Chimica del fiocco di neve - Risposte a domande comuni

A basse temperature si formano intricate forme di fiocchi di neve. Edward Kinsman, Getty Images

Hai mai guardato un fiocco di neve e ti sei chiesto come si è formato o perché sembra diverso da altra neve che potresti aver visto? I fiocchi di neve sono una forma particolare di ghiaccio d'acqua. I fiocchi di neve si formano nelle nuvole, che sono costituiti da vapore acqueo . Quando la temperatura è di 32° F (0° C) o più fredda, l'acqua cambia dalla sua forma liquida in ghiaccio. Diversi fattori influenzano la formazione del fiocco di neve. La temperatura, le correnti d'aria e l'umidità influenzano tutti la forma e le dimensioni. Lo sporco e le particelle di polvere possono mescolarsi nell'acqua e influire sul peso e sulla durata dei cristalli. Le particelle di sporco rendono il fiocco di neve più pesante e possono causare crepe e rotture nel cristallo e facilitarne lo scioglimento. La formazione dei fiocchi di neve è un processo dinamico. Un fiocco di neve può incontrare molte condizioni ambientali diverse, a volte sciogliendolo, a volte provocandone la crescita, cambiando sempre la sua struttura.

Punti chiave: domande sui fiocchi di neve

• I fiocchi di neve sono cristalli d'acqua che cadono come precipitazioni quando fuori fa freddo. Tuttavia, a volte la neve cade quando è leggermente al di sopra del punto di congelamento dell'acqua e altre volte cade la pioggia gelata quando la temperatura è sotto lo zero.
• I fiocchi di neve sono disponibili in una varietà di forme. La forma dipende dalla temperatura.
• Due fiocchi di neve possono sembrare identici ad occhio nudo, ma saranno diversi a livello molecolare.
• La neve sembra bianca perché i fiocchi diffondono la luce. In penombra, la neve appare di un azzurro pallido, che è il colore di un grande volume d'acqua.

Quali sono le forme comuni dei fiocchi di neve?

Se disegni un fiocco di neve, probabilmente disegnerai la familiare forma a sei lati. Tuttavia, i fiocchi di neve assumono effettivamente una varietà di forme, a seconda della temperatura e del luogo in cui si sono formati. Generalmente, i cristalli esagonali a sei lati hanno la forma di nuvole alte; aghi o cristalli piatti a sei lati sono modellati in nuvole di media altezza e a ampia varietà di forme a sei lati si formano in nuvole basse. Le temperature più fredde producono fiocchi di neve con punte più affilate sui lati dei cristalli e possono portare a ramificazioni delle braccia del fiocco di neve (dendriti). I fiocchi di neve che crescono in condizioni più calde crescono più lentamente, risultando in forme più lisce e meno intricate.

• 32-25° F - Piastre esagonali sottili
• 25-21° F - Aghi
• 21-14° F - Colonne cave
• 14-10° F - Piastre di settore (esagoni con rientranze)
• 10-3° F - Dendriti (forme esagonali di pizzo)

La forma di un fiocco di neve dipende dalla temperatura alla quale si è formato. 221A/Getty Images

Perché i fiocchi di neve sono simmetrici (uguali su tutti i lati)?

Innanzitutto, non tutti i fiocchi di neve sono uguali su tutti i lati. Temperature irregolari, presenza di sporco e altri fattori possono causare un fiocco di neve sbilenco. Eppure è vero che tanti fiocchi di neve sono simmetrici e intricati. Questo perché la forma di un fiocco di neve riflette l'ordine interno delle molecole d'acqua. Molecole d'acqua allo stato solido, come nel ghiaccio e nella neve, formano legami deboli (chiamati legami di idrogeno ) tra loro. Queste disposizioni ordinate danno come risultato la forma esagonale simmetrica del fiocco di neve. Durante la cristallizzazione, le molecole d'acqua si allineano per massimizzare le forze attrattive e ridurre al minimo le forze repulsive. Di conseguenza, le molecole d'acqua si dispongono in spazi predeterminati e in una disposizione specifica. Le molecole d'acqua si dispongono semplicemente per adattarsi agli spazi e mantenere la simmetria.

È vero che non esistono due fiocchi di neve identici?

Sì e no. Non ci sono due fiocchi di neve Esattamente identico, fino al numero preciso di molecole d'acqua, spin degli elettroni , abbondanza di isotopi di idrogeno e ossigeno, ecc. D'altra parte, lo è possibile che due fiocchi di neve siano esattamente uguali e ogni dato fiocco di neve probabilmente ha avuto una buona corrispondenza ad un certo punto della storia. Poiché così tanti fattori influenzano la struttura di un fiocco di neve e poiché la struttura di un fiocco di neve cambia costantemente in risposta alle condizioni ambientali, è improbabile che qualcuno possa vedere due fiocchi di neve identici.

Se l'acqua e il ghiaccio sono limpidi, allora perché la neve sembra bianca?

La risposta breve è che i fiocchi di neve hanno così tante superfici che riflettono la luce che disperdono la luce in tutti i suoi colori, quindi la neve appare bianca . La risposta più lunga riguarda il modo in cui l'occhio umano percepisce il colore. Anche se la fonte di luce potrebbe non essere una luce veramente 'bianca' (ad esempio, luce solare, fluorescente e incandescente hanno tutti un colore particolare), ilcervello umanocompensa una fonte di luce. Pertanto, anche se la luce solare è gialla e la luce diffusa dalla neve è gialla, il cervello vede la neve bianca perché l'intera immagine ricevuta dal cervello ha una tinta gialla che viene sottratta automaticamente.

Fonti

Bailey, M.; John Hallett, J. (2004). 'Tassi di crescita e abitudini dei cristalli di ghiaccio tra −20 e −70°C'. Giornale delle scienze dell'atmosfera . 61 (5): 514–544. doi: 10.1175/1520-0469(2004)0612.0.CO;2

Klesius, M. (2007). 'Il mistero dei fiocchi di neve'. National Geographic . 211 (1): 20. ISSN 0027-9358

Cavaliere, C.; Cavaliere, N. (1973). 'Cristalli di neve'. Scientifico americano , vol. 228, n. 1, pag. 100-107.

Smalley, IJ (1963). 'Simmetria dei cristalli di neve'. Natura 198, Springer Nature Publishing AG.