Η Χημεία των Χιονονιφάδων.

Πώς σχηματίζονται οι χιονονιφάδες;

Οι χιονονιφάδες απαρτίζονται από κρυστάλλους χιονιού. 

Ένας κρύσταλλος χιονιού αποτελείται από έναν κρύσταλλο πάγου σε μικροσκοπική μορφή, ο οποίος προέκυψε όταν μικρές σταγόνες πάγωσαν στην ατμόσφαιρα (θερμοκρασία αέρα περίπου -5 έως -40 βαθμοί Κελσίου).

Η διαδικασία έχει ως εξής:

Όταν μια σταγόνα πολύ κρύου νερού συμπυκνωθεί γύρω από έναν κόκκο σκόνης ή γύρης, που έχει παρασυρθεί από τον αέρα στην ατμόσφαιρα, δημιουργεί τον κρύσταλλο χιονιού. 

Όσο περισσότεροι υδρατμοί συμπυκνώνονται γύρω του, αυτός βαραίνει και πέφτει και συμπαρασύρει άλλους παγοκρυστάλλους,  αυξάνοντας τη μάζα τους και δημιουργώντας τις νιφάδες χιονιού.

Τι αλληλεπιδράσεις δέχονται για να σχηματιστούν οι νιφάδες χιoνιού;

Στις νιφάδες χιονιού περιέχονται κυρίως μόρια νερού που κρυσταλλώθηκαν, όπως προαναφέραμε παραπάνω. 

Τα μόρια του νερού (Η2Ο) αποτελούνται από υδρογόνο (Η) και οξυγόνο (Ο) και μεταξύ τους σχηματίζονται δεσμοί υδρογόνου. 

Τι είναι οι δεσμοί (ή γέφυρες) υδρογόνου;

Οι δεσμοί (ή γέφυρες) υδρογόνου είναι ένα είδος ελκτικής διαμοριακής* δύναμης, που αναπτύσσεται μεταξύ δύο μερικών ηλεκτρικών φορτίων αντίθετης πολικότητας (δ+ και δ- στην εικόνα παρακάτω).

Αποτελούν τις ισχυρότερες από τις διαμοριακές δυνάμεις, αλλά τις ασθενέστερες σε σύγκριση με της ενδομοριακές* δυνάμεις δηλ. τον ιοντικό (π.χ Να+ Cl-) και τον ομοιοπολικό δεσμό (π.χ H - O -H).

Το ένα μέλος του δεσμού υδρογόνου είναι το υδρογόνο (Η) και το άλλο μπορεί να είναι ένα από τα παρακάτω ισχυρά ηλεκτραρνητικά στοιχεία, άζωτο (Ν), οξυγόνο(Ο) - η περίπτωση που μελετάμε -, φθόριο (F).

Δεσμός υδρογόνου μεταξύ δύο μορίων νερού  

Ο δεσμός υδρογόνου είναι ένα ιδιαίτερο είδος διαμοριακής δύναμης. Συνδέει μόρια, όπως του νερού στον πάγο.

Τα άτομα του υδρογόνου σε ένα μόριο νερού έλκονται από άτομα οξυγόνου γειτονικών μορίων νερού με αποτέλεσμα να δημιουργούνται τρισδιάστατες ενώσεις. Αυτή η έλξη κάνει στερεό το νερό.

*Διαμοριακή δύναμη = ελκτική δύναμη ηλεκτροστατικής φύσης που ασκείται μεταξύ μορίων

*Ενδομοριακή δύναμη = ελκτική δύναμη που συγκρατεί τα άτομα στο εσωτερικό ενός μορίου

Επιστροφή ... στη γη!

Τα σχήματα που θα έχουν οι χιονονιφάδες εξαρτώνται από τη θερμοκρασία του αέρα, την υγρασία του αέρα στην οποία αναπτύχθηκαν, αλλά και την πορεία που ακολουθούν και η οποία επηρρεάζεται από τις συγκρούσεις με άλλους παγοκρυστάλλους!

Με βάση αυτές τις συνθήκες κάθε χιονονιφάδα είναι ξεχωριστή και μοναδική και θεωρείται σπάνιο μία να είναι ίδια με κάποια άλλη.

Χιονονιφάδα δενδρίτης

Χιονονιφάδα αστέρι

Ποιος αποτύπωσε πρώτος τη μορφή των κρυστάλλων χιονιού;

O Wilson Bentley, ένας αγρότης από το Βερμόντ των ΗΠΑ, το 1885 μελέτησε και φωτογράφισε με το μικροσκόπιο του - τοποθετώντας το στη φωτογραφική του μηχανή - κρυστάλλους χιονιού και τράβηξε γύρω στις 5000 φωτογραφίες (βλ. εικόνα παρακάτω).

Είναι εκθαμβωτική η αποτύπωση των κρυστάλλων χιονιού με τα μέσα εκείνης της εποχής και ένας πραγματικός θησαυρός!

Ο ίδιος ο Bentley δήλωσε:

"Κάτω από το μικροσκόπιο, βρήκα ότι οι χιονονιφάδες ήταν θαύματα ομορφιάς. 

Και είναι κρίμα αυτή η ομορφιά να μην φαίνεται και να εκτιμάται από άλλους. 

Κάθε κρύσταλλος ήταν ένα αριστούργημα σχεδίου και κανένα σχέδιο δεν επαναλαμβάνεται. 

Όμως όταν μια νιφάδα λιώσει, αυτό το σχέδιο χάνεται για πάντα...απλά τόση ομορφιά πάει χαμένη, χωρίς να αφήσει το σημάδι της πίσω..."

Φωτογραφίες χιονονιφάδων του Bentley

Wilson "Snowflake" Bentley 1925.

Πρόσφατες φωτογραφίες 

Ο Καναδός φωτογράφος Don Komarcechka τράβηξε κάποιες φωτογραφίες διαφορετικών χιονονιφάδων και ονόμασε το έργο του 

"Η χιονονιφάδα". 

Σύμφωνα με τον ίδιο χρειάστηκε 2500 ώρες σε διάστημα 5 ετών για το φανταστικό αυτό  αποτέλεσμα, που αποτυπώνεται εξαιρετικά στις παρακάτω φωτογραφίες. 

Μοναδικοί κρύσταλλοι χιονιού, που όταν λιώσουν χάνονται για πάντα....

#easy_chemistry_for_you

#chemistry_lab #chemie_lab

#hydrogen_bond #water #snowflakes #different_images #real_photos