Druk
Hoe regelen we de druk?
Vaak willen we de druk regelen, door hem hoger of lager te maken dan de atmosferische druk. Bijvoorbeeld, in de chemische industrie, worden veel reacties uitgevoerd bij hoge druk. In het laboratorium kunnen we lage druk gebruiken om een vloeistof door een filter te trekken of een oplosmiddel te verdampen. We kunnen ook vacuümtechnieken gebruiken om “luchtvrije” chemie te bedrijven, als we moleculen willen bestuderen die met water of lucht reageren, door alle lucht uit onze houders te verwijderen voordat we de chemicaliën toevoegen. Veel belangrijke instrumenten die in de natuur- en scheikunde worden gebruikt, zoals elektronenmicroscopen, werken alleen onder vacuüm.
Om een vacuüm te maken, gebruiken we meestal een pomp om de lucht te verwijderen. We kunnen geen perfect vacuüm maken dat geen gasmoleculen bevat, maar we kunnen het aantal moleculen tot een vrij laag niveau terugbrengen. Om een ultrahoog vacuüm te krijgen, of zelfs gewoon een hoog vacuüm, kunnen we 2 of meer verschillende soorten pompen gebruiken. Sommige pompen werken door herhaaldelijk een volume te vergroten, zodat het gas zich uitbreidt naar de grotere ruimte, en dan gescheiden wordt van het gebied dat wordt geëvacueerd. (Zie enkele afbeeldingen op Wikipedia.) Of we kunnen de gasmoleculen absorberen op een oppervlak om ze te verwijderen uit de ruimte die wordt geëvacueerd. Normale stofzuigers die thuis worden gebruikt, werken misschien op 0,2 atm, terwijl ultrahoog vacuüm in een lab misschien 100 nPa is.
Om zeer hoge drukken te maken, gebruiken wetenschappers soms diamanten aambeelden. Geochemici die bestuderen hoe gesteenten worden gevormd, kunnen bijvoorbeeld een beetje water en mineraalpoeder tussen de uiteinden van twee kleine, puntige diamanten plaatsen (net als in een verlovingsring). Dan duwen ze de diamanten tegen elkaar, en de kracht wordt geconcentreerd op alleen de kleine puntjes van de diamanten, zodat de druk enorm is, ongeveer 3 miljoen atm. En omdat de diamanten helder zijn, kunnen de wetenschappers dwars door de diamant heen zien wat er gebeurt!
Figuur 3: Dwarsdoorsnede van een Diamond Anvil Cell. De volgende zaken zijn opgenomen: De twee diamanten waartussen de druk wordt gecreëerd. Het monster. Een robijn die gewoonlijk als drukindicator wordt gebruikt. De pakking die de monsterkamer afsluit De behuizing met de schroeven. Door het aandraaien van de schroeven komen de omhulsels en de diamant dichter bij elkaar te liggen en wordt druk opgebouwd. De steunplaat die de diamant op zijn plaats houdt. Elektromagnetische stralen die door de monsterkamer gaan om metingen mogelijk te maken. (CC-SA-BY-3.0; Tobias1984)