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Fisicoquímica de un copo de nieve: el hexágono natural

 

Todos los años con la llegada del invierno, las calles y casas se llenan de adornos navideños para celebrar estas fiestas. Dentro de estos son muy comunes los copos de nieve, que siendo sinceros cada uno dibuja a su gusto. Pero, ¿os habéis preguntado alguna vez qué forma tienen en realidad?, ¿si son todos iguales o no?, y en definitiva, ¿de qué depende?

La realidad es que los copos de nieve presentan infinitas formas, pero estas siempre se ajustan a una geometría hexagonal.  Para entender esto hay que adentrarse en lo más profundo del cristal y ver cómo se ordenan los átomos y moléculas que lo forman. Para ello, los científicos han desarrollado técnicas como la llamada Cristalografía de Rayos X. Este método se basa en aplicar y medir cómo se refleja un haz de rayos X sobre el cristal.

Las moléculas de agua están formadas por un átomo de oxígeno y dos de hidrógeno separados 104,45° entre sí (H2O). Estas moléculas se unen a su vez mediante un enlace llamado “por puente de hidrógeno”, formando una red molecular más compleja.

 Aclaración: los enlaces por puente de hidrógeno son susceptibles de darse cuándo en la molécula hay un átomo de hidrógeno unido covalentemente a un átomo electronegativo (como flúor, oxígeno o nitrógeno). Este atrae hacia sí mismo la nube electrónica del hidrógeno, descentralizándola y dejando a éste con una cierta carga positiva que a su vez atrae a un par de electrones libres de otro átomo cercano.

Cuando el vapor de agua se condensa directamente a hielo (fenómeno denominado “deposición”) como ocurre en las nubes, se forman los copos de nieve. Es importante distinguir estos cristales del granizo. El granizo se forma cuando se congelan las gotas de lluvia y carecen de los mismos patrones de comportamiento.

Como ya hemos adelantado, la forma básica de un cristal de nieve es un prisma hexagonal. Las ramificaciones y diferencias que muestran unos de otros van a depender de la temperatura y de la humedad a la que crezcan. La humedad mide básicamente la sobresaturación de agua en el ambiente: a más concentración, más compleja será la forma (Imagen 1). Por otro lado, a mayor temperatura la condensación será más lenta y a los cristales les “dará tiempo” a crecer, tendiendo a morfologías más simples con ramificaciones más largas (Imagen 3).

Resumiendo: la forma del cristal depende directamente de cómo las moléculas de vapor se incorporen al crecimiento del mismo, y esto puede extrapolarse en general a la mayoría de los materiales que nos rodean. Es decir, al final la composición y estructura a nivel fundamental (atómico y molecular) son las claves que determinan el comportamiento y propiedades de los cuerpos.

Más información| Libros: The art of the snowflake, The Snowflake: Winter’s Secret Beauty, The Secret Life of a Snowflake; Web: Snowcrystals

Imagen| Snowcrystals

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