Sneeuwkristallen: natuurlijke kunstwerken

Dit artikel gaat over ijskristallen, het verschil tussen sneeuwvlokken en ijskristallen, en de reden dat ijskristallen soms bijna perfect symmetrische vormen hebben. Ook zijn er in dit artikel enkele close-ups van zeldzame ijskristallen te zien.

Sneeuwvlokken en sneeuwkristallen

Een veel voorkomende misvatting is dat een sneeuwkristal een sneeuwvlok zou zijn. Het grote verschil tussen sneeuwvlokken en kristallen is dat een sneeuwvlok een verzameling is van duizende samengesmolten sneeuwkristallen. Sneeuwkristallen zijn dus kleiner dan sneeuwvlokken, en hebben (in tegenstelling tot sneeuwvlokken) soms prachtige symmetrische vormen. Het is overigens niet zo dat elk sneeuwkristal er van dichtbij uitziet zoals de kristallen die in dit artikel te zien zijn. De meeste sneeuwkristallen zijn een stuk minder symmetrisch, en een stuk onregelmatiger van vorm.

Het ontstaan van sneeuwkristallen

Het ontstaan van sneeuwkristallen begint met een stofdeeltje. Dit wordt de zogenaamde vrieskern (ook wel een ent genoemd) van het kristal. Bijna elk deeltje is geschikt als vrieskern; bijvoorbeeld een roet- teer- of zoutdeeltje, industrieel stof, een bacterie, of vulkanische as. Aan zo'n deeltje kunnen de watermoleculen in de atmosfeer zich vervolgens hechten, en kan er een ijskristal rond deze kern beginnen te groeien.

De zeshoekige vorm van een enkele sneeuwkristal ontstaat doordat watermoleculen zich rangschikken in een zestallig patroon. Deze kristalvorm leidt tot een zo klein mogelijke vormingsenergie van het kristal. Daarnaast spelen de temperatuur, luchtvochtigheid, en luchtdruk ook een grote rol tijdens het groeien van een ijskristal. De vertakkingen op een ijskristal worden dendrieten genoemd, naar het Griekse woord dendros voor boom.


De zeshoekige symmetrie van ijskristallen wordt veroorzaakt door de ranschikking van de watermoleculen in het kristal. Dit is tevens ook de reden dat water (in tegenstelling tot bijna elke andere stof) uitzet wanneer het bevriest. Er ontstaat dan een soort rooster van moleculen waarin ook een zeshoekig patroon zit, en daardoor meer ruimte in beslag neemt.

Is elk ijskristal uniek?

Dit klinkt als een simpele vraag waarop een simpel antwoord bestaat, maar dat is het niet. Ten moeten we ons afvragen wanneer iets precies een ijskristal genoemd mag worden, en ten tweede wat er precies met 'uniek' wordt bedoeld. We gaan er nu van uit dat er met 'gelijke ijskristallen' bedoeld wordt dat elk atoom in beide kristallen zich op precies dezelfde plaats bevind.

Een miniscuul ijskristal bevat al snel zo'n 10¹⁸ watermoleculen. Een watermolecuul bestaat uit twee waterstofatomen en een zuurstofatoom. In de natuur komen verschillende soorten (isotopen) van deze atomen voor, waardoor er van de 10¹⁸ watermoleculen, zo'n 10¹⁵ anders zullen zijn dan de rest. Het aantal manieren om 10¹⁵ moleculen uit 10¹⁸ te kiezen, is al te hoog om te bereken. Ter vergelijking: het aantal manieren om 10 moleculen uit 100 te kiezen, is een getal van 157 cijfers.

Dus zelfs als álle moleculen in twee miniscule ijskristallen op dezelfde plek zitten (wat al onmeetbaar onwaarschijnlijk is), is de kans dat elk molecuul qua atomen dezelfde samenstelling heeft, zo goed als nul. Het is dus met vrijwel 100% zekerheid te zeggen dat er nog nooit twee identieke ijskristallen zijn ontstaan. Het enige wat wellicht wel mogelijk is, is dat twee nano-ijskristallen die uit slechts tientallen moleculen bestaan, identiek zijn.