Magnus Ehingers undervisning

Allt du behöver för A i Biologi, Kemi, Bioteknik, Gymnasiearbete m.m.

Den svenska julens kemi - Snö och is

Artikelindex

Snö och is

En svensk jul är oftast en vit jul, och man tar snön och isen för givna och gläds åt dem utan att närmare fundera över dessa ämnens anmärkningsvärda egenskaper. Utgångsmaterialet för snö och is är vatten, två väteatomer och en syreatom sammanfogade till en liten, lätt molekyl. Egentligen borde vatten vid rumstemperatur vara en gas, i likhet med andra lika lätta molekyler, t.ex. ammoniak och svavelväte. (Jodå, ammoniak är faktiskt en gas; den vätska man ibland kallar ammoniak är en vattenlösning av gasen.) Att vatten är en vätska och inte en gas beror på vätebindningar.

En vattenmolekyl. En vattenmolekyl. Syreatomen i en vattenmolekyl suger begärligt åt sig en del av de elektronmoln som rätteligen hör hemma runt de två väteatomerna. Detta resulterar i att väteatomerna får en positiv laddning och syreatomen en negativ. Eftersom motsatta laddningar attraherar varandra kan nu den negativa syreatomen dras till en positiv väteatom i en annan molekyl. Vi har fått en vätebindning mellan de två molekylerna. Genom att varje vattenatom har två väteatomer kan dessa binda till två andra vattenmolekyler. På så sätt uppstår det komplexa nätverk av löst förenade molekyler som ger vatten, snö och is deras speciella egenskaper.

När vatten fryser bildas is, vätska övergår i ett fast ämne. Men inte fullständigt. Kvar på isens yta blir ett lager av vattenmolekyler som inte riktigt inordnat sig i iskristallens fasta struktur. I stället beter de sig fortfarande nästan som en vätska. Tjockleken av detta lager beror på temperaturen. Under -40 °C är lagret bara några få vattenmolekyler tjockt (mindre än en miljondels millimeter!) medan straxt under 0 °C kan tjockleken uppgå till flera hundra vattenmolekyler.

Det är just genom att lagret nästan är en vätska som isen blir hal. Man kan likna vattenmolekylerna i lagret vid kullagerkulor, tätt utströdda på ett golv. Försök att gå runt på det golvet utan att halka! Eller tänk på hur en tunn vattenfilm på vägen kan resultera i att bilar halkar runt okontrollerbart p.g.a. vattenplaning.

Det är också tack vare detta lager som det går att krama snöbollar. Då fungerar lagret ungefär som ett klister som binder samman snöflingorna. Ju mera "klister", desto bättre går det. Det är därför som den bästa kramsnön fås vid temperatur runt 0 °C när lagret är som tjockast.

Snöflingor - iskristaller. Snöflingor - iskristaller. Snö är helt enkelt speciella former av iskristaller. Man kan skilja mellan:

  • Snökristaller, som är enkla iskristaller, oftast med sexfaldig symmetri, vars storlek varierar från mikroskopisk till några få millimeter,
  • Snöflingor, som består av löst "sammanklistrade" snökristaller. Nära 0 °C, när kristallernas "klisterlager" är som tjockast, kan flingorna växa till 10 cm storlek;
  • Rimfrost, som uppstår när underkylda vattendroppar, t.ex. i dimma, träffar en fast yta och snabbt fryser; och
  • Hagel, som består av stora, fasta klumpar av ihopsintrade iskristaller.

Iskristall - snöflinga. Iskristall - snöflinga. Om man tittar på snökristaller med förstoringsglas kan man se två huvudtyper: sexfaldigt symmetriska plattor och diverse pelarliknande former. Vilken typ som främst bildas beror på temperatur och luftfuktighet i molnet där snön uppstår. Vid temperaturer under -25 °C bildas i första hand pelarlika kristaller, nålar eller ihåliga stavar. De vackraste snöflingorna, sexkantiga plattor med rikt förgrenade utskott, får man när molnet är övermättat med vattenånga vid 0 – -3 °C eller -12 – -16 °C.

Iskristall - snöflinga. Iskristall - snöflinga. Hur uppstår dessa rikt förgrenade plattor? Det börjar med ett kallt moln och en kondensationskärna, en mikroskopiskt liten partikel som kan fungera som en startpunkt för isbildningen. Den kan bestå av jord, vulkanaska, damm, eller t.o.m. vara av utomjordiskt ursprung. (Jorden träffas varje år av 40 000 ton småpartiklar från himlen.) Det går också att starta processen på konstgjord väg genom att beså molnet med silverjodid-kristaller.

Iskristaller - Snöflingor. Iskristaller - Snöflingor. Runt kristallisationskärnan bildas en sexkantig platta av is. Att plattan blir sexkantig beror på att detta är det stabilaste sättet att gruppera vattenmolekylerna i en iskristall. Eftersom plattans hörn s.a.s. sticker ut har hörnen lättare än långsidorna för att fånga upp vattenmolekyler ur det omgivande molnet och börjar därför växa snabbare. På så sätt kommer de att spreta ut mer och mer och förgreningarna uppstår. Genom att den växande snökristallen virvlar runt i molnet kommer den att utsättas för olika temperatur-luftfuktighets-kombinationer, var och en resulterande i ett specifikt tillväxtmönster. Förgreningsmönstret kommer på så sätt att varieras i det oändliga och alla snökristaller blir olika.

 

   

Också intressant: