Почему снежинки все шестиугольные? Часть 1
Почему снежинки все шестиугольные? Часть 1 Вам когда‑нибудь было любопытно, почему снежинки всегда шестиугольные? Вы смотрели на снежинку через лупу? Если нет — не беда, в интернете полно фотографий. Но задумывались ли вы: почему она не треугольная, не пятиугольная и не какая‑то бесформенная? Ответ кроется в форме молекулы воды. Молекула воды состоит из одного атома кислорода, к которому присоединены два атома водорода — похоже на уши Микки‑Мауса. Но эти «уши» расположены не прямо друг напротив друга, а под углом примерно 104,5 градуса. Именно этот изгиб имеет огромное значение. Молекулы воды «берутся за руки» — это называется водородная связь. Одна молекула воды может соединиться максимум с четырьмя другими. Как? В четырёх направлениях, точно по вершинам тетраэдра. Но лёд имеет не тетраэдрическую, а гексагональную решётку. Почему? При кристаллизации молекулы воды выстраиваются слоями в виде шестиугольной сетки. Каждая молекула связывается с четырьмя соседними, образуя шестиугольные кольца. Эта шестиугольная сетка и является основой снежинки. Схема 1. Как образуется снежинка? В облаках много водяного пара. Когда температура опускается ниже нуля, пар минует жидкое состояние и сразу превращается в лёд — это называется сублимация. Сначала образуется маленькая шестиугольная пластинка. Затем она начинает расти. Как? Водяной пар из воздуха оседает на поверхности кристалла и превращается в новый лёд. Но шесть углов растут быстрее, чем шесть граней. Почему? Углы выступают наружу, поэтому им легче соприкасаться с водяным паром. Так углы удлиняются, образуя ветви. На ветвях появляются новые отростки, получается древовидная форма. Это основная форма снежинки — шестиугольный дендрит. Но всё не так просто. Снежинка летит в облаках, падает с высоты на землю, и её путь каждый раз разный. Где‑то холоднее, где‑то влажнее, ветер то сильнее, то слабее. Температура и влажность определяют, какой формы вырастет снежинка. - При −2 °C получаются пластинки; - при −5 °C — игольчатые кристаллы; - при −15 °C — ветвистые формы; - при −30 °C — столбчатые кристаллы. При высокой влажности ветвей много, при низкой — снежинка простая, в виде пластинки. Поэтому существует более ста видов снежинок, но все они сохраняют шестиугольную симметрию. Схема 2. Ещё одна деталь: симметрия Снежинка симметрична по шести сторонам, левая и правая части похожи друг на друга. Почему? Потому что все шесть углов находятся в почти одинаковых условиях температуры и влажности. Они растут одновременно и получаются похожими. Но если снежинка крутится в облаках, разные углы попадают в разные условия — и симметрия нарушается. Один угол растёт быстрее, другой медленнее, и снежинка перестаёт быть идеально симметричной. Идеальная шестиугольная снежинка требует спокойных условий: слабый ветер, стабильная температура и равномерный водяной пар. Каждая снежинка, которую вы видите, — это история её пути. Она начинает свой полёт из облака, и по пути меняются температура, влажность, ветер. Каждая перемена оставляет след на её форме. Именно поэтому нет двух одинаковых снежинок. У каждой свой путь, и поэтому они получаются разными. Продолжение здесь #Китай #наука #снежинки #мороз #красота #разборснежинки #химия #изчегосостоитснежинка #какобразуется #наукаитехнологии