Nieve

¿Cómo se forma? ¿Es verdad que no hay dos copos iguales?

👥 Manuel Alonso Orts
📆 2023-03-31 ✍️ Última edición: e41b3986f ⏱️ 4 min de lectura 📁 Física 🏷️ blog, materia, nieve
Foto de Aaron Burden en Unsplash

Entrada basada en el siguiente hilo de Twitter:

completando la información con ayuda del magnífico artículo traducido por José Miguel Viñas.

Todos conocemos las tres fases del agua: hielo (sólida), agua (líquida) y vapor de agua (gas). Entonces, ¿qué es la nieve? La nieve también es agua en fase sólida, pero es distinta al hielo común. ¿Cómo se forma? ¿Es verdad que no hay dos copos iguales?

La nieve se forma cuando el vapor de agua en la atmósfera solidifica en cristales de hielo. Su habitual simetría hexagonal proviene de su estructura ordenada a escala atómica. Como curiosidad, se requieren unas 100 000 gotas de agua evaporada para formar un copo de nieve.

Tanto la nieve como el hielo son agua en estado sólido y tienen esta estructura cristalina (estructura atómica ordenada que se repite en todo su volumen). Es sus condiciones de formación lo que distingue a la nieve del hielo. Ojo, que su estructura cristalina sea hexagonal no implica que los copos tengan que ser hexagonales. Todo ello lo veremos más adelante en esta entrada. Fuente: https://www.nagwa.com/en/worksheets/894129194737/.
Tanto la nieve como el hielo son agua en estado sólido y tienen esta estructura cristalina (estructura atómica ordenada que se repite en todo su volumen). Es sus condiciones de formación lo que distingue a la nieve del hielo. Ojo, que su estructura cristalina sea hexagonal no implica que los copos tengan que ser hexagonales. Todo ello lo veremos más adelante en esta entrada. Fuente: https://www.nagwa.com/en/worksheets/894129194737/.

Allá por 1885, un señor llamado Wilson A. Bentley sacó más de 5 000 fotos a copos de nieve. De él viene la frase “no hay dos copos iguales” y la creencia de que todos los copos de nieve son hexagonales. Sin embargo, en sus fotos Bentley eligió los más bonitos y simétricos.

Fotografías de copos de nieve hechas por Wilson Bentley cerca de 1902. Fuente: https://commons.wikimedia.org/wiki/File:SnowflakesWilsonBentley.jpg.
Fotografías de copos de nieve hechas por Wilson Bentley cerca de 1902. Fuente: https://commons.wikimedia.org/wiki/File:SnowflakesWilsonBentley.jpg.

A diferencia de la creencia popular, no todos los copos de nieve son hexagonales, y puede haber dos copos iguales1. En este diagrama de fase se ve la morfología del copo de nieve, que depende de la temperatura y la sobresaturación de la atmósfera durante la formación del copo.

Diagrama de Nakaya, ilustrando qué cristal de nieve se formará dependiendo de la temperatura y la sobresaturación (cuántas moléculas de agua hay por unidad de volumen). Las dendritas y las placas hexagonales son las que aparecen en el libro de Bentley. Fuente: https://doi.org/10.1146/annurev-matsci-070616-124135.
Diagrama de Nakaya, ilustrando qué cristal de nieve se formará dependiendo de la temperatura y la sobresaturación (cuántas moléculas de agua hay por unidad de volumen). Las dendritas y las placas hexagonales son las que aparecen en el libro de Bentley. Fuente: https://doi.org/10.1146/annurev-matsci-070616-124135.

Aquí podéis ver imágenes de distintas formas de copos de nieve: placas, columnas, … En cierto modo, la morfología del copo de nieve nos revela cómo se formó. A veces puedo hacer una deducción cualitativa similar cuando investigo otros pequeños materiales cristalinos.

Diferentes formas de copos de nieve captadas por el [Dr. Kenneth G. Libbrecht de Caltech](https://www.its.caltech.edu/~atomic/). Los cristales crecen formando estrellas y placas planas (en lugar de estructuras tridimensionales) cuando los bordes crecen hacia afuera rápidamente mientras que las caras crecen hacia arriba lentamente. Las columnas delgadas crecen de manera diferente, con caras de crecimiento rápido y bordes de crecimiento más lento. Fuente: https://www.mprnews.org/story/2016/01/14/how-are-snowflakes-made-unique-science.
Diferentes formas de copos de nieve captadas por el Dr. Kenneth G. Libbrecht de Caltech. Los cristales crecen formando estrellas y placas planas (en lugar de estructuras tridimensionales) cuando los bordes crecen hacia afuera rápidamente mientras que las caras crecen hacia arriba lentamente. Las columnas delgadas crecen de manera diferente, con caras de crecimiento rápido y bordes de crecimiento más lento. Fuente: https://www.mprnews.org/story/2016/01/14/how-are-snowflakes-made-unique-science.
Según un nuevo modelo de crecimiento de cristales de nieve, un cristal microscópico crece hasta convertirse en una columna alta o en una placa plana mediante un proceso denominado [difusión molecular](https://es.wikipedia.org/wiki/Difusión_molecular) impulsada por la [energía superficial](https://es.wikipedia.org/wiki/Energía_superficial). Fuente: https://www.quantamagazine.org/toward-a-grand-unified-theory-of-snowflakes-20191219/.
Según un nuevo modelo de crecimiento de cristales de nieve, un cristal microscópico crece hasta convertirse en una columna alta o en una placa plana mediante un proceso denominado difusión molecular impulsada por la energía superficial. Fuente: https://www.quantamagazine.org/toward-a-grand-unified-theory-of-snowflakes-20191219/.

En definitiva, tanto la nieve como el hielo son agua en su fase sólida, pero la formación de la nieve en la atmósfera la hace diferente al hielo común. La nieve es una forma hermosa y fascinante de la materia que nos recuerda la maravillosa complejidad del mundo natural.

Imagen de [Luleå University of Technology](https://www.ltu.se/?l=en). Fuente: https://www.futurelearn.com/info/courses/snow-why-it-matters/0/steps/263040.
Imagen de Luleå University of Technology. Fuente: https://www.futurelearn.com/info/courses/snow-why-it-matters/0/steps/263040.

  1. Sobre la creencia popular de que no hay dos copos iguales: depende de a qué llamemos iguales. Atómicamente, la disposición siempre será ligeramente distinta. Pero en un microscopio, sí que hay ciertos tipos de estructuras muy similares y podemos ver dos copos iguales. ↩︎

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Manuel Alonso Orts
Manuel Alonso Orts
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Físico, especializado en propiedades ópticas de (nano)materiales semiconductores. Postdoc en la Universidad de Bremen (Alemania).

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