你那里下雪了吗？化学原理你知道吗？

这几天，许多地方都迎来了久违的大雪，微信朋友圈更是被各种雪景刷屏。

不过，面对这漫天飞舞的雪花，您是否想过，它究竟是如何形成的呢？

其实，这里面就涉及到了很多化学知识——

雪花的形成，首先要具备两个条件：一是水汽饱和，另一个条件就是空气里必须有凝结核。只有空气中的水蒸气附在凝结核上凝聚成水滴， 才能形成降雨和降雪。

化学知识小贴士

凝结核（condensation nuclei)，是物质由气态转化为液态或固态，或由液态转化为固态的凝结过程中，起凝结核心作用的颗粒。这些颗粒对水分子格外具有“吸引力”，在水汽接近饱和的空气中，水分子只要遇上它们，便会附着上去，并迅速聚集起来，凝结成小水滴。

显微镜下的凝结核

凝结核一般分为两种：

(1)可溶性核。这是一些可溶性盐类质点，如源自海洋和土壤的NaCl、MgCl2和MgSO4。燃煤过程产生的Na2SO4等都是性质活跃的凝结核。

(2)不溶于水但表面能为水所湿润的凝结核，如CaCO3等，但其凝结时所需相对湿度都要超过100%，即要达到饱和条件才能凝结。

古人很早就发现雪花呈现六边形，所谓“草木之花多五出，独雪花六出”。那么，这是什么原因形成的呢？

这主要是和水的结晶习性有关。当水结成冰的时候，由于水分子中的氢键作用，会有序排列形成具有一定刚性的六方形晶体结构。

天然水冻结的冰和大气中水汽凝华结晶的雪，都属于六方晶系。六方晶系具有四个结晶轴：一个主轴和三个辅轴。三个辅轴分布在同一个平面上，互相以六十度的角度对称相交。

而主晶轴就从三个辅轴的交点上引伸出来，井垂直于辅轴所构成的平面。有点类似方向盘的轴。

其实说白了，六方晶系就像是几何学上的一个正六面柱体。当水汽凝华结晶的时候，如果主晶轴比其它三个辅轴发育缓慢，并且较短，那么，雪的形状就成为六角形雪片；要是主晶轴发育很快，延伸较长，那么，雪的形状就成为一个六个侧面，一个上面和一个下面的六棱柱体。

由于它的边、面和角上的表面曲率不等，相应的饱和水汽压力也不同，其中角上的饱和水汽压最大，边上次之，平面上最小。这样就导致在实际水汽压相同的情况下，而冰晶各部分饱和水汽压不同，其凝华增长的情况也不相同。

表现出来就是边缘冰生长速度比较快，所以每面都会出现一个凹槽，边角的快速生长导致六条支线开始萌芽，每条分支上的线是因为表面的凸脊和凹槽，六条分支形成六边形的角形成各种形状。

正是由于水分子通过化学键结合成六边形的网状结构。随着气温的降低，新生的分支尖端开始变窄，并出现侧向分支。冰晶遭受了交替的冷暖气流，就会出现更多的分支，这时晶体变得又长又细。当晶体降落到更暖和的空气中，就不再生长，尖端却越来越宽阔。最终形成了六瓣雪花的形态。

俄罗斯人Vyacheslav Ivanov所拍摄的延时短片，揭示了六边形冰晶的形成过程。

俗语又云：“没有两片雪花是一样的”。科学家的研究也证明了这一点。日本北海道理化研究所提出并展示了雪花39种形状的基本分类，而这39种形状又能够被细分成121种子类。

由于温度和湿度等环境不断变化，同时在晶体表面的水分子结合方式各有不同，所以使得雪花形成了不同的形状组合。

雪花形状与温度、湿度关系

正是这多种因素的共同作用，才会使雪花——这冬日飞舞的精灵，呈现出千姿百态、瞬息万变的美丽景象。

不过，银装素裹的雪景固然美丽，却也为交通带来了不便。于是，人们通常会将融雪剂撒在路面上以除冰除雪。那么融雪剂究竟是什么物质？它又是如何实现融雪化冰的呢?

融雪剂，主要成份是醋酸钾和氯盐等化学品。当它溶于水后，相对来说，水中离子浓度会上升，从而使水的液相蒸气压比饱和时的蒸汽压降低，但冰的固态蒸气压不变。为了使冰水混和物固液蒸气压相等，冰就开始融化了，其本质就是使冰雪的熔点降低。

另外我们还知道，压强越大，冰的熔点越低。所以通常下雪后，人们趁着雪还未融化就在上面撒上融雪剂，再经车辆的碾压就更易使雪融化。

目前，融雪剂主要分为两大类：一类是以“氯盐”为主要成分的无机融雪剂，也叫“化冰盐”，如氯化钠(NaCl)、氯化钙(CaCl2)、氯化镁(MgCl2)、氯化钾(KCl)等。其中最常用的就是是氯化钠（即工业盐），其价格便宜，使用方便。但是，由于盐类遇水发生盐涨现象，会破坏道路路基；另外，由于盐类融雪剂和路基上的铁等金属形成原电池，也会加快路面破损；而且，“氯盐”还会增加道路两旁农田的盐碱性，造成植被难以生长。

另一类融雪剂，则是以醋酸钾为主要成分的有机融雪剂，这类融雪剂融雪效果好，基本不会造成腐蚀损害, 但其成本价格较高，一般只用于机场、高尔夫球场等重要场所。

一片小小的雪花，竟凝聚了如此众多的化学知识。这正应了那句诗：“一粒沙里看世界，半瓣花上说人情”。也许，化学的魅力正是体现在这些细微之处，生活之中。

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