題:
為什麼雪花會形成六邊形結構？
Kenshin
2014-04-23 10:25:04 UTC
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已知雪花會形成漂亮的六邊形結構。下圖顯示了各種可能的此類結構（儘管絕對不是詳盡的清單）：

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雪花形成這些令人愉悅的機制是什麼？對稱的六角形結構？另外，每種不同的雪花具有不同形狀的機理是什麼？

@naught101,文章的這一部分是簡短的，而且不是很清楚。您能否詳細說明一下（a）冰的晶體結構為何是“六折”，這意味著什麼，以及（b）上述晶體的形狀如何形成晶體結構，以及為什麼每個晶體都具有獨特的形狀？維基百科的文章在這些問題上還不是很明確，但是如果您可以解釋該頁面並將其發佈為答案，我將接受。
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@naught101,仍然沒有描述為什麼一個特定的六邊形結構會出現在另一種六邊形結構上。請參閱修改後的問題的最後一部分。
我覺得這樣可以回答您的問題：*“雪花在其中生長的微環境會隨著雪花落入雲層而動態變化，溫度和濕度的微小變化會影響水分子附著在雪花上的方式。由於雪花周圍的微環境（及其變化）幾乎相同，因此每個手臂的生長方式幾乎都相同。” *-您能否*至少*參考*這些陳述來問您的問題？例如說明您的問題，以及需要澄清的特定部分？
@naught101,的答案是不夠的，我不會將其作為最佳答案。它不能回答為什麼臂長成六邊形。您可以說“因為微結構是六邊形”，但這不能很深地回答這個問題嗎？為什麼六角形的微結構會導致臂以相同的方式擺動？也許表面上的維基百科文章對您來說足夠了，但對我而言當然還不夠。
請注意，此類照片顯示出明顯的確認偏差。拍攝10,000張雪花照片，並顯示12張最美麗的照片。大多數雪花看起來不像它們那麼漂亮。
@Geodude評論-1，如果您不隨意的話，會讓您看起來難以置信的偏愛。答案的質量及其相對於Wikipedia文章的優越性，證明了這是一個很好的問題（對問題+1！）。
這是一個了不起的問題，事實證明：“冰的晶體結構是六倍的”規範解釋不能解釋為什麼冰箱的冰不是六角形的。
我對所有答案都有疑問：對於六重對稱，必須出現60度角：但是在分子水平上的任何一個草圖中都沒有出現：60度出現在哪裡？這是缺少的鏈接！還有一點
五 答案:
casey
2014-04-23 19:55:13 UTC
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冰以多種形式生長。如另一個答案所述，我們要觀察的所有冰都是 Ice Ih，但還有許多其他形式。參見以下水相圖：

Phase diagram of water
圖片由維基百科 sub>

中的 Cmglee提供>

不同的冰層會生成不同的晶體形狀。冰Ih會生長六方晶體，在某些情況下，您會發現三角形和立方冰晶。六邊形形狀是水分子形成固態晶格時水分子內鍵角的結果。

此相圖表示，我們將在0 C至-100 C以及整個對流層壓力中經歷Ice Ih。這種冰晶是六邊形的，但是在這種晶形中，有許多晶體生長的冰習性。

ice habits
從W​​eatherwise雜誌，AMS使用的圖像 sub>

此圖的軸相對於冰而言是過飽和的（$ e / e_ {si} > 1 $）和溫度。所有這些晶體都是六邊形，但有些是細長的六邊形棱柱形，有些是非常薄且寬的六邊形板。雪花是樹枝狀晶體，這些晶體在-10 C至-22 C之間生長，並且相對於液態水過飽和。

發生的事情是六邊形晶體有6個頂點連接其6個邊。這些頂點會增加蒸氣的梯度（實際上，角度越大，蒸氣梯度變得越強）。在過飽和度較高時，蒸氣會迅速沉積在蒸氣梯度增加的區域中，並形成齒狀體的臂。樹突的特定形狀將在很大程度上取決於其所經歷的蒸汽梯度，而蒸汽梯度又受其當前形狀和所生長的環境的強烈影響。

參考文獻

  • Lamb，D.和Verlinde，H.，2011年：單個冰晶的蒸氣生長。 雲的物理和化學 。劍橋大學出版社，第8.3章，342-369。
[每個水滴的結晶中心都需要一個雜質顆粒]（]（https://www.youtube.com/watch?v=87v_9Bud7vw））會不會是一個問題？我想這也適用於雪花。
tobias47n9e
2014-04-23 13:45:38 UTC
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地球上的

H 2 sub> O冰結晶為六邊形的“ Ice-Ih”結構。該結構取決於H 2 sub> O分子的偶極性質。類似於水對離子的溶解作用，其晶體結構取決於偶極子在能量上的有利排列。在Ice-Ih中，最有利的排列是（或多或少）平面六邊形環，負偶極子（氧）朝內（或多或少）。同一平面中的相鄰環以及上，下平面中的環通過氫鍵（兩個氫均為正偶極子）保持在一起。 （請參閱：六角冰（冰Ih））。

雪片完全不同，因為晶體生長非常動態。當一個晶面長出另一晶面時，很容易溶解。雪花從空中吹來時，溫度和濕度總是在變化。這具有額外的作用，即有時晶體成核有時晶體生長（在不同溫度下在能量上有利）是活躍的。雪花降落時，相同的動態繼續。晶體與液態水和濕度競爭形成H 2 sub> O分子。甚至晶體面彼此競爭，導致例如分子在內部溶解並在外部結晶。由於沒有雪花在相同的歷史中經歷相同的條件，因此每個雪花看起來都有些不同（這並不奇怪，因為實際上也沒有兩個看起來相似的 Zircon晶體或兩個看起來相似的花等）。 ..）。

2個H-O鍵之間的角度為104.5與雪花中的六邊形對稱之間是否有任何關係？
@Marco有，但我不記得確切的原因。
Neo
2014-04-23 20:57:20 UTC
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氫原子鍵是斯皮博格和凱西的出色答案，也是某些雪花呈六邊形的原因。提到了他，但我認為可以使用更多的推斷。

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www.physicsofmatter.com

上圖顯示了氧原子與兩個氫原子（水）鍵合。我們可以將這些共價鍵稱為我們的目的，儘管氫鍵趨於形成，但在某些情況下（尤其是水）具有使其與其他共價鍵不同的特殊性能。該鍵的結果是在氧原子附近帶一點負電荷，在氫附近帶一點正電荷。

接下來發生的事情是，兩個水分子將以一種特定的方式堆積，這與它們的電荷有關：

www.doublexscience.org

正如Spießbürger所提到的，您會看到，水分子的偶極子使水分子不斷地堆積成如圖所示的形狀。這是自然發生的，因為當水凍結時，它迫使分子彼此靠近（但有趣的是，最終結果使冰的密度不及液體形式）。隨著這些分子的堆積，您開始看到一個晶格：

www.doublexscience.org

晶格中的每個環都有六個側面。每個點都是一個氧原子。每個側面是與氧鍵合的氫。雪花只是這種結合發生了很多次。

因此，儘管看起來似乎並不那麼明顯，但我們可以用高中/中學化學來解釋六邊形結構的性質。

這似乎無法回答問題。例如，石墨在原子水平上也基於六方結構，但是在宏觀水平上，石墨可以是任何形狀。那麼，為什麼在水分子水平上的六邊形排列卻導致雪花在宏觀水平上卻是六邊形，而又不會導致普通的水冰或石墨在宏觀水平上變成六邊形呢？
Alistair Riddoch
2017-05-07 08:41:19 UTC
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問的問題是“為什麼雪花形成六邊形結構”。

我看到雪花遵循扁平的八面體的框架。

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Takahiro Waki
2016-10-05 15:44:05 UTC
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當Neo答案的一個分子稍微改變方向時，所有分子的鏈就會移動。這可能會帶來像萬花筒一樣的現象。

kale



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