‘Paranooteffect’ voor het eerst waargenomen in mengsels van colloïden

Experimenteel en theoretisch natuurkundigen van de Universiteit Utrecht hebben voor het eerst een onverwacht verschijnsel in mengsels van colloïdale deeltjes waargenomen: het ‘paranooteffect’. De ontdekking is belangrijk voor kennis over materie, waaronder colloïden, polymeren, vloeibare kristallen en oppervlakte-actieve stoffen. Maar ook ontwikkelaars van verf en inkt, en compleet andere disciplines, zoals de geologie, hebben baat bij inzicht in dit fenomeen. De studie verscheen onlangs in het wetenschappelijke tijdschrift PNAS. 

Waarschijnlijk is het je wel eens opgevallen: wanneer je een notenmengsel flink schudt, komen de grootste noten, zoals de paranoten, boven drijven. Hetzelfde geldt voor de grovere stukken in een pak muesli. Gek eigenlijk, want je zou verwachten dat de zwaardere bestanddelen vanwege de zwaartekracht juist naar de bodem zouden zakken. Desondanks is het een bekend fenomeen dat heel toepasselijk het ‘paranooteffect’ wordt genoemd.

Theoretisch én experimenteel

Het paranooteffect is nu voor het eerst waargenomen in mengsels van geladen colloïdale deeltjes. Dat zijn deeltjes die zich op veel vlakken gedragen als moleculen, maar wel veel groter zijn. Het onderzoek werd verricht door promovendi Marjolein van der Linden en Jeffrey Everts, onder begeleiding van de Utrechtse hoogleraren Alfons van Blaaderen van het Debye Instituut en René van Roij van het Instituut voor Theoretische Fysica. De onderzoekers namen het paranooteffect waar in fysische experimenten, maar ook de theorie kon het fenomeen voorspellen. Beide toonden aan dat de zwaardere, geladen colloïdale deeltjes kwamen boven drijven.

De kennis kan direct worden toegepast in de industrie, bijvoorbeeld om verf en inkt te stabiliseren

Verf en aardlagen

De ontdekking van het paranooteffect in mengsels van colloïdale deeltjes is van belang voor de studie van zachte gecondenseerde materie, zoals vloeistoffen, gels en schuim. Daarnaast kan de kennis direct worden toegepast in de industrie, bijvoorbeeld om verf en inkt te stabiliseren. Zelfs buiten de materiaalkunde is begrip van het paranooteffect nuttig. Inzicht in sedimentatieprocessen leidt immers tot fundamentele inzichten in bijvoorbeeld de structuur van aardlagen in de geologie.

Elektrische lading

Het paranooteffect in mengsels van colloïdale deeltjes met een gelijke lading wordt veroorzaakt door de aanwezigheid van negatieve of positieve elektrische lading op het oppervlak van de colloïdale deeltjes. Grotere (en dus zwaardere) deeltjes hebben meer lading, waardoor ze elkaar harder afstoten, soms zelf zo hard dat ze elkaar ondanks hun grotere massa toch naar grotere hoogten kunnen stuwen dan de kleinere (lichtere) deeltjes. Door voldoende zout toe te voegen aan de vloeistof wordt dit effect opgeheven, doordat zoutionen een ladings-afschermende elektrische dubbellaag vormen rondom de deeltjes. Dat zorgt ervoor dat de onderlinge afstoting veel minder sterk wordt en de zwaarste deeltjes gewoon tot de grootste diepten zakken.

Overigens heeft het paranooteffect in het eerdergenoemde notenmengsel een heel andere verklaring: wanneer je het mengsel schudt, vallen de kleinere deeltjes in de gaten die onderin ontstaan en stuwen zo de grotere deeltjes omhoog.