寒潮來襲，帶來的不僅是段子，還有化學知識

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你那裡下雪了嗎馬曉宇 - 你那裡下雪了嗎

最近幾日，寒潮來襲。

看看這凍得發藍發紫的低氣溫預報圖，

隔著屏幕也讓人感覺到瑟瑟發抖的寒意。

央視段子手主播也被凍得開啟了吐槽模式：

新的一周又來了，到底冷到什麼程度呢？

如果你在被窩睡得正香，

床以外的地方都是遠方，

手夠不到的地方都是他鄉，

上個廁所都是出差到遙遠的邊疆……

許多地方都迎來了久違的大雪，

微信朋友圈更是被各種雪景刷屏。

不過，面對這漫天飛舞的雪花，您是否想過，它究竟是如何形成的呢？

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其實，這裡面也涉及到很多化學知識——

雪花的形成，首先要具備兩個條件：一是水汽飽和，另一個條件就是空氣里必須有凝結核。只有空氣中的水蒸氣附在凝結核上凝聚成水滴，才能形成降雨和降雪。

化學知識小貼士

凝結核（condensation nuclei)，是物質由氣態轉化為液態或固態，或由液態轉化為固態的凝結過程中，起凝結核心作用的顆粒。這些顆粒對水分子格外具有「吸引力」，在水汽接近飽和的空氣中，水分子只要遇上它們，便會附著上去，並迅速聚集起來，凝結成小水滴。

顯微鏡下的凝結核

凝結核一般分為兩種：

(1)可溶性核。這是一些可溶性鹽類質點，如源自海洋和土壤的NaCl、MgCl2和MgSO4。燃煤過程產生的Na2SO4等都是性質活躍的凝結核。

(2)不溶於水但表面能為水所濕潤的凝結核，如CaCO3等，但其凝結時所需相對濕度都要超過100%，即要達到飽和條件才能凝結。

古人很早就發現雪花呈現六邊形，所謂「草木之花多五齣，獨雪花六齣」。那麼，這是什麼原因形成的呢？

這主要是和水的結晶習性有關。當水結成冰的時候，由於水分子中的氫鍵作用，會有序排列形成具有一定剛性的六方形晶體結構。

天然水凍結的冰和大氣中水汽凝華結晶的雪，都屬於六方晶系。六方晶系具有四個結晶軸：一個主軸和三個輔軸。三個輔軸分布在同一個平面上，互相以六十度的角度對稱相交。

而主晶軸就從三個輔軸的交點上引伸出來，井垂直於輔軸所構成的平面。有點類似方向盤的軸。

其實說白了，六方晶系就像是幾何學上的一個正六面柱體。當水汽凝華結晶的時候，如果主晶軸比其它三個輔軸發育緩慢，並且較短，那麼，雪的形狀就成為六角形雪片；要是主晶軸發育很快，延伸較長，那麼，雪的形狀就成為一個六個側面，一個上面和一個下面的六稜柱體。

由於它的邊、面和角上的表面曲率不等，相應的飽和水汽壓力也不同，其中角上的飽和水汽壓最大，邊上次之，平面上最小。這樣就導致在實際水汽壓相同的情況下，而冰晶各部分飽和水汽壓不同，其凝華增長的情況也不相同。

表現出來就是邊緣冰生長速度比較快，所以每面都會出現一個凹槽，邊角的快速生長導致六條支線開始萌芽，每條分支上的線是因為表面的凸脊和凹槽，六條分支形成六邊形的角形成各種形狀。

正是由於水分子通過化學鍵結合成六邊形的網狀結構。隨著氣溫的降低，新生的分支尖端開始變窄，並出現側向分支。冰晶遭受了交替的冷暖氣流，就會出現更多的分支，這時晶體變得又長又細。當晶體降落到更暖和的空氣中，就不再生長，尖端卻越來越寬闊。最終形成了六瓣雪花的形態。

俗語又云：「沒有兩片雪花是一樣的」。科學家的研究也證明了這一點。日本北海道理化研究所提出並展示了雪花39種形狀的基本分類，而這39種形狀又能夠被細分成121種子類。

由於溫度和濕度等環境不斷變化，同時在晶體表面的水分子結合方式各有不同，所以使得雪花形成了不同的形狀組合。

雪花形狀與溫度、濕度關係

正是這多種因素的共同作用，才會使雪花——這冬日飛舞的精靈，呈現出千姿百態、瞬息萬變的美麗景象。

不過，銀裝素裹的雪景固然美麗，卻也為交通帶來了不便。於是，人們通常會將融雪劑撒在路面上以除冰除雪。那麼融雪劑究竟是什麼物質？它又是如何實現融雪化冰的呢?

融雪劑，主要成份是醋酸鉀和氯鹽等化學品。當它溶於水後，相對來說，水中離子濃度會上升，從而使水的液相蒸氣壓比飽和時的蒸汽壓降低，但冰的固態蒸氣壓不變。為了使冰水混和物固液蒸氣壓相等，冰就開始融化了，其本質就是使冰雪的熔點降低。

另外我們還知道，壓強越大，冰的熔點越低。所以通常下雪後，人們趁著雪還未融化就在上面撒上融雪劑，再經車輛的碾壓就更易使雪融化。

目前，融雪劑主要分為兩大類：一類是以「氯鹽」為主要成分的無機融雪劑，也叫「化冰鹽」，如氯化鈉(NaCl)、氯化鈣(CaCl2)、氯化鎂(MgCl2)、氯化鉀(KCl)等。其中最常用的就是是氯化鈉（即工業鹽），其價格便宜，使用方便。但是，由於鹽類遇水發生鹽漲現象，會破壞道路路基；另外，由於鹽類融雪劑和路基上的鐵等金屬形成原電池，也會加快路面破損；而且，「氯鹽」還會增加道路兩旁農田的鹽鹼性，造成植被難以生長。