¿Por qué el hielo es resbaladizo?¿Cuál es la teoría correcta?



¿Por qué es resbaladizo el hielo?

Para aquellos que viven en climas más fríos, el hielo resbaladizo define el invierno. En pistas de patinaje, en estanques congelados y en carreteras y aceras peligrosamente resbaladizas.

Pero, ¿por qué el hielo es tan resbaladizo?

Resulta que los científicos realmente no sabían la respuesta a esa simple pregunta hasta hace poco. Pero nuevas investigaciones han demostrado que el deslizamiento del hielo puede deberse a moléculas “extra” en la superficie del hielo.

Las viejas teorías no tienen sentido

Se sabe que el hielo es menos denso que el agua líquida. Entonces su punto de fusión se reduce a altas presiones. Una teoría de larga data dice que esto es lo que hace que el hielo sea resbaladizo: al pisarlo, la presión del peso hace que la capa superior se derrita en agua.

Esto no puede ser dado que las presiones tendrían que ser muy extremas. Ni siquiera se puede lograr poniendo un elefante en tacones altos.

Otra teoría dice que el calor creado por la fricción cuando te mueves sobre el hielo produce la capa de agua. Sin embargo, el hielo no solo es resbaladizo cuando te estás moviendo. Cualquier persona que intente pararse sobre patines de hielo por primera vez lo descubre rápidamente.

Incluso si la presión o la fricción derritieran el hielo, ¿podría una capa de agua explicar los resbalones?

La teoría de la capa de agua no tiene mucho sentido. Si derramas un poco de agua en el piso de la cocina, se vuelve resbaladizo pero no muy resbaladizo … Una capa de agua solamente no lo hará.

Moléculas sueltas

Mischa y Daniel Bonn, que son hermanos, publicaron un documento el 9 de mayo en el Journal of Chemical Physics. Allí hicieron una descripción de la superficie del hielo. En lugar de una capa de agua líquida en la superficie del hielo, encontraron que había moléculas de agua suelta. Mischa Bonn lo comparó con una pista de baile que está “llena de canicas”. Resbalar sobre la superficie del hielo es simplemente “rodar” sobre estos mármoles moleculares.

El hielo tiene una estructura cristalina muy regular, donde cada molécula de agua en el cristal está unida a otras tres. Las moléculas en la superficie, sin embargo, solo se pueden unir a otras dos. Estar tan débilmente unido al cristal permite que estas moléculas de la superficie se vuelvan y se adhieran y separen a varios sitios del cristal a medida que se mueven.

A pesar de los resbalones causados esencialmente por rodar sobre estas moléculas de agua, esta capa de moléculas no es lo mismo que una capa de agua líquida. Estas moléculas y la propiedad deslizante existen a temperaturas muy por debajo del punto de congelación del agua. De hecho, la forma en que estas moléculas se mueven tan libremente y se difunden a través de la superficie las hace parecer más como un gas, dijo Daniel Bonn. “Para mí, es un gas, un gas bidimensional en lugar de un líquido tridimensional”.

Pero si el hielo es resbaladizo debido a las moléculas de superficie sueltas, ¿el hielo es únicamente resbaladizo?

No realmente, dijo Martin Truffer, profesor de física en la Universidad de Alaska Fairbanks. No es tanto la naturaleza del hielo que es única sino nuestra relación con él, dijo.

Lo que es inusual sobre el hielo es que generalmente lo encontramos tan cerca del punto de fusión. Realmente es el único material donde tenemos la fase gaseosa, la fase líquida y la fase sólida dentro del rango climático normal en el que vivimos.

Truffer, que vive en Fairbanks, Alaska, ha experimentado el hielo muy lejos del punto de fusión. Cuando llega a menos 40 grados Celsius, dijo, la nieve “se convierte en papel de lija”. La observación de Truffer se alinea con lo que encontraron los Bonn. A temperaturas ultrabajas, las moléculas en la superficie no tienen tanta energía para romperse y crear enlaces mientras giran, por lo que el hielo se vuelve no deslizante.

La temperatura para el deslizamiento máximo, de acuerdo con sus datos de investigación, es de alrededor de menos 7 grados C.


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