La sublimación del hielo sólido se produce con la misma rapidez que la evaporación del agua líquida

Se podría esperar que el agua se evaporara mucho más rápido que el hielo. Sorprendentemente, investigadores de la Universidad de Ámsterdam han demostrado ahora que, en el caso de las pequeñas gotas de hielo, esto no es así: el hielo y las gotas de agua desaparecen con la misma rapidez. Esto explica un hecho que los esquiadores conocen bien: la nieve recién caída es muy diferente de la que tiene unos días. Los resultados se han publicado esta semana en Nature Communications.

Si ponemos un vaso de agua sobre una mesa y esperamos mucho tiempo, esperamos que el agua se evapore, pero no el propio vaso ni la mesa. Según nuestra experiencia, los materiales sólidos no se evaporan; por tanto, intuitivamente esperamos que el hielo, también sólido, tampoco se evapore de forma significativa. Sin embargo, tal proceso -conocido en la terminología física como asublimación- sí ocurre: los esquiadores saben, por ejemplo, que aunque la temperatura se mantenga por debajo del punto de congelación, unos cuantos centímetros de nieve pueden desaparecer en un par de días.

Un resultado sorprendente

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

En una investigación publicada esta semana en Nature Communications, los físicos Etienne Jambon-Puillet, Noushine Shahidzadeh y Daniel Bonn, de la Universidad de Ámsterdam, estudiaron la sublimación de pequeñas gotas de hielo y copos de nieve. Sorprendentemente, descubrieron que, en las mismas condiciones, la sublimación de una gota de hielo congelada se produce con la misma rapidez que la evaporación de la misma gota cuando está compuesta por agua líquida.

La difusión pone el límite

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

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