Ghiaccio: dai cubetti alle stelle
Caro prof. Peruso,
perché quando l’acqua diventa ghiaccio occupa più spazio? Perché i fiocchi di neve sono a forma
di stella? La ringraziamo e le inviamo un caloroso saluto.
Luisa Dalsasso e Nicola Moranduzzo, alunni dalla classe 4C della scuola elementare di Borgo V.
Le domande sono collegate, e quindi dedico l’articolo ad entrambe. Per capire ciò che mi chiedete è
necessario che vi presenti la molecola d’acqua (una molecola è la più piccola parte di una sostanza;
sostanze diverse sono composte da molecole diverse). La molecola d’acqua è formata da due atomi
di idrogeno e un atomo di ossigeno (i chimici riassumono questo fatto con la scrittura che
sicuramente avrete già visto: H2O). Questi tre atomi sono legati fra loro in modo da formare una
forma triangolare come quella rappresentata nella figura.
Quando l’acqua è liquida le molecole non sono molto unite fra loro e “scivolano” le une
sulle altre. Ma quando l’acqua diventa solida, ovvero ghiaccia, le molecole si “attaccano” le une alle
altre in un modo ben preciso: esse si dispongono ad esagono, occupando così molto più spazio di
quello che occupano le molecole quando sono libere. Due masse uguali di ghiaccio e acqua
riempiono un diverso volume, maggiore per il
ghiaccio (si dice che il ghiaccio ha densità
minore dell’acqua liquida). Ecco spiegato il
motivo per cui il ghiaccio galleggia sull’acqua
e perché d’inverno possano scoppiare le
tubature
dell’acqua (ovviamente se non
vengono usate regolarmente).
Quando altri liquidi solidificano le molecole si
legano fra loro formando strutture molto ben
“impacchettate”: quasi tutte le sostanze
occupano meno spazio allo stato solido che a
quello liquido.
Anche la forma dei fiocchi di neve è dovuta al
Trasformazioni: la molecola d’acqua è “triangolare” (due
modo in cui si legano le molecole quando
vertici sono le orecchie … oops, gli atomi di idrogeno).
l’acqua ghiaccia. Un fiocco di neve è una
Ghiacciando, l'
acqua assume le sembianze di un prisma
struttura
che si forma a partire da un cristallo di
esagonale e poi, sotto le giuste condizioni, di una
ghiaccio.
Il singolo fiocco ha piccole
“stella”.
dimensioni (solo in casi eccezionali esso arriva
a misurare un centimetro). Quando vediamo
cadere “fiocchi di neve” più grandi, stiamo in realtà osservando un insieme di fiocchi.
Come cresce un fiocco di neve? La vita di un fiocco è costituita da vari momenti.
Innanzitutto si forma nella nuvola un piccolo solido di ghiaccio esagonale ( un “prisma esagonale”).
Nell’esagono ci sono sei punti di incontro fra i lati ( i “ vertici” dell’esagono) ed è su questi vertici
che si costruiscono a poco a poco le punte delle stelle (avevate notato che le stelle dei fiocchi di
neve hanno sei punte?).
In seguito il fiocco si muove di qua e di là nella nuvola e un po’ alla volta incontra molecole
di vapor d’acqua che solidificano sul fiocco (cioè ghiacciano). Queste molecole preferiscono
depositarsi sulle zone più appuntite: ecco quindi che i vertici dell’esagono crescono più
velocemente che non i lati. Abbiamo così spiegato la forma a “stella”.
Ogni braccio continua poi a crescere in modo analogo: se in qualche zona della punta c’è
un’irregolarità, allora lì si depositano altre molecole facendo crescere degli altri rami. L’umidità e la
temperatura della zona in cui si trova il fiocco determinano la quantità di molecole e la velocità con
cui si depositano sul piccolo solido di partenza. La forma di un fiocco dipende dunque dalle
condizioni in cui viene a trovarsi. Questo spiega perché due fiocchi di neve non sono mai uguali:
bastano piccole differenze di umidità e temperatura per dar luogo a strutture diverse. Tuttavia le sei
braccia del fiocco sono quasi uguali fra loro, perché esse si trovano a formarsi nelle stesse
condizioni Se durante una nevicata vi cadono sulla manica della giacca a vento due fiocchi molto
simili fra loro, significa che provengono dalla stessa zona di una nuvola (e gli studiosi del campo
saprebbero dirvi con una certa precisione temperatura e umidità di quella nuvola!). Ora che sapete
qualcosa di più sui fiocchi di neve, il prossimo inverno armatevi di lente, di grande pazienza e
andate a caccia di questi gioielli della natura. Ma attenzione: i cristalli di ghiaccio sono delicati, si
rompono e fondono facilmente!
[a cura di Silvia Defrancesco]
