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为什么雪花是对称的(四面八方相同)?

发布人:xiaofen   发布时间:2025-07-25   作者:沈永平,王国亚,张伟,吴锦奎   资料来源:北京出版集团

    首先,并不是所有的雪花都是一样的。不均匀的温度,尘埃的存在,以及其他因素可能会导致雪花变形,所以雪花看起来形态很多但对称而复杂。


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雪花的雪晶体形态


    雪晶体的基本六倍几何形状,就像任何晶体一样,反映了其分子结构中原子的排列。水分子由两个氢原子和一个氧原子组成。围绕原子核的电子分布迫使这两个氢原子形成 104.5 度的角度。水分子作为一个整体应该是电中性的,但较重的氧原子会吸引更多的电子,使水分子在一边略负,另一边略有正。当水结冰时,水分子在固态, 在冰和雪中形成彼此之间弱键(称为氢键)。这是水分子的氧原子对两个氢原子的电子 云有特别强的吸引力,并把它们拉近。这使得两个氢端带更多的正电荷,而“V”字的 41 / 237 中心带更多的负电荷。当其他水分子“擦过”这片不断生长的雪花时,不同粒子的带 负电荷和带正电荷部分之间的强大力量使它们结合在一起,形成一个非常特殊的六边对称三维图案。每个加入雪花的水分子都反映出这种模式,直到我们最终看到它的宏观六边形。这些有序的排列导致了雪花的对称六角形。在结晶过程中,水分子将自身 排列成最大的吸引力和最小的排斥力。因此,水分子在预定的空间和特定的排列中排列自己。水分子简单地排列自己以适应空间和保持对称性。


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一个水分子和它的 V 型结构