Tag Archief: chemie

Waarom koelt vette soep minder snel af dan magere soep?

ikhebeenvraag.beVandaag plaats ik nog vier vragen die ik beantwoordde voor “Ik heb een vraag” (zie ook hier en hier).

De eerste vraag heb ik gekozen als titel voor dit stukje omdat het me toelaat het trefwoord “huis-, tuin- en keukenfysica” nog eens aan te vullen. :-)

~

Jana vroeg:

“Waarom koelt vette soep minder snel af dan magere soep als je erover blaast?”

Mijn antwoord (link)

Beste Jana,

Dit was me nog nooit opgevallen, maar ik kan het wel verklaren:

  1. Vet of olie heeft een lagere dichtheid dan water, dus het drijft op de soep (dit kan je zien als blinkende vlekjes op de soep).
  2. Vetten en oliën bestaan uit grote moleculen (met lange koolstofketens), die per molecule zwaarder zijn dan water, waardoor ze minder gemakkelijk verdampen dan water.

Het eerste punt lijkt het tweede punt misschien tegen te spreken, dus leg ik het even verder uit. Vetten zijn grotere moleculen en per molecule dus zwaarder dan water; dat was punt (2). Maar watermoleculen (H2O) zijn polair en de staarten van vetmoleculen niet. Daardoor zitten de watermoleculen in een waterdruppel heel dicht tegen elkaar, terwijl de vetmoleculen in vetdruppel meer tussenruimte hebben: de dichtheid van water is dus hoger dan van vet en dat was punt (1).

Deze twee effecten werken samen bij het antwoord op je vraag: het vet zelf verdampt minder gemakkelijk dan het water van de soep (2) en bovendien dekt het vet de rest van de soep af (1), waardoor er minder oppervlak overblijft waarlangs het water van de soep kan verdampen.

Hierdoor blijft vette soep langer warm dan magere, zelfs als je erover blaast.

Hetzelfde geldt ook voor room in koffie.

Vriendelijke groeten,
Sylvia

~

Nelson vroeg:

“Is er een vloeistof die kan drijven op een gas?”

Mijn antwoord (link)

Beste Nelson,

Nee, de afstand tussen gasmoleculen is doorgaans veel groter dan in een vloeistof. Het verschil in dichtheid tussen gassen en vloeistoffen is gemiddeld veel groter dan tussen vloeistoffen en vaste stoffen, waardoor er geen voorbeeld is waarbij de dichtheid omkeert (zoals bij ijs en vloeibaar water, waardoor ijs inderdaad op water kan drijven).

Er is wel een gas met een dichtheid die zes keer groter is dan lucht: zwavelhexafluoride.

Dit wordt soms gebruikt voor demonstraties: je kan op een bak vol (onzichtbaar) zwavelhexafluoride een bakje van aluminium laten drijven. Dit is zelfs een vaste stof, maar de vaste stof is maar een dun laagje gevuld met lucht. (Het werkt dus zoals een schip: je kan een schip maken van een materiaal dat zelf niet op water drijft.) Je zou in het bakje ook een klein beetje water kunnen doen en in zekere zin zou er dan “een vloeistof op een gas” drijven, maar als je het water rechtstreeks op het gas zou gieten zou het er wel doorzakken, dus het is een beetje valsspelen! ;-)

Kijk maar naar dit filmpje.

Vriendelijke groeten,
Sylvia

PS: Als je het gas zwavelhexafluoride inademt en dan praat, klinkt je stem veel zwaarder dan normaal. Het omgekeerde dus als bij helium: helium heeft juist een lagere helium dan lucht en daarbij klinkt je stem hoger dan normaal. Ook daarvan is er een filmpje.

~

Nelson vroeg ook:

“Is er een verband tussen kookpunt, smeltpunt en het atoomnummer of de atoommassa?”

Mijn antwoord (link).

Blokje tijd.

Bron afbeelding en meer info: zie deze pdf.

Beste Nelson,

Ja, er zijn trends binnen het periodiek systeem, maar op de meeste ervan zijn er ook uitzonderingen.

Als we naar de perioden kijken (horizontale rijen in het periodiek systeem), dan zien we over het algemeen dat smelt- en kookpunt eerst toenemen en dan afnemen met toenemend atoomnummer (van links naar rechts). De edelgassen, op het uiteinde van een periode, hebben het laagste smelt- en kookpunt. Naar het midden toe zijn de smelt- en kookpunten hoger en bovendien stijgt het kookpunt er sterker dan het smeltpunt.

Dit valt als volgt te begrijpen: smelt- en kookpunt hebben te maken met de bindingssterkte tussen atomen. (Bijvoorbeeld voor smelten: de temperatuur hangt samen met de hoeveelheid energie die er nodig is om de binding tussen atomen in de vaste stof te verbreken en zo het materiaal vloeibaar te maken.) Binnen een periode hangt die bindingssterkte af van de elekronische structuur. Edelgassen hebben geen vrije elektronen en zijn dus zwak gebonden. Daardoor smelten en koken ze ook bij een lagere temperatuur dan de andere elementen in hun periode, waardoor we ze bij kamertemperatuur als gassen kennen.

Als we naar de groepen kijken (verticale kolommen in het periodiek systeem), dan zien we meestal dat smelt- en kookpunt toenemen met toenemend atoomnummer (van boven naar onder). Dat komt doordat het totale aantal elektronen en daarmee de vanderwaalskracht tussen atomen toeneemt met de atoommassa, waardoor de binding sterker is en er meer energie (hogere temperatuur) nodig is om die te verbreken.

Op de grafiek zie je het atoomnummer op de horizontale as. Het smeltpunt is de fuchsia lijn en het kookpunt de donkerblauwe lijn. (Kamertemperatuur is aangegeven met de gele lijn.)

Je kan smelt- en kookpunten (en nog veel meer eigenschappen) van de elementen opzoeken op deze Engelstalige website.

De positie in het periodiek systeem zegt niet alles over smelt- en kookpunt. Denk bijvoorbeeld aan koolstof (atoomnummer 6). Dat kan in vaste vorm voorkomen als grafiet en als diamant (en er zijn nog andere vormen). (Dit wordt allotropie genoemd.) Grafiet en diamant hebben duidelijk verschillende eigenschappen: grafiet is zwart en zacht, terwijl diamant kleurloos en zeer hard is. Het zal je dan ook niet verbazen dat ook het smelt- en kookpunt verschillen, terwijl het toch hetzelfde atoomnummer is. De bindingen in diamant zijn sterker dan in grafiet en de smelttemperatuur is dan ook hoger. Daarom moet er bij tabellen voor sommige elementen onder staan over welke vorm het precies gaat; voor koolstof is dat meestal diamant.

Vriendelijke groeten,
Sylvia

~

Guy vroeg:

“Duwt middelpuntvliedende kracht een zwaarder voorwerp meer naar de zijkant van een draaiende bol dan een lichter voorwerp? Of juist minder?

In een snel ronddraaiende bol zitten lichte en zware voorwerpen door elkaar. Welke zullen tegen de buitenrand geduwd worden, de lichtere of de zwaardere?

Mijn antwoord (link):

Beste Guy,

De middelpuntvliedende (of centrifugale) kracht is een schijnkracht, die je kan begrijpen in termen van traagheid (de eerste wat van Newton). Hierbij helpt het om het standpunt in te nemen van een waarnemer die niet meedraait. Als je in de auto een felle bocht neemt, dan heb je het gevoel dat je naar buiten wordt geduwd (“tegen de bocht in”), maar het is een effect van traagheid: je lichaam gaat nog een beetje rechtdoor (vorige bewegingstoestand), terwijl de auto al afdraait. De effecten van traagheid zijn het duidelijkst bij de grootste massa (-dichtheid).

Het antwoord op je vraag kan je zelf zien door met een heliumballon in de auto een bocht te nemen: terwijl jij naar buiten helt, zal de heliumballon naar binnen bewegen. Dat komt doordat de heliumballon een lagere dichtheid heeft dan de lucht in de auto, terwijl de passagiers juist een hogere dichtheid hebben dan lucht. Bekijk bijvoorbeeld dit filmpje.

De zwaardere voorwerpen zullen dus naar buiten geduwd worden in een sneldraaiende bol: dat is precies hoe een centrifuge werkt waarmee in het labo vloeistoffen worden gescheiden in laagjes per dichtheid. (De zwaardere stoffen bewegen namelijk meer naar buiten, dit is meer naar onder in de proefbuisjes.)

Vriendelijke groeten,
Sylvia

Sluimerende wetenschap: gaat de wekker ooit af?

Dit stukje is in licht gewijzigde vorm als artikel verschenen in Eos.
(Jaargang 32, nummer 9. Pdf-versie van het artikel.)

Bij mijn eerdere radiobijdrage was het me niet helemaal gelukt om de punten die ik zelf het belangrijkste vond aan dit onderzoek goed uit te leggen. Daarom schreef ik mijn aantekeningen uit tot een artikel voor Eos.

~

Sluimerende wetenschap

Schone slaapsters

Sleeping Beauties.

De meeste wetenschappelijke artikels vertonen een gelijkaardig citatiepatroon: de eerste jaren wordt het artikel in toenemende mate geciteerd, daarna dooft de aandacht uit. Er blijken echter ook slaapkoppen tussen te zitten, waarbij de erkenning voor een studie pas vele jaren na de publicatie volgt. Wat zorgt ervoor dat deze artikels alsnog populair worden? En welke lessen moeten we hieruit trekken voor het wetenschapsbeleid?

Schone slaapsters in de wetenschap’ zijn artikels die pas na verloop van jaren plots veel geciteerd worden. Recent onderzoek toont aan dat dit fenomeen meer voorkomt dan eerder gedacht. Deze vondst stemt tot nadenken: de huidige manier om de impact van onderzoek te meten en onderzoekers te evalueren en te financieren, kijkt immers vooral naar citaties op korte termijn (binnen twee tot vijf jaar na publicatie).

Mendelsyndroom

Er zijn bekende voorbeelden van wetenschappers die hun tijd zo ver vooruit waren dat hun werk pas werd gewaardeerd na hun dood. Denk maar aan Gregor Mendel die rond 1860 experimenten deed met het kruisen van bonenplanten en zo de erfelijkheid van hun eigenschappen ontdekte. Mendel overleed in 1884, maar het belang van zijn pionierswerk voor de genetica werd pas later erkend.

Een ander voorbeeld is de Hongaarse arts Ignaz Semmelweis. Hij voerde in 1847 een antiseptische procedure in op de kraamafdeling van een ziekenhuis in Wenen: iedereen moest voortaan de handen wassen met bleekwater alvorens een aanstaande moeder te onderzoeken. Door deze maatregel kwam kraamvrouwenkoorts – die vaak dodelijk was – veel minder voor op de afdeling. Toch vonden de ideeën van Semmelweis pas echt ingang na zijn dood in 1865, toen de relatie tussen micro-organismen en ziektes beter werd begrepen (onder andere door de experimenten van Louis Pasteur).

Ook nu beweren sommige wetenschappers dat hun ideeën niet worden opgepikt omdat ze hun tijd te ver vooruit zijn. De Nederlandse bibliometrist professor Anthony van Raan, verbonden aan de universiteit van Leiden, spreekt in dit verband over het “Mendel-syndroom”. Van Raan wou nagaan of wetenschappers gelijk hebben als ze vrezen dat hun werk pas na tientallen jaren zal worden erkend, of als ze hopen op een posthume erkenning. In een artikel van hem uit 2004 onderzocht hij daarom de citatiepatronen die gepaard gaan met uitgestelde erkenning.

Schone slaapsters

Van Raan lanceerde hierbij de term ‘sleeping beauties in science’. Daarmee bedoelde hij:

a publication that goes unnoticed (‘sleeps’) for a long time and then, almost suddenly, attracts a lot of attention (‘is awakened by a prince’).”

Een schone slaapster in de wetenschap is dus een publicatie die in de eerste jaren niet of nauwelijks geciteerd wordt (slaapt), maar na verloop van decennia plots alsnog piekt (gewekt wordt door een prins).

De database die van Raan onderzocht bevatte 20 miljoen artikels. De meest slaperige schone in dit corpus was een artikel van Larry J. Romans uit 1986. Dit was inderdaad een geval van een idee dat zijn tijd ver vooruit was: in het artikel stelt Romans een model op van supergravitatie in tien dimensies, waarbij er een nieuw fenomeen optreedt, namelijk het breken van een supersymmetrie. De ruimere gemeenschap van snaartheoretici was op het moment van publicatie nog niet bezig met supergravitatie. Tegen 1995 was dit wel het geval. Doordat een fysicus die aan hetzelfde instituut werkte als Romans zich diens artikel herinnerde, kon het alsnog geciteerd worden.

Van Raan probeerde ook een kansfunctie op te stellen om te voorspellen welke slapende artikels nog uit hun sluimer gewekt zullen worden. Uit de gegevens blijkt bijvoorbeeld dat de waarschijnlijkheid om nog gewekt te worden na een heel diepe slaap (gekenmerkt door extreem weinig citaties: maximaal één per jaar) kleiner wordt naarmate de slaap langer aanhoudt.

De beauty-factor

Een team van vier onderzoekers aan de Amerikaanse universiteit van Indiana heeft nu een andere manier bedacht om schone slaapsters op te sporen en te meten. De eerste auteur is Qing Ke, een derdejaars doctoraatsstudent, en het team stond onder leiding van Alessandro Flammini. Hun studie is recent online verschenen in het wetenschappelijke vakblad Proceedings of the National Academy of Sciences (PNAS; persbericht).

In oudere modellen moest de onderzoeker handmatig keuzes maken, bijvoorbeeld: hoe lang moet de citatiepiek op zich laten wachten voor er sprake is van een schone slaapster? Flammini en zijn collega’s hebben nu een nieuw model opgesteld dat geen parameters bevat. hiervoor bedachten ze de beauty-factor van een artikel, dat rekening houdt met de de lengte en diepte van de slaap en met het maximale aantal citaties per jaar.

Het team van Flammini gebruikte de database van Web of Science. Deze bevat gegevens over 22 miljoen artikels, in alle disciplines van zowel natuurwetenschappen als de sociale wetenschappen en dit binnen een periode van meer dan een eeuw. De top 15 van de meest uitgesproken schone slaapsters uit deze database ziet u in de tabel. Daarnaast onderzochten ze ook een kleinere database met enkel artikels binnen de fysica.

Op basis van deze studie concluderen de onderzoekers dat het verschijnsel van schone slaapsters niet zo zeldzaam is als eerder gedacht. Dit verschil komt onder andere doordat ze naar meerdere disciplines tegelijk kijken: het blijkt geregeld voor te komen dat slapende artikels gewekt worden door aandacht uit een andere discipline. Ook zien ze een continuüm tussen schone slaapsters en artikels met een courant citatiepatroon.

Tabel: Top 15 van meest uitgeproken schone slaapsters uit de studie van Flammini en collega’s.Top 15.

Disciplines (meer…)

Huiswerk (met bijna twintig jaar vertraging)

In dit stukje doe ik het verhaal van de extra tien voor chemie die ik niet gekregen heb.

Dit stukje is in licht gewijzigde vorm als column verschenen in Eos.
(Jaargang 32, nummer 9.)

Koolstofpuzzel.

Ondanks de duidelijke regelmaat in mijn tabellen vond ik de totaalformule voor het aantal isomeren van een alkaan niet.

1, 1, 1, 2, 3, 5, 9, 18, 35, 75, …

In het vierde middelbaar kregen we organische chemie, met het element koolstof in de hoofdrol. Eerst leerden over koolwaterstoffen zoals propaan en butaan, waar auto’s met een lpg-tank op rijden. Dit zijn moleculen met een onvertakte koolstofketen. Daarna leerden we dat er ook vertakte koolwaterstoffen bestaan. In dit deel van de cursus stonden er opvallend weinig formules. “Hoeveel vertakte koolstofketens kan je dan maken met een gegeven aantal koolstofatomen?” vroeg ik aan onze leraar. Mijnheer Staut antwoordde: “Dat weet ik niet, maar probeer het maar uit te zoeken. Als je de oplossing vindt, krijg je een extra tien.” Frustrerend om te horen, maar dictatisch gezien een slimme zet. Het aanbod gold uiteraard ook voor de andere leerlingen.

Ik was ervan overtuigd dat die extra tien al binnen was. Er stonden achteraan in de klas handboeken over chemie: daar zou de formule zeker in staan. We zochten enthousiast, maar vonden het niet. Noodgedwongen probeerde ik de formule zelf af te leiden. Zo moeilijk kon het toch niet zijn? Die avond begon ik dus koolstofketens te tekenen. Het komt erop aan geen configuraties dubbel te tellen. Als je een ‘zijketen’ aan het eerste atoom van de hoofdketen koppelt, is dat in feite helemaal geen zijketen, maar nog steeds een lineair molecule (dat in een bocht ligt). Ook andere structuren kunnen meerdere voorstellingen hebben. Een zijtak op het voorlaatste atoom is bijvoorbeeld slechts een gespiegelde weergave van een zijtak op het tweede atoom. Je moet een waterdicht systeem bedenken om dit soort symmetrieën te doorzien en elke configuratie exact één keer te tellen.

Cursus chemie vierde middelbaar.

Isomeren van alkanen tekenen in de cursus: alle bindingen en waterstoffen moeten worden aangeduid. In mijn eigen notities hield ik het al snel bij het koolstofskelet.

Wekenlang bleef ik vertakte ketens tekenen. Ik ontwikkelde een compacte notatie door koolstofatomen voor te stellen door bolletjes op ruitjespapier. Waterstofatomen en bindingsstrepen liet ik weg. Zo werd het probleem herleid tot de wiskundige kern ervan: een vraagstuk uit de combinatoriek. Al tekenend zocht ik naar de regelmaat, maar het leek alsof ik bij elk groter aantal koolstoffen meer uitzonderingen vond op de regels die ik voordien had gevonden. Ik werkte alles uit tot tien koolstoffen, waarbij er al 75 verschillende configuraties zijn.

Het is me niet gelukt om voor het einde van het trimester een algemene formule te vinden. Toch waren dit mijn eerste stappen in het ‘vrije’ onderzoek met de emoties die daarbij horen. Je vertrekt van een vraag waar je zelf zielsgraag het antwoord op wil weten, maar dat je niet meteen vindt bij een expert of in een naslagwerk. Misschien ben je de eerste die zich deze vraag stelt en sta je op het punt het antwoord te vinden? Spannend! Je probeert verschillende dingen, maar niets lijkt te werken. Je ligt er ’s avonds van wakker en staat er ’s morgens mee op. Toen het bij wiskunde het jaar nadien over combinatoriek ging, spitste ik de oren en begon ik met hernieuwde moed aan de koolstofpuzzel. Opnieuw zonder succes. Je voelt je gaandeweg dommer worden, maar in werkelijkheid leer je veel bij.

Koolstofpuzzel.

Koolstofpuzzel: ik vond een systematische manier om alle isomeren te vinden, maar een formule zag ik er niet in.

Het is zo’n twintig jaar te laat om mijn oplossing in te leveren. Toch doe ik een ultieme poging. Ik zoek online naar de getallenrij van de eerste tien configuraties. De zoekmachine suggereert de getallenrij 1, 1, 1, 2, 3, 5, 9, 18, 35, 75. Bij mij staat er 32 op de negende plaats: blijkbaar heb ik destijds drie combinaties niet gevonden. Voor tien klopt mijn resultaat wel. Mijn vraag werd in 1875 al onderzocht door de Britse wiskundige Arthur Cayley: hij zag het als een graaf (een ‘vier-valente boom’ genoemd) en stelde een formule op, maar ook hij maakte een fout die zichtbaar is vanaf twaalf atomen.

Pas rond 1998, dus enkele jaren nadat ik deze vraag had gesteld, werd de definitieve formule gevonden, onafhankelijk van elkaar door enerzijds twee theoretische chemici (Laimutis Bytautas en Douglas J. Klein) en anderzijds twee wiskundigen (Eric Rains en Neil Sloane). De beslissingen die je moet maken om geen structuren dubbel te tellen, blijken trouwens ook nuttig te zijn bij het vastleggen van unieke namen voor de moleculen.

Voor dit schooljaar wens ik alle scholieren een leerkracht toe die een extra tien uitlooft voor een vraag die ze zelf hebben gesteld.

~

Extra links:

  • Het was de OEIS-website (online encyclopedie van rijen gehele getallen) die me feilloos naar bovenstaande informatie leidde. Lees hier een interview van Quanta Magazine met Neil Sloane, de wiskundige die #OEIS 50 jaar geleden opstartte en nog steeds onderhoudt.
  • De getallenrij 1, 1, 1, 2, 3, 5, 9, 18, 35, 75, … staat bekend als A000602 in de OEIS. Het wordt bekomen als de som van twee deelrijen (A000022 en A000200).
  • Je kan online isomeren van alkanen bouwen. Leuk! :-) Er is ook een nuttige FAQ.
  • Het artikel uit 1998 van Laimutis Bytautas en Douglas J. Klein: “Alkane Isomer Combinatorics“.
  • Het artikel uit 1999 van Eric Rains en Neil Sloane: “On Cayley’s Enumeration of Alkanes (or 4-Valent Trees)“.
  • Een 4-valente boom is een speciaal geval van een graaf. Beetje jammer dat er geen grafentheorie gegeven wordt op de middelbare school. Ik ben er vrij zeker van dat ik dat veel leuker had gevonden dan al die goniometrische vergelijkingen. ;-) (Ik weet nog steeds niet waarom we die vergelijkingen altijd moesten omvormen!)
  • Voor wie geïnteresseerd is in een nadere  kennismaking met chemische grafentheorie is het artikel “Chemical Graph Theory and the Sherlock Holmes Principle” van Alexandru T. Balaban uit 2013 misschien een goede kennismaking (in het Engels).

~

Naschrift:

Op een dood moment ben ik op een kladblaadje nog eens begonnen. Het duurde me slechts een half uur om opnieuw alle isomeren van lengte één tot en met tien te vinden. Nochtans heb ik er vroeger veel meer tijd aan besteed. Zou dit komen omdat ik: (a) dit zo vaak gedaan heb (weliswaar lang geleden!) of (b) nu volwassen ben (en geduldiger ben) of (c) als onderzoeker geoefend ben in het soort denken dat hiervoor nodig is? Wellicht een combinatie van alle drie?

Natuurlijk had ik nu ook het voordeel zeker te zijn van de aantallen die ik moest bekomen. Het is altijd gemakkelijker – of op zijn minst geruststellender – als je weet dat de oplossing achteraan in het boek staat. In het onderzoek moet het boek echter nog geschreven worden. ;-)

O ja, over het belang van een goede onderzoeksvraag (en over het beangstigende en bevrijdende gevoel dat hoort bij het werken aan onopgeloste vraagstukken) schreef ik eerder deze column.

Blinde vlek

Dit stukje is in licht gewijzigde vorm als een column verschenen in Eos.
(Jaargang 31, nummer 4.)

Veel excellente vrouwen blijven verrassend lang onzichtbaar voor old boys netwerken.“Waarom hebben we zo weinig studentes fysica?” vroeg de professor. Hij leek te verwachten dat ik hier een pasklaar antwoord op had. Nochtans was ik één van de slechtst gekozen personen om die vraag aan te stellen. Ik was assistent bij de vakgroep natuurkunde, geen socioloog, en dus onbeslagen in het analyseren van menselijke keuzes. Bovendien had ik als meisje wél voor fysica gekozen en waren eventuele blokkades mij klaarblijkelijk ontgaan.

De vraag werd me tien jaar geleden gesteld, maar ze is nog steeds actueel. Intussen heb ik geluisterd naar specialisten en stilaan ontwaar ik de contouren van een antwoord. Maar laten we er eerst een vraagstuk bovenop gooien. Een academische loopbaan verloopt in verschillende stadia: van student, via doctorandus en postdoctoraal onderzoeker, naar professor. Bij iedere carrièrestap stromen er onderzoekers uit, naar functies buiten de universiteit. Vrouwen zijn systematisch oververtegenwoordigd in de uitstroom van deze lekkende pijplijn, waardoor zelfs richtingen die een meerderheid aan vrouwelijke eerstejaars hebben, een overwegend mannelijk professorenkorps behouden. Naast de lagere instroom voor sommige studies, waaronder fysica, is er dus een hogere uitstroom van vrouwen in vrijwel alle domeinen. Hoe is dat mogelijk?

In een recent nummer van EuroPhysics News schrijft Elisabeth Rachlew, een Zweedse emeritus professor in de toegepaste fysica, dat we op dit soort vragen naar één antwoord zoeken. Antwoorden als “vrouwen willen liever moederen” deugen echter niet, want al het beschikbare onderzoek wijst uit dat het om een samenspel van meerdere factoren gaat. Het is een subtiele kwestie die nooit tot één hapklaar antwoord te reduceren valt. Daar helpt geen lievemoederen aan!

Laten we een recent voorbeeld bekijken: in februari van dit jaar publiceerde de International Academy of Quantum Molecular Sciences het programma voor haar congres van 2015. Onder de vierentwintig uitgenodigde sprekers was er geen enkele vrouw. Drie professoren riepen daarom op tot een boycot en hun petitie werd binnen enkele dagen door meer dan duizend mensen ondertekend.

Veel excellente vrouwen blijven verrassend lang onzichtbaar voor old boys netwerken.Hoe is het bestuur van de vereniging voor theoretische chemie tot dit onevenwichtige programma kunnen komen? Van bewust seksisme is er vermoedelijk geen sprake. Als de oorzaak zo zonneklaar was, dan waren de wanverhoudingen trouwens al lang rechtgetrokken. Sociologen benadrukken het belang van onbewuste vooroordelen en informele netwerken, die de status quo – waarin vrouwen ondervertegenwoordigd zijn – mee in stand helpen houden. Het is begrijpelijk als de bestuursleden (overwegend mannelijke professoren) enkel oud-studiegenoten en bekende namen hebben uitgenodigd, want een onderonsje is gezellig. Door niet actief op zoek te gaan naar ander talent, sluiten ze echter – onbedoeld – mensen uit.

Om impliciete vooroordelen te bekampen, moet je mensen eerst bewust maken van deze mechanismen en dan concrete suggesties doen om de ingesleten gewoontes te doorbreken. De vereniging van kwantumchemici herbekijkt inderdaad haar programma. Hopelijk kan dit voorval andere organisatoren ertoe aanzetten vooraf op zoek te gaan naar excellente vakgenoten die zich momenteel in hun blinde vlek bevinden.

Terug naar de originele vraag over de lage instroom van meisjes bij fysica. Die is vermoedelijk het resultaat van even subtiele maar alomtegenwoordige processen van beeldvorming: denk maar aan speelgoedfolders, televisiereeksen, schoolboeken, enzoverder. Terwijl de interne academische keuken bijgestuurd kan worden, hebben we op die algemene culturele context nauwelijks vat. Overigens is het doel niet om de cultuur genderneutraal te maken, integendeel: juist doordat vrouwen een andere positie innemen in onze maatschappij, vormen zij een toegevoegde waarde. Uiteindelijk is de bekommernis om genderevenwicht slechts één facet van een algemener streven naar diversiteit. Een verscheidenheid van achtergronden en stijlen is een belangrijke voedingsbodem voor fris onderzoek. Wetenschap is niet uniseks, maar multicolore.

Tien jaar geleden zag ik niet in hoe een grotere participatie van vrouwen enig verschil zou kunnen maken voor de natuurkunde. Vrouwelijke wetenschappers denken immers niet met hun eierstokken en kracht blijft toch wel gelijk aan massa maal versnelling. Nu vraag ik me vooral af wat we niet zien. Misschien is er een even fundamentele formule als ‘F is m maal a’ nog niet ontdekt, omdat we op halve kracht werken. Kunnen we het ons permitteren om talent te blijven verkwisten?

Wetenschap maakt macht

Dit stukje is in licht gewijzigde vorm als een column verschenen in Eos.
(Jaargang 30, nummer 6, rubriek “Scherp gesteld”.)

Elio Di Rupo in labojas aan de UHasselt.Wat heeft Elio Di Rupo gemeen met Angela Merkel? Zijn politieke strekking is alvast geen juist antwoord, want Di Rupo is socialist en Merkel christendemocraat. Wel hebben deze Europese leiders allebei een doctorstitel in de wetenschappen op zak. Belgisch premier Di Rupo studeerde scheikunde aan de universiteit van Mons en behaalde ook een doctoraat in dit vakgebied. De Duitse bondskanselier Merkel studeerde fysica aan de universiteit van Leipzig en behaalde vervolgens een doctoraat in de kwantumchemie.

Wat heeft Angela Merkel gemeen met Margaret Thatcher, die op 9 april van dit jaar overleed? Je weet wellicht dat Thatcher de eerste (en vooralsnog enige) vrouwelijke eerste minister van Groot-Brittannië was en dat ze de bijnaam “The Iron Lady” kreeg. Merkel is de eerste vrouwelijke bondskanselier van Duitsland en zij wordt zelfs de Duitse Iron Lady genoemd. Op deze vraag zijn er dus veel goede antwoorden mogelijk.

Laten we het een beetje moeilijker maken. Wat had Margaret Thatcher gemeen met zowel Elio Di Rupo als met Angela Merkel? Het is een minder bekend aspect van Thatchers leven, maar net als Di Rupo en Merkel was ze wetenschapper van opleiding. In 2011 zette de Britse wetenschapshistoricus Jon Agar haar carrière als scheikundige op een rij in zijn artikel “Thatcher, Scientist”. Hieruit blijkt dat Margaret Thatcher (of eigenlijk Roberts, zoals ze voor haar huwelijk heette) gedurende vier jaar chemie studeerde aan de Universiteit van Oxford. Ze behoorde tot Somerville College, dat toen nog exclusief voor vrouwen was voorbehouden.

In die tijd was ook Dorothy Hodgkin aan Somerville College verbonden. Hodgkin was een chemica die röntgendiffractie gebruikte om onderzoek te doen naar de structuur van biomoleculen, zoals insuline, penicilline en vitamine B12. Ze zou voor haar werk de Nobelprijs Scheikunde ontvangen in 1964. Thatcher schreef haar afstudeerscriptie in het labo van Hodgkin gedurende het academiejaar 1946-’47. Daarbij deed ze onderzoek naar de kristallografische structuur van Gramicidine S (een antibioticacocktail).

Thatcher in het lab.Hoewel Thatcher al tijdens haar studies actief was in een conservatieve vereniging, bleef ze vooralsnog bij de wetenschap: ze werkte gedurende drie jaar voltijds op de onderzoeksafdeling van een bedrijf dat plastics produceerde, vermoedelijk aan de kwaliteitscontrole van het verlijmen van PVC met metaal. Daarna werkte ze als scheikundige in de voedingsindustrie aan verzepingsreacties. In 1951 hing ze haar labojas definitief aan de kapstok: ze was dat jaar gehuwd, haar politieke carrière liep steeds vlotter en daarom ging ze ook fiscaal recht bijstuderen.

Naar verluidt was Thatcher dol op de volgende anecdote over natuurkundige Michael Faraday (al is de herkomst van deze anecdote twijfelachtig). Toen de toenmalige minister van financiën Faraday ontmoette rond 1850, vroeg de minister hem of zijn werk aan elektriciteit ook nuttige toepassingen had. “Jawel, mijnheer”, zou Faraday gezegd hebben, “op een dag zult u er een belasting op heffen.”

Al deze bedenkingen over Di Rupo, Thatcher en vooral Merkel herinneren me aan een voorval dat ik zelf heb meegemaakt. Toen ik eens aan een Duitse arts vertelde dat ik fysica zou gaan studeren, reageerde hij met: “Aha, dan kun je nog in de politiek gaan.” Wat hebben quarks en de oerknal met politiek te maken, vroeg ik me verbaasd af.

Inmiddels begrijp ik zijn reactie beter, want blijkbaar stappen er in Duitsland inderdaad meer wetenschappers in de politiek dan in ons land. Merkel zelf spant natuurlijk de kroon, maar ook haar huidige minister van onderwijs en onderzoek, Johanna Wanka, is doctor in de wiskunde. (Wanka volgde in februari van dit jaar Annette Schavan op, die net daarvoor haar doctorstitel in de pedagogie had moeten inleveren, nadat een anomieme blogger plagiaat ontdekt zou hebben in haar proefschrift.)

Kennis mag dan macht zijn, de machthebbers in ons land hebben vooral kennis van recht en economie. Als je even stilstaat bij de enorme rol die wetenschap en technologie in ons dagelijks leven spelen – bijvoorbeeld in onze voeding, communicatie en energie – is een gebrek aan wetenschappelijke geletterdheid bij onze politieke leiders toch wel zorgwekkend. Misschien kan onze huidige premier meer wetenschappers inspireren om de stap te overwegen?

Aanvulling:

Twee dagen nadat ik mijn column had ingestuurd, verscheen er bij Wetenschap 101 ook een filmpje over dit onderwerp. Scooped! :-)

Danny’s onderzoek op de cover

Danny kwam onlangs met een boekje thuis: een nummer van het vaktijdschrift “Journal of Computational Chemistry” met daarin een artikel van hem en twee collega’s. Op de cover ervan prijkte een plaatje dat hij – als onderdeel van zijn tweede doctoraat – berekend had.

Het plaatje stelt een iso-oppervlak voor: een driedimensionale contourlijn die – in dit geval – atomen in een vaste stof aangeeft. Het iso-oppervlak is berekend met de iteratieve Hirshfeld-I methode. Dit is een partitiemethode die normaal gebruikt wordt om atomen in moleculen aan te duiden, maar in dit geval werd de methode toegepast op een vaste stof, met name op ceriumoxide (CeO2) dat met titanium (Ti) werd gedopeerd. Het plaatje stelt de kubische eenheidscel van dit materiaal voor (Ce0.75Ti0.25O2). De eenheidscel wordt hier weergegeven in de 111-richting. Dit laatste is de Miller-index, waarmee je richtingen in een kristalrooster kan aanduiden. In dit geval kijk je op de hoek van de kubus, in de richting van een hoofddiagonaal. De verschillende atomen zijn duidelijk te herkennen in het iso-oppervlak: de titaniumatomen bevinden zich op de hoekpunten van de kubus (zwart), de grotere ceriumatomen bevinden zich op de zijvlakken van de kubus (kleurrijke doorsnedes) en de zuurstofatomen bevinden zich hiertussen (bordeaux).

Een iso-oppervlak van atomen in een vaste stof, berekend door Danny.

Een iso-oppervlak van atomen in Ti-gedopeerd CeO2, berekend met de iteratieve Hirshfeld-I-methode door Danny Vanpoucke, Patrick Bultinck, en Isabel Van Driessche. (Bron afbeelding.)

Als je er het fijne van wilt weten, moet je het hele artikel van Danny en zijn collega’s in bovenstaand tijdschrift maar eens lezen (al zul je daar helaas wel voor in een universiteitsbibliotheek moeten zijn). In hetzelfde nummer is er trouwens ook nog een reactie op dit artikel verschenen en een antwoord daarop van Danny et al.

Gewoon naar het plaatje kijken mag natuurlijk ook. Ons zoontje is alvast fan van het kleurschema. :-)

YBCO

YBCO is een acroniem voor yttrium-barium-koperoxide. Het is een keramisch materiaal, dat supergeleidend is met een kritische temperatuur van 92 K. Omdat deze temperatuur hoger ligt dan die van vloeibaar stikstof (kooktemperatuur 77 K), is het materiaal interessant voor praktische toepassingen.

Om onduidelijke redenen was ik gisteren “YBCO” aan het zingen op de melodie van Y.M.C.A. van Village People. Mijn vriend daagde me uit om daar een filmpje van te maken. Gisteren had ik alleen een refrein, maar de rest van de tekst laat zich zeer gemakkelijk aanpassen. Zo gemakkelijk zelfs dat het me verbaast dat er nog geen YBCO-versie van dit liedje op YouTube te vinden was (of toch niet voor zo ver ik heb kunnen vinden). Toen zat er dus niks anders op dan mijn alternatieve tekst inderdaad zelf in te zingen. Ik kan niet goed zingen, maar het gaat om het idee, hè… Et voila: een filmpje, met ondertitels en alles! :-)

Als er iemand een nieuwe versie van kan maken – in labojas en met wat meer disco-moves erbij -, stuur me dan zeker een link!

Dit blog heeft dringend een nieuwe categorie nodig: Doing silly things… for science!

De volledige tekst vind je na de vouw. (meer…)

Proficiat, dr. dr. Danny!

Dit hoedje is hét symbool is bij doctoraten.Danny heeft gisteren zijn doctoraat in de chemie behaald. Hoewel ik er natuurlijk geen moment aan getwijfeld heb dat hij dit driejarige project tot een goed einde zou kunnen brengen, blijft het een kwestie van het ook effectief te doen. Daarom wens ik hem van harte proficiat met het voltooien van zijn proefschrift en het behalen van zijn nieuwe doctorstitel.

Samen hebben we nu vier doctorsgraden vergaard, dus vanaf heden kunnen we thuis kwartetten. :-) Bij deze gelegenheid zal ik eens een overzicht geven van al onze doctoraten/promoties (in chronologische volgorde).

Doctoraat 1

  • Wie: Sylvia
  • Wat: Doctoraat in de Wetenschappen – Fysica
  • Wanneer: 2008
  • Waar: Universiteit Hasselt, België
Doctoraat 1.

Linksboven: In België mag de doctorandus aan de meeste faculteiten eerst een presentatie geven waarin je je onderzoeksresultaten van de voorbije jaren toelicht. Rechtsboven: DNA-strengen worden minder plooibaar als ze aan elkaar binden en zo een dubbele helix vormen. Dit kun je begrijpen aan de hand van worm-like chain theory. Ik illustreerde deze theorie van ‘wormachtige kettingen’ met behulp van speelgoedslangen. Linksonder: De jury in toga. Rechtsonder: De receptie achteraf.

Doctoraat 2

  • Wie: Danny
  • Wat: Doctoraat in de Wetenschappen – Fysica
  • Wanneer: 2009
  • Waar: Universiteit Twente, Nederland
Doctoraat 2.

In Nederland is de presentatie geen onderdeel van de promotieplechtigheid. Danny maakte wel gebruik van de optie om vrijwillig een inleiding te geven voor het publiek. De juryleden (of ‘opponenten’) beginnen dus meteen met vragen stellen en deze ondervraging wordt abrupt beëindigd zodra de pedel de zaal binnenkomt en met zijn staf op de grond tikt. Hier krijgt Danny zijn bul (doctoraatsdiploma) overhandigd door zijn promotor.

Doctoraat 3

  • Wie: Sylvia
  • Wat: Doctoraat in de Filosofie
  • Wanneer: 2011
  • Waar: Rijksuniversiteit Groningen, Nederland
Doctoraat 3.

Linksboven: In Groningen neemt de jury eerst plaats in de aula en is er voor de promovendus dus helemaal geen mogelijkheid om een inleiding te geven. Hier een foto van tijdens de verdediging. Rechtsboven: Een vreugdekreet met de bul op de trappen van het Academiegebouw. Linksonder: Samen met Danny tussen mijn paranimfen, Sander en Karolina. Hoewel het voor vrouwen optioneel is, kozen we ervoor om alle drie in rokkostuum (pitteleer) te gaan. Rechtsonder: Het etentje achteraf.

Doctoraat 4

  • Wie: Danny
  • Wat: Doctoraat in de Wetenschappen – Chemie
  • Wanneer: 2012
  • Waar: Universiteit Gent, België
Doctoraat 4.

Danny tijdens zijn verdediging aan de UGent. Hij mocht eerst veertig minuten presenteren en werd dan gedurende ongeveer een uur ondervraagd. Hij kon alle vragen vlot beantwoorden en na een korte beraadslaging achter gesloten deuren kwam de jury terug met de verlossende woorden: Danny mag zich vanaf nu ‘doctor in de chemie’ noemen. Proficiat!

Tot slot nog twee weetjes.

Traditioneel zegt de pedel in Nederland “Hora est!” (Het is tijd!) als de tijd voor de ondervraging van de promovendus door de jury verstreken is. Hierop wordt er slechts uitzondering gemaakt aan juist de twee Nederlandse universiteiten waar Danny en ik zijn gepromoveerd: in Twente weerklinkt aan het slot “Mijnheer de rector, de tijd is verstreken”, terwijl het in Groningen “Hora finita!” is.

Als je één doctoraat behaald hebt, mag je zowel in België als in Nederland de titel ‘dr.’ voor je naam zetten (zonder hoofdletter). Als vrouw mag je jezelf ook ‘doctrix’ noemen in plaats van ‘doctor’, al blijft de afkorting daarbij onveranderd. Als je meerdere doctoraten behaald hebt, zou je ook ‘dr.mult.’ als titel mogen voeren (althans in Nederland, of dit in België ook mag weet ik niet), hetgeen staat voor ‘doctor multiplex’ (meervoudig doctor). In Duitsland mag ‘multiplex’ maar vanaf drie doctoraten en wordt voor twee doctoraten de titel ‘DDr.’ gebruikt (daar dus wel met hoofdletters).

Is getekend,

doctrix multiplex Sylvia. :-)