¿Alguna vez has visto un copo de nievo de cerca? A menudo, su forma resulta fascinante, pues responde a una estructura geométrica perfectamente simétrica y radial, en la que se distinguen diferentes hexágonos interconectados entre ellos, despertando de esa forma tanto la admiración estética como la curiosidad científica de todo aquel que los observa. Sin embargo, la explicación a esta curiosa forma está íntegramente relacionada con la estructura atómica del agua, las propiedades de sus enlaces y la física que define los estados sólidos.
LA forma DEL AGUA
Los copos de nieve, como es bien sabido, no es más que agua en esta sólido, por lo que comparten las mismas características que esta molécula. Así, también están compuestos por H2O, es decir, dos átomos de hidrógeno y uno de oxígeno, los cuales se unen siguiendo una disposición angular. Es gracias a esta colocación que es posible que se creen unos enlaces entre los dos tipos de átomos llamados puentes de hidrógeno.
Así, cuando las condiciones ambientales alcanzan temperaturas lo suficientemente bajas, el agua experimenta un cambio de fase en el que pasa de estado líquido a sólido. Durante ese proceso, las moléculas de agua se organizan en estructuras determinadas, llamadas estructuras cristalinas. Y es justamente la disposición que adoptan esos enlaces de hidrógeno durante la congelación la clave para entender la estructura hexagonal de los copos de nieve.
EL PAPEL DE LA SIMETRÍA HEXAGONAL
La estructura cristalina de la molécula se crea con una forma hexagonal. Esto es debido a que es la forma más energéticamente rentable para que se formen los enlaces entre moléculas, en los cuales cada molécula de agua encaja con el resto tal y como si se tratase de un rompecabezas: carga negativa del oxígeno se atrae con la positiva de los hidrógenos.
Esta forma permanece a medida que el copo de nieve va creciendo, condensando a nuevas gotas de agua, las cuales se congelan y se ramifican hacia los extremos salientes del hexágono, formado por los hidrógenos que no se habían unido al resto de átomos durante la congelación. El proceso se va repitiendo cíclicamente, ramificándose desde la forma original, dando lugar a la estructura perfectamente hexagonal y simétrica que se conoce.
TEMPERATURA Y HUMEDAD
Ahora bien, la temperatura y la humedad son también factores clave a la hora de entender la diversidad de las estructuras que hay en los copos de nieve. Y es que, a medida de los cristales de hielo se van formando, las condiciones ambientales cambiantes desempeñan un papel crítico en la elaboración de su forma final: la temperatura afecta a la velocidad de crecimiento de los cristales, mientras que la humedad determina la cantidad de vapor de agua disponible para la cristalización.
Por ejemplo, un estudio de la Universidad Complutense de Madrid de 2020 reveló que, en condiciones muy frías, por debajo de los -25 ºC o -20 ºC, los prismas hexagonales son más largos que anchos, y presentan formas más relacionadas con columnas. Mientras tanto, si se eleva la temperatura hasta los -10ºC, los cristales de hielo pierden su altura, transformándose en formas mucho más chata. Finalmente, cuando esta sube hasta más allá de los -10ºC, se vuelven a convertir en columnas de mayor altura.
Por su parte, la humedad del ambiente también tiene una gran influencia sobre los copos de nieve. Por ejemplo, esta está relacionada con el proceso de nucleación, el cual marca el inicio de la formación del copo: en ambientes de alta humedad, hay más moléculas de agua disponibles en el aire en forma de vapor, por lo que se favorece esa nucleación, proporcionando muchos más puntos de partida para formación de copos. Por otro lado, directamente relacionado con este proceso, cuanta más humedad y más moléculas de agua en el aire, más opciones habrá de adherirse a las ramificaciones formadas y más rápido se formarán y crecerán, inflyendo así, de forma directa, en la velocidad de crecimiento.
