Šest strana čarolije: kako nastaju pahulje

Pahulje snijega mogu imati različite forme, ali one kakve ih zamišljamo – kao zvjezdice – predstavljaju varijacije jednog te istog oblika – šestokrake zvijezde. Nema pahulja sa 8 krakova niti sa 4. Postoje cilindrične pahulje, bez krakova, postoje pločice, postoje čak i trostrane pahulje, a da li će padati iglice ili šestokrake pahulje, to zavisi od temperature. No, zbog čega pahulje, ako imaju oblik zvijezde, imaju uvijek 6 krakova ili strana, odnosno šestostranu simetriju?

Naboji u molekuli vode kao početak priče o obliku pahulja

Molekula vode (H₂O) ima specifičan oblik: jedan atom kiseonika povezan je s dva atoma vodonika pod uglom od oko 104,5 stepeni. I kisik i vodik u molekuli vode imaju svoje parcijalne naboje zbog čega molekula vode nije ravna. I zato je molekula vode polarna, a voda dobro polarno otapalo za mnoge tvari.

Molekula vode i njeni parcijalni naboji kisik – negativno (crveno) i vodik pozitivno (bijelo). Izvor: Freepik: https://www.freepik.com/premium-vector/cartoon-water-molecule-with-partial-charges_35609607.htm

Usljed tih naboja molekule vode se i međusobno malo privlače – vodici za negativno naelektrisane kisike. Kisik je malo negativan, a vodonici su malo pozitivni. Zbog tih djelimičnih naboja, atomi kisika u molekuli vode privlače atome vodika u drugim molekula mode i obratno.

Kada voda prelazi  u čvrsto stanje (led), molekuli se organizuju u heksagonalni (šestougaoni) oblik jer tako najefikasnije pakuju prostor. Međutim, prava caka leži u tome da li voda prelazi u led iz tečnog ili iz gasovitog stanja.

Pahulje se formiraju drugačije nego led u čaši ili posudama za led. Naime pahulje se formiraju od vodene pare, na dovoljno niskoj temperaturu i atmosferi zasićenoj vodenom parom. Ovdje voda sublimira iz gasovitog u čvrsto stanje. Led se, za razliku od pahulja, formira od vode u tečnom stanu. Zbog toga su i kristalne strukture pahulja i leda drugačije. Led ima 4-stranu strukturu, za razliku od heksagonalne strukture pahulja.

Kada temperature nisu previše niske, oko 0 °C, to vjerovatno znači da će se formirati zvjezdaste pahulje, koje se inače stručno zovu dendriti. Niže temperature, od oko -5 °C do -10 °C, donose duge ledene iglice, dok još niže temperature oko -20 °C opet donose šestokrake zvjezdice.Na temperaturama nižim od -25, ne formiraju se zvjezdice nego iglice i pločice. Međutim, na nižim temperaturama je manje vjerovatno da će snijeg padati. Najlješđe pahulje padaju pri visokoj saturaciji, visokoj vlazi u atmosferi i teperaturama od 0 do -5 ili od -10 do -20 Celzijusa.

Pahulje se formiraju oko neke jezgre

Kako se formiraju pojedinačne snježne pahulje? Potreban je okidač, ili kondenzaciono jezgro. To može biti čestica prašine, prljavštine ili bilo koja sitna čestica na koju molekule vode mogu uhvatiti što omogućava da se zamrznu i kristaliziraju. Kada se molekula poveže s kondenzacionim jezgrom, više nije čista kapljica i odmah se zamrzava, što označava početak stvaranja pahulje.

Kada temperatura padne ispod tačke smrzavanja, molekuli vode usporavaju i počinju da se organiziraju u kristalnu strukturu. Vodonične veze nameću pravilno heksagonalno (šestougaono, šestokutno) raspoređivanje molekula jer je to najstabilniji i energetski najefikasniji način da se molekuli vode povežu u ledu. Moguće su i konstrukcije djeljive sa 6 (recimo 12-kraka pahuljica), ali i trostrane strukture.

tipovi pahulja, izvor Caltech

Faktori poput pozicije u oblaku, temperature, količine uzgona u atmosferi, kao i drugih uslova, određuju veličinu i vrstu pahulje koja će na kraju nastati.

The post Šest strana čarolije: kako nastaju pahulje appeared first on Nauka govori.