Proč křupe čerstvý sníh pod nohama?

Zamysleli jste se někdy nad tím, proč sníh, po kterém kráčíte, tak zvláštně křupe? Ostatní povrchy to nedělají, například písek takové zvuky nevydává... (délka blogu 5 min.)

Ani letos zřejmě nebudeme mít vánoce “na sněhu”, sněhu věnuji tedy alespoň letošní poslední předvánoční blog. 

Když napadne čerstvý sníh, je to pohroma pro řidiče - ovšem radost pro děti … a experimentátory. Na jeho příkladu je totiž krásně vidět, jak moc náš svět ovlivňuje chemie a fyzikální zákony. Když se projdete po čerstvém sněhu, všimnete si jedné věci: při každém kroku pod vašima nohama divně křupe. Proč to dělá? 

Vzduch

Sněhové krystalky jsou nepravidelné. Padající sníh proto nikdy nemůže vytvořit hutnou vrstvu - vždy je mezi spadanými krystaly navíc ještě větší nebo menší množství vzduchu. Když pak na takovou vrstvu vstoupíte, stlačíte ji a vzduch uniká. Jev se pozoruje tím intenzivněji, čím blíže je teplota k 0 °C. Tehdy se totiž tvoří slepené konglomeráty krystalů, které v čerstvé sněhové vrstvě poutají největší množství vzduchu. 

Jen samotný vzduch ale na vině není. Jinak by “křupal” každý předmět, ve kterém je dostatečné množství pór a na který šlápnete. Zkuste pokus udělat s mycí houbou. I ona v sobě má velké množství vzduchu (pokud není nasátá vodou) - křupat ale nebude. 

Sněhové vločky - a trocha chemie

Sněhové vločky rostou podobně, jako stromy. Vytvářejí hrany a „větvičky“, na kterých se tvoří nové krystalky.

To je mimochodem způsobeno tím, že na rozích šestibokého krystalu se díky tupému úhlu může „usadit“ více molekul, než na rovných hranách. Vejde se jich tam víc, vločka tedy na těchto místech roste rychleji. Po nějaké době to dělá dojem, jako by na onom místě vyrůstaly větve, podobné větvím stromů.

Proč jsou sněhové vločky šestiboké?

Molekulu vody tvoří dva atomy vodíku a jeden atom kyslíku. Součástí těchto atomů je také několik elektronů. Některé z nich tvoří jednoduchou vazbu mezi kyslíkem a vodíkem.

V molekule vody je elektrický náboj všech tří aktérů uložen mírně asymetricky. Většina elektronů je blízko kyslíku, zatímco kladný náboj (absence elektronů) je umístěn spíše blíže u vodíkových atomů.

Vzhledem k tomu, že se kladné a záporné náboje vzájemně přitahují, zatímco náboje stejného znaménka se odpuzují, mají molekuly vody tendenci se organizovat a vzájemně natáčet tak, aby vyhověly působení (odpudivých nebo přitažlivých) elektrických sil.

Nejvýhodnější strukturou sněhové vločky, vzniklé z vody, je právě šestiboký krystal, složený ze šesti stejnoramenných trojúhelníků. Nacházíme v něm úhly 60° nebo 120°.

Stejné úhly nacházíme i ve sněhových vločkách.

Sníh, po kterém kráčíte, se skládá z nepřeberného množství malých “větviček”. Když na ně stoupnete, stane se s nimi stejná věc, jaká by se stala s dostatečně tenkou větví stromu - zlomí se. “Větvičky” sněhových vloček jsou sice miniaturní, zato jich je ve sněhové vrstvě o to větší množství. Když se zároveň lámou miliony z nich, začne to být slyšet nahlas. 

Čím nižší je teplota, tím více se do křupání sněhu mísí skřípání. Při hodně nízkých teplotách jsou totiž větvičky ve sněhových vločkách obzvláště pevné a lámou se obzvláště hlasitě. 

Při teplotách blízko nuly se (původně tuhé) výrůstky na sněhových vločkách chovají poněkud elastičtěji, skřípání mizí a převládá hluchý zvuk popisovaný prvním zmiňovaným jevem.