Снежинки существуют в миллиардах различных вариантов. Фактически нет двух одинаковых снежинок. Но что объединяет их все - каждая снежинка имеет шестиконечную форму. Давайте разбираться в чем причина.
Что такое снежинки?
Многие думают, что снежинки, это замерзшие капли дождя. Это не так. На самом деле снежинки представляют собой сублимированный водяной пар. Фактически влага из воздуха находящаяся в нем в газообразном состоянии превращается в кристаллы льда минуя жидкое состояние. Такой процесс "перескакивания" через агрегатное состояние называют сублимацией.
Как формируется снежинка?
Формирование снежинки начинается с формирования маленькой шестиугольной пластинки. Когда снежинка падает сквозь атмосферу продолжается сублимация влаги и новые кристаллики льда нарастают по углам этого изначального шестиугольника. Именно поэтому не существует двух одинаковых снежинок: путь каждой из них сквозь атмосферу уникален, и даже малейшие изменения в температуре, влажности, силе ветра и т.п. могут оказать большое влияние на рост кристаллов льда.
При этом в одной снежинке все шесть ветвей растут примерно одинаково, хотя и крайне редко встречается полная симметрия - межд ветвями все равно есть незначительные различия. Впрочем идентичные снежинки могут быть получены в лабораторных условиях.
Почему шесть?
Шестиугольность снежинок обусловлена геометрией кристаллической решетки льда.
Как известно молекула воды состоит из двух атомов кислорода и одного атома водорода. Принимая во внимание то, как атомы обмениваются электронами в молекуле воды атом водорода имеет положительный заряд, а атомы кислорода - отрицательный. Заряженный "конец" молекулы привлекает к себе противоположно заряженный "конец" другой молекулы воды. Возникает так называемая водородная связь.
В жидкой воде водородные связи между молекулами постоянно возникают и разрушаются из-за высокой температуры, но когда вода охлаждается до температуры близкой к нулю градусов Цельсия энергия броуновского движения молекул также падает и между молекулами начинают устанавливаться более стабильные водородные связи. Каждая молекула воды может установить водородную связь с четырьмя другими молекулами.
Под влиянием давления молекулы в кристалле льда стремятся занять наиболее энергоэффективную форму. Такой формой является тетраэдр в котором в каждой вершине находится молекула воды имеющая водородную связь с одной из других вершин. Математически возможно несколько повторяющихся структур полученных из тетраэдров, но наиболее стабильной и энергоэффективной является шестиугольная структура. Такой лед называют Лёд Ih (h - hexagonal, шестиугольный). 99 процентов льда на Земле имеет такую структуру.
Существуют и другие варианты кристаллической решетки льда, однако они обычно требуют иных условий формирования, к примеру Лёд Ic с кубической кристаллической решеткой может формироваться в верхних слоях атмосферы где температура и давление гораздо ниже.
Читайте также: Почему скорость света нельзя превысить?
Таким образом шестиугольной форме снежинок мы обязаны тому, что в основе кристаллической решетки льда лежат шестиугольные ячейки.
Ставьте палец вверх чтобы видеть в своей ленте больше статей о космосе и науке!
Подписывайтесь на мой канал здесь, а также на мой канал в телеграме. Там вы можете почитать большое количество интересных материалов, а также задать свой вопрос.