雪花为什么会有那么规整的形状
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发布时间：2022-04-26 02:07
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时间：2022-06-19 21:33
雪花是在云层形成，原来冰晶增长时要消耗附近的水气，所以，越靠近冰晶的地方水气越稀薄，稍远处的水气自然过来补充，它们首先遇到的就是正在向前伸展的尖角，于是，各个尖角迅速加长，逐渐成为树枝状。同样原因，这些“树枝”上又长出新小枝杈，周而复始就形成了我们所见到的六边形雪花。
雪花的形状千差万别，每一朵雪花都是一件精致的艺术品。到现在，已经知道雪花有两万种不同的图案。不过它基本上是六角形的。上世纪初，对冰雪做过专项研究的日本物理学家中谷宇吉郎博士曾把雪比做“来自天空的信使”，并查明千差万别的雪的结晶形式取决于高空气温高低和水蒸气的多少。如今，北海道大学低温研究所的古川义纯副教授作为中谷博士的后继者，在雪的结晶形状方面正在深入开展研究。
雪花不会自己凭空产生，它必须依托同温层以下空气中一颗颗肉眼看不到的微尘粒子做晶核，水蒸气的水分子在冷空气作用下围着它一层又一层地凝结，晶核就从*向外长大。形成一颗雪晶体大约要用5分钟时间，在这段时间里，造雪环境中的气流始终升降浮沉，动荡不定，但水蒸气必须保持等量作用于晶核的周边。空中云层的厚度、湿度、温度对雪花的形态有极大的影响，星形雪花的形成要求较大的湿度，而湿度较小的云层易于形成片状、粉末状雪花。其实雪花的个体是极其微小的，直径在0.5-3mm之间，5000颗雪花放在精密天平上才不过1克，在显微镜下观察非常美丽。普通水的水质取决于重水含量，含量高水质差，相反水质较好，通常情况下7千克水含有1克重水，而7千克雪水只含0.25克重水，可见雪水生化性能要好得多。雪水丰足，开春麦田就长得好。春耕浸泡种子时，重水比例大发芽率低，如果用雪水浸湿种子就如鱼得水了。
云层是雪花孕育的地方，雪花产生于云层中的这些小晶核，晶核生长的形状有三种趋势：长而细的六棱柱形晶柱、两头尖尖有如一根针的晶针和很薄的六边形晶片。如果它们周围的水气浓度较低，冰晶的增长就很慢，而且各边均匀增长；如果周围水气浓度较大，那么增长过程中不仅体积会增大，形状也会改变，最常见的就是天空中飘落的六边形雪花。为什么都倾向于六边形呢？形成雪花之前的冰晶受周围环境的影响，位于底面上的正六边形和侧面长方体的晶体生长速度出现差异，形状也相应发生变化，比如气温会给结晶的表面带来微妙变化，接近0°C度时底面水平扩展成六边形，-5°C时形成针状，降到-5~-10°C时侧面上开始生成正六棱柱体及侧面镂空的六棱柱体，-15°C时形成树枝状，在降至-10~-21°C时，正六边形又开始扩展，继而再生成六棱柱体。 周围水蒸气含量较少时，生成过程也较慢，而且不易出现复杂形状。相反，水蒸气含量越大，生成速度越快形状也越复杂。被人们称做“雪花”的树枝状雪晶往往生成于-15°C左右、含有大量水蒸气的环境中。尽管晶体的形成速度取决于温度及水蒸气浓度，但空气中的其他气体也会影响它的形成。实验表明，在只有水蒸气的真空空间里形成的冰晶几乎都有单三棱柱体，而在天空中形成的晶体则呈现针状和六棱柱形状。经过计算机计算可以再现冰晶向六个方向延伸的形状，而中途分*，呈现树枝状的原因却始终无法解释，如照片所示，美妙无比的点对称的分枝方式，其产生机理，至今仍是一个难解之谜。
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时间：2022-06-19 21:33
如果周围的空气过饱和的程度比较低，冰晶便增长得很慢，并且各边都在均匀地增长。它增大下降时，仍然保持着原来的样子，分别被叫做柱状、针状和片状的雪晶。
如果周围的空气呈高度过饱和状态，那么冰晶在增长过程中不仅体积会增大，而且形状也会变化。最常见的是由片状变为星状。
原来，在冰晶增长的同时，冰晶附近的水汽会被消耗。所以，越靠近冰晶的地方，水汽越稀薄，过饱和程度越低。在紧靠冰晶表面的地方，因为多余的水汽都已凝华在冰晶上了，所以刚刚达到饱和。这样，靠近冰晶处的水汽密度就要比离它远的地方小。水汽就从冰晶周围向冰晶所在处移动。水汽分子首先遇到冰晶的各个角棱和凸出部分，并在这里凝华而使冰晶增长。于是冰晶的各个角棱和凸出部分将首先迅速地增长，而逐渐成为枝叉状。以后，又因为同样的原因在各个枝叉和角棱*出新的小枝叉来。与此同时，在各个角棱和枝叉之间的凹陷处。空气已经不再是饱和的了。有时，在这里甚至有升华过程，以致水汽被输送到其他地方去。这样就使得角棱和枝叉更为突出，而慢慢地形成了我们熟悉的星状雪花。
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时间：2022-06-19 21:34
如果周围的空气过饱和的程度比较低，冰晶便增长得很慢，并且各边都在均匀地增长。它增大下降时，仍然保持着原来的样子，分别被叫做柱状、针状和片状的雪晶。
如果周围的空气呈高度过饱和状态，那么冰晶在增长过程中不仅体积会增大，而且形状也会变化。最常见的是由片状变为星状。
原来，在冰晶增长的同时，冰晶附近的水汽会被消耗。所以，越靠近冰晶的地方，水汽越稀薄，过饱和程度越低。在紧靠冰晶表面的地方，因为多余的水汽都已凝华在冰晶上了，所以刚刚达到饱和。这样，靠近冰晶处的水汽密度就要比离它远的地方小。水汽就从冰晶周围向冰晶所在处移动。水汽分子首先遇到冰晶的各个角棱和凸出部分，并在这里凝华而使冰晶增长。于是冰晶的各个角棱和凸出部分将首先迅速地增长，而逐渐成为枝叉状。以后，又因为同样的原因在各个枝叉和角棱*出新的小枝叉来。与此同时，在各个角棱和枝叉之间的凹陷处。空气已经不再是饱和的了。有时，在这里甚至有升华过程，以致水汽被输送到其他地方去。这样就使得角棱和枝叉更为突出，而慢慢地形成了我们熟悉的星状雪花。
上面说的实际上是一个典型的星状雪花的形成过程。它的相当部位，不论形状或大小，都应当是相同的。这种典型的星状雪花只有在一个理想的、平静的环境中(譬如在实验室内)才能形成。在大气中，它不能象上面说的那样有步骤地增大，所形成的形状也就不能那样典型。这是因为冰晶逐渐在下降着，而且有时在旋转着，各个枝叉接触水汽的多少有所不同，而那些接触水汽较多的枝又便增长得较多。因此，我们平常所看到的雪花虽大体上一样但又互不相同。
另外，雪花在云内下降的过程中，也会从适宜于形成这种形状的环境降到适宜于形成另一种形状的环境，于是便出观了各种复杂的雪花形状。有的象袖扣，有的象刺猾。即使都是星状雪花，也有三个枝叉的、六个枝叉的，甚至有十二个枝叉、十八个枝又的。
以上所述都是单个雪花的情况。在雪花下降时，各个雪花也很容易互相攀附并合在一起，成为更大的雪片。雪花的并合大多在以下三种情况下出观。(1)当温度低于0℃的时候，雪花在缓慢下降的途中相撞。碰撞产生了压力和热，使相撞部分有些融化而彼此沾附在一起，随后这些融化的水又立即冻结起来。这样，两个雪花就并合到一起了。(2)在温度略高于0℃的时候，雪花上本来已覆有一层水膜，这时如果两个雪花相碰，便借着水的表面张力而沾合在一起。(3)如果雪花的枝叉很复杂，则两个雪花也可以只因简单的攀连而相挂在一起。
雪花从云中下降到地面，路途很长，在条件适合时，可以经多次攀连并合而变得很大。在降大雪的时候，有时有一些鹅毛般的大雪片，就是经过多次并合而成的。
但是，有时雪花互碰时不是互相并合在一起，而是给碰破了，这时便产生一些畸形的雪花。例如，在降雪的时候，有时会见到一些单个的"星枝"，就属于这种情况。
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时间：2022-06-19 21:34
晶体通常呈现规则的几何形状，就像有人特意加工出来的一样。其内部原子的排列十分规整严格，比士兵的方阵还要整齐得多。如果把晶体中任意一个原子沿某一方向平移一定距离，必能找到一个同样的原子。而玻璃、珍珠、沥青、塑料等非晶体，内部原子的排列则是杂乱无章的。准晶体是最近发现的一类新物质，其内部排列既不同于晶体，也不同于非晶体。
究竟什么样的物质才能算作晶体呢？首先，除液晶外，晶体一般是固体形态 。其次，组成物质的原子、分子或离子具有规律、周期性的排列，这样的物质就是晶体。
但仅从外观上，用肉眼很难区分晶体、非晶体与准晶体。那么，如何才能快速鉴定出它们呢？一种最常用的技术是X光技术。用X光对固体进行结构分析，你很快就会发现，晶体和非晶体、准晶体是截然不同的三类固体。
为了描述晶体的结构，我们把构成晶体的原子当成一个点，再用假想的线段将这些代表原子的各点连接起来，就绘成了像图中所表示的格架式空间结构。这种用来描述原子在晶体中排列的几何空间格架，称为晶格。由于晶体中原子的排列是有规律的，可以从晶格中拿出一个完全能够表达晶格结构的最小单元，这个最小单元就叫作晶胞。许多取向相同的晶胞组成晶粒，由取向不同的晶粒组成的物体，叫做多晶体，而单晶体内所有的晶胞取向完全一致，常见的单晶如单晶硅、单晶石英。大家最常见到的一般是多晶体。
由于物质内部原子排列的明显差异，导致了晶体与非晶体物理化学性质的巨大差异。例如，晶体有固定的熔点，当温度高到某一温度便立即熔化；而玻璃及其它非晶体则没有固定的熔点，从软化到熔化是一个较大的温度范围。
我们吃的盐是氯化钠的结晶，味精是谷氨酸钠的结晶，冬天窗户玻璃上的冰花和天上飘下的雪花，是水的结晶。我们可以这样说：“熠熠闪光的不一定是晶体，朴实无华、不能闪光的未必就不是晶体”。不是吗？每家厨房中常见的砂糖、碱是晶体，每个人身上的牙齿、骨骼是晶体，工业中的矿物岩石是晶体，日常见到的各种金属及合金制品也属晶体，就连地上的泥土砂石都是晶体。我们身边的固体物质中，除了常被我们误以为是晶体的玻璃、松香、琥珀、珍珠等之外，几乎都是非晶体。晶体离我们并不遥远，它就在我们的日常生活中。
组成晶体的结构粒子（分子、原子、离子）在三维空间有规则地排列在一定的点上，这些点周期性地构成有一定几何形状的无限格子，叫做晶格。按照晶体的现代点阵理论，构成晶体结构的原子、分子或离子都能抽象为几何学上的点。这些没有大小、没有质量、不可分辨的点在空间排布形成的图形叫做点阵，以此表示晶体中结构粒子的排布规律。构成点阵的点叫做阵点，阵点代表的化学内容叫做结构基元。因此，晶格也可以看成点阵上的点所构成的点群集合。对于一个确定的空间点阵，可以按选择的向量将它划分成很多平行六面体，每个平行六面体叫一个单位，并以对称性高、体积小、含点阵点少的单位为其正当格子。晶格就是由这些格子周期性地无限延伸而成的。空间正当格子只有7种形状（对应于7个晶系），14种型式。它们是简单立方、体心立方、面心立方；简单三方；简单六方；简单四方、体心四方；简单正交、底心正交、体心正交、面心正交；简单单斜、底心单斜；简单三斜格子等。晶格的强度由晶格能（或称点
晶体对称性
在晶体的外形以及其他宏观表现中还反映了晶体结构的对称性。晶体的理想外形或其结构都是对称图象。这类图象都能经过不改变其中任何两点间距离的操作后复原。这样的操作称为对称操作,平移、旋转、反映和倒反都是对称操作。能使一个图象复原的全部不等同操作，形成一个对称操作群。
在晶体结构中空间点阵所代表的是与平移有关的对称性，此外，还可以含有与旋转、反映和倒反有关并能在宏观上反映出来的对称性，称为宏观对称性，它在晶体结构中必须与空间点阵共存，并互相制约。制约的结果有二:①晶体结构中只能存在1、2、3、4和6次对称轴，②空间点阵只能有 14种形式。n次对称轴的基本旋转操作为旋转360°/n，因此，晶体能在外形和宏观中反映出来的轴对称性也只限于这些轴次。
由于原子并不处于静止状态，存在着外来原子引起的点阵畸变以及一定的缺陷，基本结构虽然仍符合上述规则性，但绝不是如设想的那样完整无缺，存在数目不同的各种形式的晶体缺陷。另外还必须指出，绝大多数工业用的金属材料不是只由一个巨大的单晶所构成,而是由大量小块晶体组成,即多晶体。在整块材料内部，每个小晶体（或称晶粒）整个由三维空间界面与它的近邻隔开。这种界面称晶粒间界，
