miércoles 23 de enero del 2019

jueves 24 agosto de 2017

¿Qué tiene que ver la Geometría con la nieve?

Una pregunta que nos hemos hecho más de una vez. Dicen que la naturaleza está hecha con lenguaje matemático. Las formas que podemos descubrir en ella así lo demuestran. Un viaje apasionante para descubrir la maravilla del mundo que habitamos de la mano de nuestra experta en ciencia.

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Vivimos en una provincia sureña en la que todos los inviernos la nieve pinta intensamente de blanco nuestra cordillera, y a veces también la meseta y el Valle Inferior del Río Chubut.

En un fenómeno muy atractivo, asistimos a la precipitación de agua en estado cristalino -por lo tanto, sólido- durante tiempos en los que las condiciones climáticas vinculadas con la presión atmosférica, la temperatura y la humedad, así lo determinan físicamente.

La nieve que tiñe de blanco toda la Patagonia

Es un típico proceso que demuestra el cumplimiento estricto del ciclo del agua en la naturaleza. La nieve se acumula brindando un paisaje inigualable que invita a los niños a jugar y a los adultos a fotografiar. Cuando juntamos en nuestras manos un puñado de nieve, advertimos un cúmulo de cristalitos, que se presenta como copos.

Hay cosas bonitas en la naturaleza, entre ellas un copo de nieve. Si ampliáramos 20 veces su tamaño original, veríamos la simetría hexagonal perfecta, una característica de los cristales de hielo que forman el copo de nieve.

Esa forma geométrica tiene una explicación. Son los enlaces o uniones químicas entre las pequeñas moléculas de agua congeladas, que se denominan “enlaces o puentes de hidrógeno”, los responsables de la estructura abierta y rígida de los cristales. Son atracciones intermoleculares excepcionalmente fuertes entre las moléculas de agua.

Todas las sustancias naturales o sintéticas, conservan su estado estructural según los enlaces que mantienen unidos a sus átomos. En química se estudian esos enlaces que tienen nombres y propiedades bien definidas. De esa forma se pueden clasificar las sustancias y comprender su comportamiento. Por dar un ejemplo sencillo, no es lo mismo la estructura del componente de una bolsa de residuos que la estructura de cualquiera de los residuos que se recolectan en ellas, como un papel, una cáscara de naranja, o un recorte de tela.

Entonces, volviendo a los copos de nieve, se puede decir que no hay dos cristales iguales porque esas fuerzas intermoleculares son libres, espontáneas y no se repiten metódicamente, dando a cada cristal una forma hexagonal original.

Pero no es el único caso de estructura hexagonal en la naturaleza. El caparazón de una tortuga, la trama del ananá, el nido de avispas, el panal de abejas, los ojos facetados de los insectos, las grietas en una piedra, las marcas de un salar, la unión de las burbujas, también son hexagonales.

Burbujas

Es que esa forma poligonal de seis lados, permite estructuras más firmes y económicas energéticamente, permitiendo óptimo cumplimiento funcional.

En un maravilloso cruce de disciplinas, la química y la geometría explican este fenómeno.

Recordemos que la geometría es una rama de la matemática que estudia las formas, los tamaños, las posiciones relativas y propiedades de los espacios. Y la química estudia la estructura, la composición y las propiedades de la materia, y las transformaciones que ésta experimenta durante las reacciones químicas.

En este sentido, es interesante destacar que las esferas compiten con los hexágonos, ya que por compresión de sus seis ángulos de 120° éstos se transforman en esferas. Pero los polígonos tienen más ventajas: se complementan perfectamente y arman tramas sólidas, el estado físico más estable de la materia.

Sé que ésta es una verdadera curiosidad científica, espero que haya despertado interés. Parafraseando a Galileo Galilei, me despido recordando que “El libro de la naturaleza está escrito en el lenguaje de la matemática”.

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