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Ciencia Nuestra de cada Día

La Naturaleza nos sorprende cada instante con multitud de fenómenos que despiertan nuestra curiosidad. La Ciencia Nuestra de Cada Día es un espacio en el que Ángel Rodríguez Lozano nos incita a mirar a nuestro alrededor y descubrir fenómenos cotidianos que tienen explicación a la luz de la ciencia.

¿Por qué se forman líneas de escarcha sobre las ventanas de los coches?

Escarcha sobre una ventana

Las líneas que forman los cristales de hielo sobre la superficie de las ventanas de los coches se deben a que los arañazos y rozaduras sobre el vidrio son lugares ideales para la formación del hielo en las noches de escarcha.

En los días de invierno, al caer la noche la tierra se enfría rápidamente, más rápido que el aire que está en contacto con ella. Si no hace viento, el aire se va enfriando por capas, el más frío es más denso y desciende hasta la superficie, el aire caliente en cambio se queda en cotas más altas. En estas condiciones, si el aire contiene humedad, o sea moléculas de agua, en  cantidad suficiente y la temperatura cae por debajo de los cero grados centígrados, se forman cristales de hielo que llamamos helada o escarcha.

Así pues, juegan un papel importante la humedad y la temperatura del aire, pero hay un factor más que juega un papel fundamental en el proceso. Recibe el nombre de nucleación.

Veamos como entran en juego estos factores para formar las bonitas figuras de hielo que hemos fotografiado y mostramos en esta página.

El aire húmedo contiene una cierta cantidad de vapor de agua. Ahora bien, la cantidad de agua que soporta el aire depende de la temperatura. Cuanto más caliente está, más agua puede contener.

He aquí unos datos para ilustrar lo que decimos: En una playa, a nivel del mar, un día en el que la temperatura suba hasta los 30ºC, un kilo de aire puede contener como máximo unos 27 gramos de agua, ahora bien, si bajamos la temperatura hasta los  0ºC, se irán formando gotitas de agua, bien en forma de vaho o  empañando las superficies, porque a esa temperatura el aire  soporta sólo unos 4 gramos de agua como máximo. El aire se deshace del agua que no puede soportar condensándola en  gotitas. Si la temperatura desciende por debajo de 0ºC se forman cristales de hielo.

Esto es lo normal,  pero curiosamente si ese aire estuviera libre de impurezas, como partículas de polvo, el agua no se condensaría tan fácilmente. Como muestra digamos que el agua pura se congela a 42ºC ¡bajo cero! y no a los 0ºC que nos tiene habituados. Para que comience a congelarse no basta con que la temperatura descienda por debajo de 0ºC, necesita además la ayuda de partículas que sirvan de  "semilla" para la formación de cristales de hielo. Esas partículas pueden ser de polvo y sirven también las superficies, especialmente si tienen irregularidades o arañazos.

Las superficies irregulares de los granos de polvo, las aristas de pequeños cristales, los bordes rugosos de las hojas de las plantas y en general cualquier superficie con impurezas o aristas contienen semillas ideales para la formación (nucleación) de cristales de hielo.

Después de un día templado, especialmente en invierno y en días despejados, la noche es fría y la tierra  y los objetos situados sobre ella pierden rápidamente el calor por radiación hacia el espacio. Los coches, como las demás cosas, se enfrían por debajo de cero grados si el ambiente es propicio.

El aire húmedo en contacto con las superficies también pierde calor e intenta  desprenderse de la humedad sobrante formando cristales de hielo. Las ventanas de un coche no tienen la superficie tan lisa como parece, sobre ella hay multitud de pequeños arañazos que, vistos al microscopio, son surcos en el vidrio con aristas irregulares y puntiagudas. Esas aristas son semillas ideales para la nucleación del hielo. Una vez formada la primera semilla, más y más moléculas de agua se van uniendo a ella y los cristales de hielo crecen extiendendose hacia los lados formando las figuras llamativas que vemos en las fotografías.

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