Uno podría esperar que el agua se evapore mucho más rápido que el hielo. Asombrosamente, investigadores de la Universidad de Amsterdam han demostrado que para pequeñas gotas de hielo, este no es el caso:las gotas de hielo y agua desaparecen con la misma rapidez. Esto explica un hecho que los esquiadores conocen bien:la nieve recién caída es muy diferente de la nieve que tiene pocos días. Los resultados fueron publicados en Comunicaciones de la naturaleza esta semana.

Si ponemos un vaso de agua en una mesa y esperamos mucho tiempo, esperamos que el agua se evapore, pero no el vaso en sí, o la mesa. En nuestra experiencia, los materiales sólidos no se evaporan; por lo tanto, intuitivamente esperamos hielo, también un sólido, para no evaporarse significativamente tampoco. Sin embargo, tal proceso, conocido en terminología física como sublimación, ocurre:los esquiadores saben, por ejemplo, que incluso si la temperatura permanece por debajo del punto de congelación, unas pocas pulgadas de nieve pueden desaparecer en un par de días.

Un resultado sorprendente

Aunque mucho menos estudiado que la evaporación de líquidos, la sublimación del hielo sólido tiene importantes consecuencias, ya que impacta el clima (dado que el hielo refleja la luz del sol), así como el tamaño y la forma de las partículas de hielo en las nubes (produciendo copos de nieve, granizos y gránulos de hielo) y es de suma importancia para la formación de patrones de erosión complejos como la nieve penitentes en campos de nieve a gran altura.

En una investigación que fue publicada en Comunicaciones de la naturaleza esta semana, los físicos Etienne Jambon-Puillet, Noushine Shahidzadeh y Daniel Bonn de la Universidad de Amsterdam estudiaron la sublimación de pequeñas gotas de hielo y copos de nieve. Asombrosamente, encontraron que en las mismas condiciones, la sublimación de una gota de hielo congelada ocurre tan rápidamente como la evaporación de la misma gota cuando está compuesta de agua líquida.

La difusión marca el límite

Los investigadores muestran que este efecto sorprendente ocurre porque tanto para el agua líquida como para el hielo, la velocidad de evaporación está limitada por el proceso de difusión:la forma en que el vapor de agua resultante se esparce lentamente por el aire. Esta conclusión es válida para las gotas de hielo, pero también para los copos de nieve:estos se vuelven más redondeados durante la sublimación (ver figura); un proceso que antes se atribuía a la influencia de la estructura cristalina subyacente. Los investigadores ahora argumentan que esta estructura cristalina no es tan importante como se pensaba anteriormente:sus argumentos de difusión son suficientes para explicar cuantitativamente la evolución de las formas de los copos de nieve observadas en los experimentos.

Por tanto, los resultados explican la diferencia entre la nieve recién caída y la nieve de unos pocos días. Pero las conclusiones no solo son interesantes para los amantes del esquí, ya que las aplicaciones no se limitan a gotas de hielo o copos de nieve. Los hallazgos se aplican igualmente a la disolución de pequeños cristales, ya que su dinámica se rige por la misma física. Por lo tanto, los resultados también se pueden aplicar para controlar el tamaño y la forma de las nanopartículas y los cristales de sal o la velocidad de disolución de los productos farmacéuticos.