El hexágono y los copos de nieve

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Sobre el blog

Beatriz Pradillo
Beatriz Pradillo es licenciada en Química y Máster en Gestión Integrada de la Calidad, MA y PRL.
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Nadie es indiferente a la belleza de los copos de nieve. El encanto de los copos de nieve y sus hipnotizantes siluetas los hacen objeto de leyendas, poemas, símbolos de renacimiento, pureza o divinidad y de puntuales proverbios en distintas culturas. Es el símbolo por excelencia de la llegada del invierno o de las festividades navideñas.

La verdadera belleza de la nieve reside en la formación de cada uno de sus copos. Pero ¿cómo puede formar el agua estas estructuras?

Los cristales de nieve (los “copos de nieve” están formados por muchos cristales) suelen originarse a partir de diminutas partículas de polvo sobre las que se condensan moléculas de agua cuando la temperatura es lo suficientemente baja, normalmente por debajo de los 0ºC. A medida que el cristal en formación cae atravesando capas atmosféricas a diferente humedad y temperatura, el vapor de agua va condensándose hasta formar hielo y, poco a poco, el cristal empieza a adquirir su forma. El tipo de copo de nieve que se forma depende de una serie de factores, incluyendo la temperatura, la humedad y la altitud de formación.

Sin embargo, la sorprendente diversidad que pueden adoptar los copos de nieve está enlazada por un elemento en común: suelen tener una simetría hexagonal. ¿Por qué? ¿Y por qué todos los copos de nieve son diferentes?

La explicación se debe a que la simetría de seis puntas que se suele observar nace de la estructura de cristal hexagonal, que por eficacia energética, adopta el hielo ordinario. Es decir, cuando el agua se congela las fuerzas de interacción entre moléculas de agua ganan a las fuerzas derivadas del movimiento térmico y forman un conjunto rígido que presenta su estado más estable (de menor energía) cuando se ordenan con simetría hexagonal. Los seis brazos se parecen tanto entre sí porque todos se forman en condiciones similares.

Los cristales de hielo con simetría hexagonal han intrigado a artistas y científicos de todos los tiempos. Tal importancia se demuestra en 1611, cuando Johannes Kepler publicó "Strena seu de nive sexángula" El copo de nieve de seis ángulos, que fue uno de los primeros estudios sobre la formación de copos de nieve. A Kepler, le pareció que, probablemente, había algún tipo de agrupación hexagonal de partículas más pequeñas de lo que era capaz de observar y podía ofrecer una explicación a la maravillosa geometría de los cristales de nieve.

Kepler no tenía el conocimiento actual de cómo está constituida la materia. Lo que no sabía es que una molécula de agua está formada por dos átomos de hidrógeno y uno de oxígeno, formando un ángulo de 104,5 grados. Estas moléculas de agua están ligadas con enlaces intermoleculares con sus vecinas por los llamados puentes de hidrógeno, que acaban configurando un prisma hexagonal con hexágonos en la parte superior e inferior y con seis caras rectangulares.

Más recientemente, el americano Wilson A. Bentley, retrató más de 5.000 imágenes de copos de nieve, de las cuales más de 2.000 se han publicado en su libro «Cristales de nieve». Intentando, en el año 1885, identificar copos de nieve idénticos al fotografiar miles de ellos con un microscopio, y descubriendo muchas de la gran variedad de geometrías conocidas a día de hoy, pero no consiguió encontrar dos copos que fueran exactamente iguales.

Fue el japonés Ukichiro Nakaya quien realizó los primeros estudios de laboratorio. Intrigado como quienes lo precedieron por la forma en que adoptaban los cristales a lo largo de su crecimiento, y logró, en 1933, obtener los primeros cristales de nieve sintéticos. Nakaya realizó experimentos en los que variaba ligeramente la temperatura y el nivel de supersaturación del agua, y observó la influencia que esto tenía sobre la forma de los cristales generados. Además, fotografió una gran cantidad de cristales de nieve, catalogando sus distintos tipos encontrados.

Hoy en día los científicos usan microscopios electrónicos que nos permiten observar cosas tan pequeñas como los cristales de nieve con un detalle impresionante. Los físicos, en la actualidad, siguen estudiando los cristales y su formación, en parte, porque son importantes en aplicaciones que abarcan desde la electrónica hasta la ciencia del autoensamblaje molecular, la dinámica molecular y la formación espontánea de patrones.

Seguro que has oído la afirmación que se ha ido mencionado a lo largo de este post: que no hay dos copos de nieve iguales, esto no es algo que esté comprobado con total seguridad, pero se puede explicar porque un cristal de nieve ordinario tiene contiene unas 1018 moléculas de agua, así que, la probabilidad de que dos cristales de tamaño ordinario sean idénticos es prácticamente nula, aunque no siendo capaces de decir con certeza absoluta que no existen dos copos iguales.

Es posible que no logremos predecir con exactitud qué forma tendrá un copo de nieve determinado, pero eso, obviamente, no hace más que aumentar su belleza. Cada uno de los cristales formados en ellos es único, todo ello debido a la estructura de la sencilla molécula de agua, una auténtica obra de arte de la naturaleza.

Este post, y más, puedes encontrarlo en www.orbitalesmoleculares.com

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