Guardando immagini su internet di cristalli di ghiaccio, ho scoperto che il ghiaccio comune è detto ghiaccio alfa. Quali sono le caratteristiche del ghiaccio alfa, in che modo si forma, come sono disposte le molecole di acqua nel cristallo?
Il termine ghiaccio alfa sta a indicare una particolare forma cristallina dell'acqua allo stato solido, ovvero quello che comunemente viene chiamato ghiaccio. Le forme cristalline in cui l'acqua solidifica sono in realtà molte di più e la loro stabilità dipende dalla pressione e dalla temperatura a cui si formano.
Una descrizione dettagliata del complesso comportamento dell'acqua a pressioni elevate si trova alla seguente pagina di Ulisse Il ghiaccio beta.
Il nome corretto del ghiaccio alfa è ghiaccio "Ih" o ghiaccio "esagonale".
Come dice il nome stesso, la struttura cristallina delle molecole di acqua nel ghiaccio Ih è di tipo esagonale, ovvero gli atomi di ossigeno del reticolo cristallino formano una maglia ad esagoni regolari come quelli di Figura 1 (palline rosse).
Le bacchette grigie sono linee immaginarie che uniscono gli atomi di ossigeno per evidenziare la struttura esagonale.
Tuttavia se concentriamo l'attenzione su un singolo atomo di ossigeno e sugli atomi di idrogeno ad esso legati vedremmo una struttura tetraedrica, come quella riportata in Figura 2. In particolare, ogni atomo di ossigeno (pallina rossa) è legato a due atomi di idrogeno (pallina bianca) attraverso un legame covalente (bacchetta bianca continua) ed ad altri due atomi di idrogeno (pallina bianca) con un legame a idrogeno (bacchetta grigia tratteggiata). Anche se la distanza dell’atomo di ossigeno dai quattro atomi di idrogeno non è la stessa per le due coppie di atomi di idrogeno con cui è legato in modo diverso, gli angoli di legame idrogeno-ossigeno-idrogeno sono uguali tra loro e corrispondono ad un angolo molto vicino all’angolo del tetraedro di 109.5°.
Vale la pena ricordare che le meravigliose forme dei cristalli di ghiaccio e dei fiocchi di neve osservabili in natura, che si formano quando la temperatura esterna si abbassa intorno agli 0°C, derivano proprio dalle caratteristiche geometriche del ghiaccio Ih.
Per ulteriori approfondimenti:
Letture consigliate:
The hydrogen bond and the water molecule di Yves Marechal, Elsevier 2006, ISBN 978-0444519573.
The Snowflake di Kenneth G. Libbrecht, Voyager Press 2003, ISBN 978-0896586307.