aarde soms de ‘blauwe knikker’ wordt genoemd omdat hij grotendeels bedekt is met oceanen en een dikke atmosfeer heeft, waardoor hij er blauw uitziet, is Mars bedekt met veel ijzeroxide – dit zijn dezelfde verbindingen die bloed en roest hun aparte kleur geven. In het licht hiervan is het geen toeval dat Mars, die af en toe als een helderrode ‘ster’ verschijnt, naar de Griekse god van de oorlog werd genoemd.