¿Has observado detenidamente un copo de nieve? Si lo haces te asombrarás de la hermosa y a la vez compleja estructura que tiene. Al comparar diferentes copos de nieve veremos que cada forma es única y diferente del resto aunque podamos distinguir ciertas estructuras comunes en todos los copos. Para entender el mundo de los copos de nieve tendremos que adentrarnos en uno de los campos más complejos de la química: el estudio de los cristales o cristalografía.
Aunque antes de empezar debemos realizar una aclaración: realmente las formas a las que nos referimos en este artículo son cristales de hielo y no copos de nieve. Un copo de nieve se forma cuando los cristales de hielo se reúnen y apelmazan durante la caída. De esta manera cada copo de nieve puede contener varios cristales de hielo.
Como ya comentamos en un artículo anterior (ver ¿Es posible fabricar nubes artificiales?), las nubes están formadas por vapor de agua y por unas pequeñas partículas (que normalmente son de polvo) llamadas núcleos de condensación. Las moléculas de agua en forma de vapor son atraídas a estos núcleos mediante fuerzas electromagnéticas y esto provoca la formación de la nube propiamente dicha.
Pero si la temperatura disminuye demasiado, estos núcleos de condensación y las moléculas de agua atraídas a él son congelados formando un minúsculo bloque de hielo llamado cristal madre. Este cristal madre original permanece en el centro de todos los cristales de hielo, pero es tan pequeño que no es posible verlo a simple vista ni con un microscopio normal, solo es visible con un microscopio de mucha mayor precisión, como un microscopio electrónico.
Al formarse el cristal madre, las moléculas de agua se ensamblan entre ellas formando una red hexagonal. Que se forme una red hexagonal no es casualidad, ya que esta red es estructuralmente la más estable posible entre moléculas de agua. Después el cristal de hielo aumenta su tamaño al unirse más moléculas de agua del entorno insertándose en la red, pero como el esqueleto básico sobre el que se asienta es un hexágono, todos los cristales de hielo que se forman siempre tienen seis lados simétricos. (En cristalografía se conoce esto como simetría-6). Este proceso de crecimiento del cristal es el que realmente hace que cada cristal de hielo sea diferente.
La forma del cristal de hielo final varía dependiendo de la temperatura y de la humedad alrededor del cristal madre. Y es bastante lógico: si hay pocas moléculas de agua alrededor el cristal crecerá poco y seguirá una forma simple como una varilla; en cambio sí hay mucha humedad se añadirán muchas moléculas de agua al cristal formando el cristal complejo que estamos acostumbrados a ver en fotos. De igual manera la temperatura ideal de formación de un cristal de hielo son aproximadamente -15ºC, una temperatura superior hará que las moléculas de agua prefieran condensarse en forma de lluvia que formar parte del cristal, y a una temperatura demasiado baja forman columnas o platos simples. El hecho de que a temperaturas inferiores se formen columnas o platos es todo un misterio, los investigadores llevan 75 años buscando una explicación y no aún no son capaces de ponerse de acuerdo.
Además de la propia diferencia entre cristales, en un único cristal los brazos no son perfectamente simétricos sino que existen pequeñas perturbaciones (debidas a factores externos, como corrientes de viento durante la formación del cristal) que hacen a cada brazo del cristal único por sí mismo.
Todos estos factores hacen casi imposible ver dos cristales de hielo iguales, ya que cada cristal ha crecido bajo condiciones únicas, diferentes incluso dentro de una misma nube. Si quieres hacer un regalo romántico, piensa en un cristal de hielo: da igual donde lo cojas, siempre será único en el universo. Pero date prisa en regalarlo antes de que se derrita.
Fuentes e Imágenes | Snow Crystals, PBS, Carolus Dixit