Snehová vločka • Arkady Kuramshin • Vedecký obraz dňa o "prvkoch" • Fyzika, chémia

Snehová vločka

Fotografia zobrazuje snehovú vločku, jeden zo symbolov zimy a nadchádzajúcu novoročnú dovolenku. Prečo má snehová vločka vždy šesťfarebnú symetriu?

Už v roku 1611 Johannes Kepler vo svojej práci Strela Seu de Nive Sexangula naznačil, že snehová vločka pozostáva z jednoduchších prvkov, ktoré sa môžu spojiť iba do tvaru so šiestimi lúčmi (pozri C. Schneer, 1960 Snowflake a Ph. Ball, 2011. V retrospektíve: Na Six-Cornered Snowflake). Štúdie o symetrii ho priviedli k špekuláciám o najefektívnejšom balení guľôčok v trojrozmernom priestore (pozri Keplerovu hypotézu). Keplerova priekopnícka práca v oblasti symetrie bola neskôr použitá v teórii kryštalografie a kódovania. Kepler mal pravdu. Molekuly vody, ktoré vytvárajú ľad, sú skutočne organizované do šesťuholníkovej mriežky s molekulárnymi kryštálmi, ktorá nakoniec určuje geometriu samotného ľadového kryštálu – snehové vločky.

Trojuholníkové snehové vločky. Obrázok z snowcrystals.com

Je pravda, že nie všetky snehové vločky sa dostanú do zeme šesťuholníka, sú tu aj trojuholníkové. Začnú svoju cestu ako hexagony, ale prúdenie vzduchu v atmosfére môže urýchliť rast troch striedajúcich sa lúčov a kryštál vyzerá ako trojuholníkový.Môže sa stať, že dva hexagonálne kryštály sa navzájom spájajú a začnú rásť ako jeden, formálne tvoria dvanásť špicatú vločku.

Dvanásť-žiarenie snehové vločky. Obrázok z snowcrystals.com

Japonský fyzik Ukichiro Nakaya (Ukichiro Nakaya) bol prvým vedcom, ktorý zistil, že tvar snehovej vločky dokáže rozprávať o jeho vzniku. V roku 1930 bol najatý za to, čo sa mu zdalo sľubnou pozíciou, ale ukázalo sa, že univerzita, ktorá ho najala, nemala peniaze na nákup vybavenia potrebného na plánovanú prácu v oblasti röntgenovej analýzy. Nakaya sa nevzdal a začal robiť to, čo mu dovoľovala jeho materiálová základňa, skúmať obyčajné snehové vločky a pestovať umelé látky na jednotlivých chĺpkach králika (viď knihu Snehové kryštály: Prírodné a umelé – "Snehové kryštály: prírodné a umelé").

Zistil, že každá snehová vločka začína svoj rast s vytvorením šesťuholníkového hranolu, ktorý môže byť tak dlhý ako farebná ceruzka a takmer plochý ako hexagonálne mince. Vzhľadom na to, že rohy šesťuholníka sú ochladzované okolitým vzduchom, viazanie nových častí vody na rohy prebieha rýchlejšie a snehová vločka rastie v bežných lúčoch.

Tvorba snehových vločiek: – častica atmosférického prachu, ktorá zohráva úlohu stredu kryštalizácie; b – vodná para pokrýva povrch prachu a na svojom povrchu kondenzuje do kvapaliny; v – tekutá voda kryštalizuje v ľade; g – šesť rohov vzniknutého kryštálu ľadu rastie rýchlejšie ako ostatné oblasti, pretože sú chladnejšie a môžu rýchlejšie čerpať nové časti vody; d – začína sa tvorba náhodných a neopakujúcich sa foriem – podmienky môžu prispieť k rastu nových hexagonov, lúčov atď.

Tvar snehových vločiek môže byť veľmi odlišný. V hornej atmosfére rastú ľadové kryštály pri rôznych teplotách a vlhkosti. Pretože ich rast prebieha v nerovnovážnych podmienkach, výsledné kryštály môžu byť úplne odlišné od kanonického obrazu snehovej vločiek nového roka. V niektorých podmienkach sa šesťuholníky ľadu silno rozrastajú pozdĺž svojej osi a potom sa vytvárajú pretiahnuté snehové vločky – snehové vločky – stĺpy alebo ihly-snehové vločky. V ostatných podmienkach rastú kolmo na os a potom tvoria snehové vločky vo forme šesťhranných dosiek alebo hexagonálnych hviezd. Kvapka vody môže zmrznúť na padajúcu snehovú vločku – a vytvoria sa nepravidelné a asymetrické snehové vločky.

Ako sa tvoria snehové vločky (zrýchlené streľby)

Ako uviedol americký fyzik Caltech Kenneth Libbrecht, americký fyzik z Caltech, vo svojej štúdii Fyzika snehových kryštálov (2005), presná mechanika tvorby takých symetrických vodných kryštálov – snehových vločiek – je pre nás neznáma ani na úrovni kvality a nedospeli sme sa k vyriešeniu tajomstva ich vzhľadu v porovnaní s dielami Nakai.

Typy snehových vločiek. Obrázok stránky snowsrystals.com

Počas sneženia je takmer nemožné nájsť pár identických snehových vločiek (v zozname je možné pestovať rovnaké snehové vločky len v laboratóriu, kde je možná prísnejšia kontrola podmienok). Napriek tomu človek vždy chce nájsť poriadok v chaose, takže existuje dlhá tradícia klasifikácie snehových vločiek. V roku 1675 opísal nemecký Friedrich Martens 24 druhov snehových vločiek. V roku 1832 sa vďaka daimyo Doi Toshitsura zvýšil počet typov snehových vločiek na 86 (pozri jeho knihu Sekka Zusetu).

"Sekka Zusetsu" – japonská kniha o snehových vločkách, ktorú napísal Doi Tositsura v roku 1832. Fotka z digitálneho kolekcie.nypl.org

Klasifikácia pokračuje v našej dobe a teraz môžeme hovoriť o viac ako stovke typov snehových vločiek – od známych hviezdnych dendritov po zlúčené šesťstranné stĺpce.Podľa diela Nakaya najväčšie a najkrajšie dendritické snehové vločky, a to tie, ktoré sa spájajú s novoročnými sviatkami, rastú vo veľmi vlhkých oblakoch pri teplote okolo -15 ° C.

zdroj: Katrina Krämer. Vysvetľujúci prvok: snehové vločky // Svet chemie, 8. decembra 2017.

Foto Alexey Klyatov z flickr.com. Ako strieľať snehové vločky, môžete si prečítať v rozhovore s fotografom.

Arkady Kuramshin


Like this post? Please share to your friends:
Pridaj komentár

;-) :| :x :twisted: :smile: :shock: :sad: :roll: :razz: :oops: :o :mrgreen: :lol: :idea: :grin: :evil: :cry: :cool: :arrow: :???: :?: :!: