Ghiaccio alfa

Ghiaccio

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?

Salvatore Maisto
16 giugno 2009

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).


Figura1 Domenici ghiaccio

Figura 1


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°.



Figura2 Domenici atomo di ghiaccio

Figura 2


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:

L'angolo dell'acqua

Water Phase Diagram

Ice Ih


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.

Valentina Domenici Dipartimento di Chimica e Chimica Industriale, Università di Pisa
Keywords: chimica fisica

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