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水結晶（水的溫度降低后形成的固體）

次瀏覽 | 更新時間：2023-05-23

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水結晶

水的溫度降低后形成的固體

結晶：物質從液態(tài)（溶液或熔融狀態(tài)）升華到氣態(tài)時形成的晶體。

晶體，即原子、離子或分子按一定的空間次序排列而形成的固體。也叫結晶體。一般由純物質生成，具有固定的熔點，旋光度。

水結晶是水（化學式：H?O）溫度降低到凝固點以下后（通常為零度，稱為冰點）形成的固體，也就是冰。通過高倍顯微鏡（電鏡）可以觀察到水在某些苛刻情況下的單結晶體。雪、霜、和某些寒冷狀態(tài)下霧，都是水的結晶體。相似環(huán)境下的水結晶體具有相似性。

基本信息

中文名	水結晶
外文名	waterof crystallization
包括2	寒冷狀態(tài)下霧
液態(tài)	到氣態(tài)時形成
包括1	雪、霜
觀察儀器	高倍顯微鏡
類型	常見的自然現(xiàn)象

收起

現(xiàn)象描述

自然界中常見于寒冷的冬季，在溫度較低時凍結的冰塊、水霧在氣溫驟降時附著在樹枝上形成的霧凇、過冷水從云層中落下碰到物體后形成的凍雨、云層自然凝結并結晶形成的雪花、冬季室內空氣中的水汽遇到寒冷玻璃形成的霜花等等，都是液體水或者氣體水在凝固點溫度以下所凝固成晶體后的宏觀結果。這是一種常見的自然現(xiàn)象。

產生機理

自然界中液體凝固成晶體的過程叫做結晶。水（H?O）會在特定的環(huán)境下形成固體，水的固態(tài)——冰，一般是呈多晶體狀態(tài)，雖然和晶體一樣有固定的熔點，但有一些晶體特征它不具備，如各向異性和規(guī)則形狀。由于冰不具備規(guī)則的質點排列形狀，因此冰的微觀形態(tài)是不固定的。從微觀上看，水在溫度降低到凝固點以下且有凝結核的情況下，會首先結晶成單晶，然后以單晶為凝結核繼續(xù)結晶，形成形狀各異的結晶（多晶）。受結晶時的溫度、壓力、雜質等很多因素的影響，水結晶（多晶）的微觀形狀各不相同。

研究歷史

加州理工學院物理系主任Kenneth Lebbrecht在研究水結晶的過程中發(fā)現(xiàn)，水分子可以形成六角形的晶格結構，這些六角體有兩個六角形的面和六個正方形的面。

（水分子可以通過有規(guī)律地排列形成晶體，圖中紅色的點代表氧原子）

如果晶體向兩個六角形的面的方向生長，就會變成一個柱狀晶體；而如果向六個正方形面的方向生長，則會形成一個片狀的六邊形晶體

晶體生長方向很大程度上決定晶體形狀

（晶體的生長方向很大程度上決定了晶體的最終形狀）

在此基礎上，片狀或柱狀晶體還能長成更加復雜的結構，最終形成各式各樣的雪花。

雪花的形成過程

（雪花的形成過程）

Kenneth Lebbrecht發(fā)現(xiàn)，溫度和濕度是決定雪花形狀的最重要的兩個因素。如果結晶溫度在-5℃到-10℃之間，晶體更容易形成柱狀或是針狀的結構。而在-15℃左右的情況下，水氣傾向于結成片狀的雪花。至于雪花的復雜程度，則和濕度有關。濕度越小，雪花的形狀就越簡單。

雪花的形狀和溫度以及濕度有關

（雪花的形狀和溫度以及濕度有關）

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