Saturday, December 7th, 2019
Postet i: Fysik, Teknik |

Snefnug og iskrystaller forklaret på 6 minutter

Det er vinter og fugtigt og forhåbentligt også snart så koldt, at vandet fryser til iskrystaller. Men hvad foregår der egentlig i vandet, når det danner snefnug og iskrystaller?

Det er faktisk ganske let at forstå, hvad der sker, når vand danner snefnug, når man lige har set det ske. Så da vi nu står overfor en forhåbentlig snefyldt vinter med massere frost, er tiden inde til at se og lære. Nyd to korte videoer med voksende iskrystaller, og så tager vi forklaringen bagefter.

Snefnug vokser som iskrystaller i sæbebobler

I en sæbeboble ser man tydeligt iskrystallerne vokser. Skallen i en sæbeboble består af et indre og et ydre lag af sæbe og et mellemlag af vand, og i vandet vokser iskrystallerne efter de samme principper som et snefnug. I denne video er temperaturen er omkring minus ni grader celsius i videoen, så vandet bliver hurtigt koldt nok til, at iskrystallerne vokser.

Iskrystaller og snefnug er grundlæggende sekskantede

Iskrystaller kan have et væld af former, men det er på den anden side tydeligt, at sekskanten er grundlæggende for dem, og at vinklen 120 grader er vigtig. Se dem vokse og danne deres former efter det princip i videoen herunder.

Iskrystallen vokser ud i vandet

Og nu er vi så kommet til forklaringen på, hvorfor iskrystallerne vokser som de gør. I sæbeboblerne startede krystallerne med at vokse nogle få steder. Det er nemlig en grundlæggende betingelse for is er, at en iskrystal ikke bare opstår i vand. Den skal have noget at vokse på, et kim, selv ved minus 16 grader celsius. Dette kim kan være et lille korn af snavs eller et stykke is. Sagen er, at det kræver energi at danne et kim, og energi er der ikke ret meget af, når det er koldt. Oppe i en sky, hvor der dannes snefnug, skal der også være kim.

Når en iskrystal er dannet, er hele sæbeboblen under nul grader varm, så krystallen vokser hurtigt. Den vokser hurtigst fra de steder, som stikker længst ud, for her er der en masse koldt vand, som hurtigt hæfter sig på iskrystallen. Derfor knopskyder iskrystals hjørner med pinde, som vokser lige ud i vandet.

Når man ser på iskrystaller/snefnug, så er det let at se, at de vokser fra kanterne af en sekskant. Og at alle nye skud på stammerne vokser ind i et område, hvor der er frie vandmolekyler. Desuden over holder de reglen om, at der altid er en vinkel på 120 grader.

Når en pind er vokset lidt ud, er der ikke bare massere af koldt vand foran spidse, men også ved siden af pinden. Derfor knopskyder pinden med en ny pind ud til siden. Der er ikke nogen regel, som siger, at der skal komme en pind på begge sider på samme tid, men der er jo lige meget koldt vand på begge sider af pinden, så det er temmelig sandsynligt, at forgreningen sker nogen lunde symmetrisk omkring hele iskrystallen.

På den måde kommer iskrystallen efter hånden til at ligne det velkendte snefnug: en meget lille sekskant med et overdrevent stort juletræ på hvert af dens seks hjørner.

Snefnug i en sky vokser efter præcist samme princip, viser videoen her under. I skyen er det bare vanddamp, der hæfter sig på en iskrystal. Desværre hvirvle et snefnug omkring inde i skyen, hvor det samler damp fra luften, så det er svært at filme. Derfor sidder krystallerne i videoen fast, men princippet er det samme.

Men hvorfor er iskrystaller sekskantede?

Sekskanten og vinklen 120 grader går igen i iskrystallerne, og det er fristende at sige, at det er fordi, der er en vinkel på ca 120 grader i vandmolekylet. Men det har ikke noget med sagen at gøre, og iøvrigt er vinklen i vandmolekylet 104,5 grader.

Is som vi kender den i naturen krystalliserer i det hexagonale system. Det vil sige, at vandmolekylerne sætter sig sammen i et sekskantet mønster. Grundformen i det hexagonale system svarer til en sekskantet blyant, der er skåret vinkelret af i begge ender. Snefnug svarer i den forbindelse til en skiveskåret blyant, og der er kun en vinkel at vælge imellem her, nemlig 120 grader.

Men is kan krystalliserer på mange andre måder, hvis man ændrer på temperaturen og trykket, og på alverdens universiteter sidder der en masse forskere, som prøver at finde forklaringen på, hvorfor vand lige vælger den ene eller den anden form ved bestemte forhold. Det er så langt som vi når i forklaringen. Iskrystaller kan du læse mere om her på nettet.

Hvis du kunne lide artiklen, så følg os på Facebook eller abonner på vores nyhedsbrev. Det kommer kun en eller to gange om ugen. Her på ScienceFix lægger vi vægt på fakta og forskning, derfor har vi normalt links i teksten.

190118