Почему снежинки шестиугольные? Исследовательский проект "Снежинка". проект по окружающему миру (4 класс) на тему Снег у дороги

Почему снежинки шестиугольные? Исследовательский проект
Почему снежинки шестиугольные? Исследовательский проект "Снежинка". проект по окружающему миру (4 класс) на тему Снег у дороги

Комментарии к. х. н. О. В. Мосина.

Почему элементарные кристаллы льда шестиугольны легко попять, анализируя структуру кристаллической воды – льда.

В молекуле воды две электронные пары образуют полярные ковалентные связи между атомами водорода и кислорода, а оставшиеся две электронные пары остаются свободными и называются неподеленными .

Рис. Молекула воды

Поскольку у атома кислорода больше электронов (химики говорят, что атом кислорода более электроотрицательный), чем у атома водорода, электроны двух атомов водорода сдвигаются в сторону более электроотрицательного атома кислорода, приводя к тому, что два положительных заряда атомов водорода компенсируются равным по величине двум атомов водорода отрицательным зарядом атома кислорода. Поэтому электронное облако имеет неоднородную плотность. Около ядер водорода имеется недостаток электронной плотности, а на противоположной стороне молекулы, около ядра кислорода, наблюдается избыток электронной плотности. Это приводит к тому, что молекула воды представляет собой маленький диполь, содержащий положительный и отрицательный заряды на полюсах. Именно такая структура и определяет полярность молекулы воды. Если соединить прямыми линиями эпицентры положительных и отрицательных зарядов получится объемная геометрическая фигура - правильный тетраэдр.

Элементарной ячейкой воды являются тетраэдры, содержащие связанные между собой водородными связями пять молекул Н 2 О. При этом у каждой из молекул воды в простых тетраэдрах сохраняется способность образовывать водородные связи. За счет их простые тетраэдры могут объединяться между собой вершинами, ребрами или гранями, образуя разнообразные пространственные структуры.

Рис. В кристаллической структуре льда каждая молекула воды участвует в 4 водородных связях, образуя тетраэдр

Таким образом, структура воды связана с так называемыми платоновыми телами (тетраэдр, додекаэдр), форма которых связана с золотой пропорцией. Молекула воды также имеет форму платонова тела (тетраэдра).

И из всего многообразия структур в природе базовой является гексагональная (шестигранная) структура, когда шесть молекул воды (тетраэдров) объединяются в кольцо. Такой тип структуры характерен для льда, снега и талой воды.

Снежинка - сложная симметричная структура, состоящая из кристалликов льда, собранных вместе. Вариантов «сборки» множество - до сих пор не удалось найти среди снежинок двух одинаковых. Исследования, проведенные в лаборатории Либбрехта, подтверждают этот факт - кристаллические структуры можно вырастить искусственно или наблюдать в природе. Существует даже классификация снежинок, но, несмотря на общие законы построения, снежинки все равно будут чуть-чуть отличаться друг от друга даже в случае относительно простых структур.

Рис. 1. Кристаллическая структура льда

Так почему же снежинки шестиугольны? В кристаллической структуре льда каждая молекула воды участвует в 4 водородных связях, направленных к вершинам тетраэдра под строго определенными углами, равными 109°28" (при этом в структурах льда I, Ic, VII и VIII этот тетраэдр правильный). В центре этого тетраэдра находится атом кислорода, в двух вершинах - по атому водорода, электроны которых задействованы в образовании ковалентной связи с кислородом. Две оставшиеся вершины занимают пары валентных электронов кислорода, которые не участвуют в образовании внутримолекулярных связей. Теперь становится понятным, почему кристалл льда шестиугольный.

Главная особенность, определяющая форму кристалла - это связь между молекулами воды, подобная соединению звеньев в цепи. Кроме того, из-за различного соотношения тепла и влаги кристаллы, которые в принципе должны быть одинаковыми, приобретают различную форму. Сталкиваясь на своем пути с переохлажденными мелкими капельками, снежинка упрощается по форме, сохраняя при это симметрию.

Но почему иногда образуются снежинки вытянутой формы? Снежинка - это монокристалл льда, аналог гексагонального кристалла, но выросшего быстро, в неравновесных условиях. В одних условиях ледяные шестигранники усиленно растут вдоль своей оси, и тогда образуются снежинки вытянутой формы - снежинка-столбики, снежинки-иглы. В других условиях шестигранники растут преимущественно в направлениях, перпендикулярных к их оси, и тогда образуются снежинки в виде шестиугольных пластинок или шестиугольных звездочек.

Более подробно о снежинках и процессах их формирования читайте в статье Сергея Апресова “Белая магия”:

К. х. н. О. В. Мосин

ПОЧЕМУ СНЕЖИНКИ ШЕСТИУГОЛЬНЫ?

Чтобы понять, почему снежинки выглядят так красиво, необходимо рассмотреть историю жизни одного снежного кристалла.

Ледяные снежинки в облаке образуются при -15 градусах вследствие перехода водяного пара в твердое состояние. Основой для формирования снежинок являются мелкие частицы пыли или микроскопические льдинки, которые служат ядром для конденсации на них молекулы воды. Ядро кристаллизации - это то, с чего начинается образование снежинок.

Все больше и больше молекул воды присоединяются к растущей снежинке в определенных местах, придавая ей отчетливую форму шестигранника. Разгадка структуры твердой воды кроется в строении ее молекулы, которую можно упрощенно представить себе в виде тетраэдра - пирамиды с треугольным основанием в которой возможны углы лишь в 60° и 120°. В центре находится кислород, в двух вершинах - по водороду, точнее - протону, электроны которых задействованы в образовании ковалентной связи с кислородом. Две оставшиеся вершины занимают пары валентных электронов кислорода, которые не участвуют в образовании внутримолекулярных связей, отчего их называют неподеленными.

Снежинка - это монокристалл льда, вариация на тему гексагонального кристалла, но выросшего быстро, в неравновесных условиях. В одних условиях ледяные шестигранники усиленно растут вдоль своей оси, и тогда образуются снежинки вытянутой формы - снежинка-столбики, снежинки-иглы. В других условиях шестигранники растут преимущественно в направлениях, перпендикулярных к их оси, и тогда образуются снежинки в виде шестиугольных пластинок или шестиугольных звездочек.

К падающей снежинке может примерзнуть капелька воды - в результате образуются снежинки неправильной формы. Распространенное мнение, будто снежинки обязательно имеют вид шестиугольных звездочек, является ошибочным. Формы снежинок оказываются весьма разнообразными.

Астроном Иоганн Кеплер в 1611 году написал целый трактат «О шестиугольных снежинках». В 1665 году Роберт Гук увидел с помощью микроскопа и опубликовал множество рисунков снежинок самой разной формы. Первую удачную фотографию снежинки под микроскопом сделал в 1885 году американский фермер Уилсон Бентли. Самые знаменитые последователи дела Бентли - это Укихиро Накайя и американский физик Кеннет Либбрехт. Накайя впервые предположил, что величина и форма снежинок зависят от температуры воздуха и содержания в нем влаги, и блистательно подтвердил эту гипотезу экспериментально, выращивая в лаборатории кристаллы льда разной формы. А Либбрехт у себя в Калифорнийском технологическом институте и по сей день целыми днями занят выращиванием снежинок Ученый, совместно с фотографом Патрисией Расмуссен планируют издать книгу, в которую войдут самые фотогеничные снежинки, некоторые из которых можно уже сейчас увидеть на его сайте SnowCrystals.com .

Существует еще одна тайна, присущая строению снежинки. В ней порядок и хаос сосуществуют вместе. В зависимости от условий получения твердое тело должно находиться либо в кристаллическом (когда атомы упорядочены), либо в аморфном (когда атомы образуют случайную сетку) состоянии. Снежинки же имеют гексагональную решетку, в которой атомы кислорода выстроены упорядочено, образуя правильные шестиугольники, а атомы водорода расположены хаотично. Однако связь между структурой кристаллической решетки и формой снежинки, которая больше молекулы воды в десять миллионов раз, неочевидна: если бы молекулы воды присоединялись к кристаллу в случайном порядке, форма снежинки получилась бы неправильной. Все дело в ориентации молекул в решетке и расположении свободных водородных связей, которое способствует образованию ровных граней.

Молекулы водяного пара с большей вероятностью заполняют пустоты, нежели пристают к ровным граням, потому что пустоты содержат больше свободных водородных связей. В результате снежинки принимают форму правильных шестиугольных призм с ровными гранями. Такие призмы падают с неба, при сравнительно небольшой влажности воздуха в самых разных температурных условиях.

Рано или поздно на гранях появляются неровности. Каждый бугорок притягивает к себе дополнительные молекулы, и начинает расти. Снежинка долго путешествует по воздуху, при этом шансы встретиться с новыми молекулами воды у выступающего бугорка несколько выше, чем у граней. Так на снежинке очень быстро вырастают лучи. Из каждой грани вырастает один толстый луч, так как молекулы не терпят пустоты. Из бугорков, образующихся на этом луче, вырастают ответвления. Во время путешествия крохотной снежинки все ее грани находятся в одинаковых условиях, что служит предпосылкой для роста одинаковых лучей на всех шести гранях. В идеальных лабораторных условиях, все шесть направлений снежинки растут симметрично и с аналогичными конфигурациями. В атмосфере большая часть снежинок это нерегулярные кристаллы у них лишь некоторые из шести ветвей могут быть симметричны.

В наши дни изучение снежинок превратилось в науку. Еще в 1555 году швейцарским исследователем Мангусом были сделаны зарисовки форм снежинок. В 1955 году русский ученый А. Заморский разделил снежинки на 9 классов и 48 видов. Это - пластинки, иглы, звезды, ежи, столбики, пушинки, запонки, призмы, групповые. Международная комиссия по снегу и льду приняла в 1951 году довольно простую классификацию кристаллов льда: пластинки, звездчатые кристаллы, столбцы или колонны, иглы, пространственные дендриты, столбцы с наконечниками и неправильные формы. И еще три вида обледенелых осадков: мелкая снежная крупка, ледяная крупка и град.

В 1932 году физик-ядерщик Укихиро Накайя, профессор Университета в Хоккайдо, занялся выращиванием искусственных снежных кристаллов, что позволило составить первую классификацию снежинок и выявить зависимость величины и формы этих образований от температуры и влажности воздуха. В городе Кага, расположенном на западном берегу острова Хонсю, существует основанный Укихиро Накайя Музей снега и льда, носящий теперь его имя, символично выстроен в виде трех шестиугольников. В музее хранится машина для получения снежинок. Накайа выделил среди снежинок 41 индивидуальный морфологический тип, а метеорологи С. Магано и Сю Ли в 1966 году описали уже 80 типов кристаллов.

При определенных условиях, при отсутствие ветра, падающие снежинки могут сцепляются друг с другом, образуя огромные снежные хлопья. Весной 1944 года в Москве выпали хлопья размером до 10 сантиметров в поперечнике, похожие на кружащиеся блюдца. А в Сибири наблюдались снежные хлопья диаметром до 30 сантиметров. Самая большая снежинка была зафиксирована в 1887 году в американской Монтане. Ее диаметр составил 38 см, а толщина – 20 см. Для этого феномена необходимо полнейшее безветрие, ведь чем дольше снежинки путешествуют, тем больше сталкиваются и сцепляются друг с другом. Поэтому при низкой температуре и сильном ветре снежинки сталкиваются в воздухе, крошатся и падают на землю в виде обломков - «алмазной пыли». Вероятность увидеть крупные снежинки существенно возрастает вблизи водоемов: испарения с озер и водохранилищ – это отличный строительный материал.

Образующий снежинку лед прозрачен, но когда их много, солнечный свет, отражаясь и рассеиваясь на многочисленных гранях, создает у нас впечатление белой непрозрачной массы - мы называем ее снегом. Снежинка белая, потому что вода очень хорошо поглощает красную и инфракрасную часть светового спектра. Замерзшая вода во многом сохраняет свойства воды жидкой. Солнечный свет, проходя сквозь слой снега или льда, теряет красные и желтые лучи, которые рассеиваются и поглощаются в нем, а насквозь проходит свет голубовато-зеленый, голубой или ярко-синий - в зависимости от того, какой толщины слой был на пути у света.

ФАКТЫ о снежинках

Снежинки образуют - снежный покров, который отражает в космос до 90% солнечного света.
В одном кубическом метре снега находится 350 миллионов снежинок, а по всей Земле - 10 в 24 степени.

Вес самой снежинки всего около миллиграмма, редко - 2…3. Тем не менее к концу зимы масса снежного покрова северного полушария планеты достигает 13 500 млрд тонн.

Снег бывает не только белым. В арктических и горных регионах розовый или даже красный снег - обычное явление. Виной тому водоросли, живущие между кристаллов. Но известны случаи, когда снег падал с неба уже окрашенный. Так, на Рождество 1969 года на территории Швеции выпал черный снег. Скорее всего, это впитанная из атмосферы копоть и промышленные загрязнения. В 1955 году около Даны, штат Калифорния, выпал фосфоресцирующий зеленый снег, унесший несколько жизней и причинивший тяжкий вред здоровью жителям, рискнувшим попробовать его на язык. Возникали разные версии этого феномена, даже атомные испытания в штате Невада. Однако, все они были отвергнуты и происхождение зеленого снега осталось тайной.

Кеннет Либбрехт: снег под микроскопом

Популярность во всем мире американцу Кеннету Либбрехту (Kenneth Libbrecht) принесла зима, а точнее такой ее необходимый атрибут, как снег. Эпиграфом к его творчеству стоят слова Генри Дэвида Торо: «Воздух, в котором они возникают, наполнен творческим гением. Вряд ли я восхитился бы больше, даже если бы мне на пальто упали настоящие звезды». Догадались, о чем речь? Правильно. О снежинках!

Кеннет Либбрехт родился в 1958 году в городке Фарго, Северная Дакота. И он не фотограф, как может показаться на первый взгляд, а ученый. Кеннет – профессор физики Калифорнийского технологического института. В начале своей карьеры наш герой интересовался астрономией, однако последние его исследования посвящены изучению качеств кристаллов льда, а особенно структуры снежинок. Именно как дополнение к профессиональным исследованиям Кеннета вышли несколько популярных книг, иллюстрированных фотографиями снежинок самых разнообразных форм и размеров.

Большинству снежинок присуща шестисторонняя симметрия, хотя встречаются экземпляры и c тремя, и с двенадцатью сторонами. А вот увидеть кристалл с четырьмя, пятью или восемью сторонами – невозможно, уверяет нас Кеннет. Самые идеальные по форме снежинки, по свидетельству автора, можно найти, когда идет небольшой снежок и дует легкий ветер, а погода при этом особенно холодная.

О популярности работ Кеннета свидетельствует еще и тот факт, что четыре его фотографии были отобраны Почтовой службой США в качестве дизайна для марок, выпущенных к зимним праздникам 2006 года. Общий тираж марок составил около трех миллиардов экземпляров.

«Каждый снегопад – это приключение для фотографа, потому что все они приносят разные кристаллы, - рассказывает Кеннет Либбрехт. - И это правда – двух одинаковых снежинок нет». Ну а раз так, то можно с уверенностью утверждать две вещи: работой автор обеспечен на всю жизнь, а его творения можно рассматривать бесконечно.

Фотограф Ярослав Гнатюк -


Модель вируса ВИЧ -

visualscience.ru/illustrations/modelling/gripp-H1N1-interactive/

Исследовательская работа

Секреты снежинки

ученица 2-А класса

МБОУ СОШ № 000

Введение

1. Выбор темы исследования

Недавно гуляя по улице, я рассматривала снежинки. Они были полупрозрачные и пушистые, изящные и кружевные, будто зима - рукодельница , дарила нам свои волшебные подарки. Плавно кружась в воздухе, снежинки тихо опускались на землю. Разглядывая их на своих варежках, я заметила, что все снежинки разные по форме. Когда я сняла варежку, они быстро таяли на моих тёплых ладошках, превращаясь в капельки воды. Мне стало интересно, какие «секреты» хранят снежинки.

2. Цель работы : изучить и раскрыть секреты снежинки.

3. Задачи :

· узнать, как рождается снежинка, сколько весит, как звучит.

· определить полезные свойства снежинок;

· выяснить «тайные» секреты снежинок.

4. Объект, предмет исследования :

Объект изучения: снежинки.

Предмет изучения: снег, взятый в окрестностях г. Снежногорска.

5. Гипотеза . Я предполагаю, что снежинки, являющиеся уникальным явлением природы, обладают интересными свойствами.

Эксперимент №2.

Цель: определить температуру воздуха на поверхности снежного покрова и около почвы.

Я измерила термометром температуру воздуха сначала около почвы. Столбик термометра опустился на минус 2 градуса по Цельсию, а на поверхности снежного покрова оказалось минус 6 градусов.

Вывод: снежинки устилают тёплым ковром почву и дают растениям замёрзнуть.

Эксперимент №3.

Цель: проверить, когда из снежинки могут превратиться в снеговика.

Температура воздуха.

Свойство снега

Утро. Минус 10 градусов

Пушистый, лёгкий, рассыпается.

День. Светит солнце. 0 градусов.

Снег потяжелел, но уже можно скатать комок.

Вывод: При повышении температуры снег начинает таять. Он легко слипается в комочки. А из комочков можно вылепить снеговика.

https://pandia.ru/text/78/390/images/image008_10.jpg" width="123" height="169 src=">

Эксперимент №4

Цель: проверить качество талого снега и выяснить, можно его употреблять в еду или нет.

Для этого нам понадобились картонные воронки, вата, и снег, взятый для эксперимента у дороги и своего дома.

Этот снег я положила в две воронки и стали ждать, когда он растает.

Затем я сравнила талый снег. Вот что я получила:

Показатели

Снег у дороги

Снег у дома

Бело-серый

Загрязненность фильтра

Есть грязь

Есть пыль

Прозрачность

Есть нельзя

Есть нельзя

Вывод: Особенно грязный и вредный снег у дорог, он накапливает грязь и бензин. Снег у дома тоже есть нельзя, хотя на вид он чистый. В талом снегу я обнаружила частицы грязи и пыли.

Снег очень полезен для закаливания организма и занятиями зимними видами спорта. Вместе со своей семьёй, с друзьями я люблю кататься на лыжах, санках, коньках. Мы любим лепить сказочные фигурки из снега.

Я живу в Заполярье, в городе с красивым снежным названием Снежногорск. Снег в нашем городе лежит с октября по конец мая. А в сопках снег искрится своими разноцветными огоньками до начала июня.

Заключение.

Снежинки – это удивительное, красивое и загадочное явление природы, которые образуются из водяных паров. У снежинок есть свои секреты:

Секрет 1. Снежинки образуются высоко в небе.Передвигаясь вверх и вниз в облаке, снежинка попадает в условия с разной температурой и содержанием водяного пара. В воздухе форма снежинок непрерывно меняется.

Секрет 2. У снежинок шесть граней.

Секрет 3. Одинаковых снежинок не бывает.

Секрет 4. Каждая снежинка бесцветна, как лед. Все вместе они становятся непрозрачными, не пропускают через себя лучи, а наоборот, отражают их нам в глаза. И поэтому снег мы видим белым.

Секрет 5. В морозную погоду под ногами можно услышать «музыку» снега. Это ломаются лучики снежинок.

Секрет 6. Снежинки покрывают землю и защищают растения от вымерзания.

Секрет 7. Из снега можно лепить снежные фигуры.

Секрет 8. При таянии снега изменяется его объём в несколько раз.

Секрет 9. Снег только кажется чистым. Есть его нельзя, потому что он холодный и нечистый.

Секрет 10. Благодаря снегу, люди могут заниматься зимними видами спорта.

Список литературы:

1. , А.Н. Казаков ”Мы и окружающий мир” Учебник для 2 класса . Издательство “Учебная литература”.

2. Энциклопедия для младших школьников “Что? Зачем? Почему?” Издательство “Эксмо”.

3. Я познаю мир. Детская энциклопедия. Экология. Москва. Издательство АСТ, 1999.

4. http://ru. wikipedia. org/wiki

Проектная работа ученицы 4 класса Кравченко Лады

Тема: «…Снежинка белая, такая чистая, такая смелая».

Кто из нас не любовался зимой снежинками? Многие поэты воспевали красоту снежинки в своих произведениях. Например, на уроке литературного чтения мы знакомились со стихотворением К. Бальмонта “Снежинка”, в котором он восхищается смелостью, чистотой, лёгкостью крошечной снежинки. А что же такое снежинка?

На уроке окружающего мира я узнала, что каждая снежинка - это маленький ледяной кристалл. Что же может восхищать поэта в этом маленьком кристаллике? Мне стало интересно, как образуются снежинки. Как они выглядят?

Цель: провести наблюдение за снежинками, как кристаллическими телами и выяснить

причины их образования.

Снежные кристаллы образуются в холодных облаках высоко над землей.

Хоть мы и думаем, что снег «чистый», но на самом деле большинство снежинок

формируются вокруг мелких частиц грунта, поднятых ветром вверх. Водяной пар может

замерзать так же вокруг частиц дыма. Так что снежинки - это кусочки почвы, может быть даже с вашего огорода, только покрытые льдом. Так считали раньше.

Но в последнее время в среде учёных появилось другое мнение. Ученые из Франции и

США провели исследования и установили, что снежинки образуются благодаря бактериям.

Трудно сказать, кто из учёных первым стал исследовать снег и строение снежинок, но первым опубликованным научным исследованием формы снежинки считается трактат

гениального ученого-астронома Иоганна Кеплера «О шестиугольных снежинках», изданный в 1611 году.

Кеплеру так и не удалось найти причину, по которой снежинки имеют 6 лучей, но позже учёные установили, что разгадка формы снежинки кроется в шестиугольной молекуле воды. Она представляет собой пирамиду, в центре которой находится кислород, а на вершинах водород.

Каждый школьник знает фразу, что "нет двух одинаковых снежинок", и для крупных снежинок это, безусловно, верно. У снежинок более 100 различных признаков, что дает нам число 10 в 158-ой степени (а это 1 со 158 нулями) вариантов создания снежинки. Это примерно в два раза больше, чем атомов во Вселенной, так что очень маловероятно, что можно найти двеодинаковых! И поскольку рост снежинки является результатом воздействия окружающей среды,

даже малейший перепад температуры или влажности будет кардинально изменять форму

снежинки.

По мере того как снежинка растет, она становится тяжелее и падает на землю, при этом ее форма изменяется. Если снежинка при падении вращается, как волчок, то ее форма идеально симметрична. Если же она падает боком или иначе, то и форма ее будет несимметричной.

Падающие кристаллы слипаются, формируясь в снежные хлопья.

Ученые утверждают, что снежные кристаллы бывают четырех основных типов по форме.

Простейшая форма - длинные игольчатые кристаллы. Все остальные типы имеют шесть

сторон, то есть они шестиугольные.

Как же выглядят снежинки? Я предложила ребятам из класса нарисовать снежинки, с целью проверить, знают ли они сколько лучей у снежинок. Исследование показало, что только пять детей из класса знают, что у снежинки шесть лучей.

На следующий день я провела опрос: почему некоторые дети рисовали у снежинки

намного больше лучей, чем надо. Оказалось, что некоторые знают, что у снежинки 6 лучей, но при рисовании не обращали на них внимание, а остальные хотели сделать снежинку более пушистой.

Вывод: у снежинки, какую бы форму она не имела, шесть лучей, но часто, изображая

снежинку на бумаге или изготавливая поделку “Снежинка”, мы не задумываемся об этом и стараемся, чтобы снежинка выглядела красивой.

Работая над этим проектом, я узнала, что снежинка образуется из кристаллов, кристаллы из молекул воды, сгруппировавшихся вокруг какой-нибудь пылинки или бактерии. Каждая снежинка имеет шесть граней и формы их не повторяются. Изучая формы снежинок я выяснила, что их форма зависит от многих факторов. Как в данный момент будет расти снежинка зависит от текущих условий вокруг снежинки: влажность, температура, давление. И даже самые минимальные изменения этих параметров могут изменить ход роста снежинки.

И еще несколько любопытных фактов про снежинки.

Почему снег белый? Снег - это огромное, бесчисленное скопление снежинок. А снежинка состоит из воздуха на 95 процентов из 100! Остальные 5 процентов составляет вода. Снежинка очень легкая, поэтому падает с облака медленно, преодолевая в безветренную погоду 900 метров за час.

Видели, как снежинки блестят? Свет всевозможных частот отражается на граничных поверхностях между кристаллами и воздухом и рассеивается.

Снежинки не всегда образуют шестиугольные звездочки. Формы снежинок могут быть весьма разнообразными. Снежинка - это монокристалл льда, вариация на тему гексагонального кристалла, но выросшего быстро, в неравновесных условиях. В одних условиях ледяные шестигранники усиленно растут вдоль своей оси, и тогда образуются снежинки вытянутой формы - снежинка-столбики, снежинки-иглы.

Загадывайте желание - и оно обязательно сбудется - если вам посчастливится найти треугольную снежинку.

Треугольная снежинка образуется при температуре около 2 градусов ниже нуля.

Снежинки вытянутой формы растут при температуре минус 5 градусов по Цельсию.

Древовидная снежинка, вид сбоку. Снег из древовидных снежинок лучше всего подходит для катания на лыжах!!

Снежинка из замерзших капель воды. Очевидно, во время своего путешествия с небес на землю, таяла и замерзала вновь и вновь…

Кеннет Либрехт - автор самой большой и разнообразной коллекции снежинок. Ему удалось создать условия и провести опыт по выращиванию снежинок .

Самая крупная снежинка была засвидетельствована 28 января 1887 года во время снегопада в Форт-Кео, Монтана, США; она имела диаметр в 15 дюймов (около 38 см), опубликовано в Monthly Weather Review, 1915, 73.. Обычно же снежинки имеют около 5 мм в диаметре при массе 0,004 г.

Срок выполнения работы

январь-февраль 2014г.



Чтобы понять, почему снежинки выглядят так красиво, необходимо рассмотреть историю жизни одного снежного кристалла.

Ледяные снежинки в облаке образуются при -15 градусах вследствие перехода водяного пара в твердое состояние. Основой для формирования снежинок являются мелкие частицы пыли или микроскопические льдинки, которые служат ядром для конденсации на них молекулы воды. Ядро кристаллизации - это то, с чего начинается образование снежинок.

Все больше и больше молекул воды присоединяются к растущей снежинке в определенных местах, придавая ей отчетливую форму шестигранника. Разгадка структуры твердой воды кроется в строении ее молекулы, которую можно упрощенно представить себе в виде тетраэдра - пирамиды с треугольным основанием в которой возможны углы лишь в 60° и 120°. В центре находится кислород, в двух вершинах - по водороду, точнее - протону, электроны которых задействованы в образовании ковалентной связи с кислородом. Две оставшиеся вершины занимают пары валентных электронов кислорода, которые не участвуют в образовании внутримолекулярных связей, отчего их называют неподеленными.

Снежинка - это монокристалл льда, вариация на тему гексагонального кристалла, но выросшего быстро, в неравновесных условиях. В одних условиях ледяные шестигранники усиленно растут вдоль своей оси, и тогда образуются снежинки вытянутой формы - снежинка-столбики, снежинки-иглы. В других условиях шестигранники растут преимущественно в направлениях, перпендикулярных к их оси, и тогда образуются снежинки в виде шестиугольных пластинок или шестиугольных звездочек.

К падающей снежинке может примерзнуть капелька воды - в результате образуются снежинки неправильной формы. Распространенное мнение, будто снежинки обязательно имеют вид шестиугольных звездочек, является ошибочным. Формы снежинок оказываются весьма разнообразными.

Астроном Иоганн Кеплер в 1611 году написал целый трактат «О шестиугольных снежинках». В 1665 году Роберт Гук увидел с помощью микроскопа и опубликовал множество рисунков снежинок самой разной формы. Первую удачную фотографию снежинки под микроскопом сделал в 1885 году американский фермер Уилсон Бентли. Самые знаменитые последователи дела Бентли - это Укихиро Накайя и американский физик Кеннет Либбрехт. Накайя впервые предположил, что величина и форма снежинок зависят от температуры воздуха и содержания в нем влаги, и блистательно подтвердил эту гипотезу экспериментально, выращивая в лаборатории кристаллы льда разной формы. А Либбрехт у себя в Калифорнийском технологическом институте и по сей день целыми днями занят выращиванием снежинок Ученый, совместно с фотографом Патрисией Расмуссен планируют издать книгу, в которую войдут самые фотогеничные снежинки, некоторые из которых можно уже сейчас увидеть на его сайте SnowCrystals.com .

Существует еще одна тайна, присущая строению снежинки. В ней порядок и хаос сосуществуют вместе. В зависимости от условий получения твердое тело должно находиться либо в кристаллическом (когда атомы упорядочены), либо в аморфном (когда атомы образуют случайную сетку) состоянии. Снежинки же имеют гексагональную решетку, в которой атомы кислорода выстроены упорядочено, образуя правильные шестиугольники, а атомы водорода расположены хаотично. Однако связь между структурой кристаллической решетки и формой снежинки, которая больше молекулы воды в десять миллионов раз, неочевидна: если бы молекулы воды присоединялись к кристаллу в случайном порядке, форма снежинки получилась бы неправильной. Все дело в ориентации молекул в решетке и расположении свободных водородных связей, которое способствует образованию ровных граней.

Молекулы водяного пара с большей вероятностью заполняют пустоты, нежели пристают к ровным граням, потому что пустоты содержат больше свободных водородных связей. В результате снежинки принимают форму правильных шестиугольных призм с ровными гранями. Такие призмы падают с неба, при сравнительно небольшой влажности воздуха в самых разных температурных условиях.

Рано или поздно на гранях появляются неровности. Каждый бугорок притягивает к себе дополнительные молекулы, и начинает расти. Снежинка долго путешествует по воздуху, при этом шансы встретиться с новыми молекулами воды у выступающего бугорка несколько выше, чем у граней. Так на снежинке очень быстро вырастают лучи. Из каждой грани вырастает один толстый луч, так как молекулы не терпят пустоты. Из бугорков, образующихся на этом луче, вырастают ответвления. Во время путешествия крохотной снежинки все ее грани находятся в одинаковых условиях, что служит предпосылкой для роста одинаковых лучей на всех шести гранях. В идеальных лабораторных условиях, все шесть направлений снежинки растут симметрично и с аналогичными конфигурациями. В атмосфере большая часть снежинок это нерегулярные кристаллы у них лишь некоторые из шести ветвей могут быть симметричны.

В наши дни изучение снежинок превратилось в науку. Еще в 1555 году швейцарским исследователем Мангусом были сделаны зарисовки форм снежинок. В 1955 году русский ученый А. Заморский разделил снежинки на 9 классов и 48 видов. Это - пластинки, иглы, звезды, ежи, столбики, пушинки, запонки, призмы, групповые. Международная комиссия по снегу и льду приняла в 1951 году довольно простую классификацию кристаллов льда: пластинки, звездчатые кристаллы, столбцы или колонны, иглы, пространственные дендриты, столбцы с наконечниками и неправильные формы. И еще три вида обледенелых осадков: мелкая снежная крупка, ледяная крупка и град.

В 1932 году физик-ядерщик Укихиро Накайя, профессор Университета в Хоккайдо, занялся выращиванием искусственных снежных кристаллов, что позволило составить первую классификацию снежинок и выявить зависимость величины и формы этих образований от температуры и влажности воздуха. В городе Кага, расположенном на западном берегу острова Хонсю, существует основанный Укихиро Накайя Музей снега и льда, носящий теперь его имя, символично выстроен в виде трех шестиугольников. В музее хранится машина для получения снежинок. Накайа выделил среди снежинок 41 индивидуальный морфологический тип, а метеорологи С. Магано и Сю Ли в 1966 году описали уже 80 типов кристаллов.

При определенных условиях, при отсутствие ветра, падающие снежинки могут сцепляются друг с другом, образуя огромные снежные хлопья. Весной 1944 года в Москве выпали хлопья размером до 10 сантиметров в поперечнике, похожие на кружащиеся блюдца. А в Сибири наблюдались снежные хлопья диаметром до 30 сантиметров. Самая большая снежинка была зафиксирована в 1887 году в американской Монтане. Ее диаметр составил 38 см, а толщина – 20 см. Для этого феномена необходимо полнейшее безветрие, ведь чем дольше снежинки путешествуют, тем больше сталкиваются и сцепляются друг с другом. Поэтому при низкой температуре и сильном ветре снежинки сталкиваются в воздухе, крошатся и падают на землю в виде обломков - «алмазной пыли». Вероятность увидеть крупные снежинки существенно возрастает вблизи водоемов: испарения с озер и водохранилищ – это отличный строительный материал.

Образующий снежинку лед прозрачен, но когда их много, солнечный свет, отражаясь и рассеиваясь на многочисленных гранях, создает у нас впечатление белой непрозрачной массы - мы называем ее снегом. Снежинка белая, потому что вода очень хорошо поглощает красную и инфракрасную часть светового спектра. Замерзшая вода во многом сохраняет свойства воды жидкой. Солнечный свет, проходя сквозь слой снега или льда, теряет красные и желтые лучи, которые рассеиваются и поглощаются в нем, а насквозь проходит свет голубовато-зеленый, голубой или ярко-синий - в зависимости от того, какой толщины слой был на пути у света.

ФАКТЫ
Снежинки образуют - снежный покров, который отражает в космос до 90% солнечного света.
В одном кубическом метре снега находится 350 миллионов снежинок, а по всей Земле - 10 в 24 степени.
Вес самой снежинки всего около миллиграмма, редко - 2…3. Тем не менее к концу зимы масса снежного покрова северного полушария планеты достигает 13 500 млрд тонн.

Кстати, сам снег бывает не только белым. В арктических и горных регионах розовый или даже красный снег - обычное явление. Виной тому водоросли, живущие между кристаллов. Но известны случаи, когда снег падал с неба уже окрашенный. Так, на Рождество 1969 года на территории Швеции выпал черный снег. Скорее всего, это впитанная из атмосферы копоть и промышленные загрязнения. В 1955 году около Даны, штат Калифорния, выпал фосфоресцирующий зеленый снег, унесший несколько жизней и причинивший тяжкий вред здоровью жителям, рискнувшим попробовать его на язык. Возникали разные версии этого феномена, даже атомные испытания в штате Невада. Однако, все они были отвергнуты и происхождение зеленого снега осталось тайной.

Свежему снегу в морозный день всегда сопутствует веселый хруст под ногами. Это не что иное, как звук ломающихся кристаллов. А еще снежинки очищают воздух от пыли и гари, поэтому легко дышится во время снегопада.

Снег - настоящее чудо природы, о котором мы так мало знаем. Знаете ли вы, что зимой с неба падают снежинки-звездочки, снежинки-пластинки и снежинки-столбики? Или что внутри снежинки всегда находится маленькая частичка - кристаллик соли, бактерия, пыльца или песчинка?

Фотограф-натуралист Марк Кассино и специалист по кристаллам Джон Нельсон посвятили свою книгу «Снег» удивительному чуду природы.

В книге собраны невероятно красивые фотографии снежинок, сделанные под микроскопом и увеличенные в сотни раз. Вы узнаете, как, где и когда образуются снежинки, почему у них всегда 6 лучей, отчего зависит форма кристаллов, почему нельзя найти две одинаковые снежинки и многое другое. Книга понравится всей семье - малышам, школьникам и даже взрослым.

А теперь несколько занимательных фактов и великолепных фотографий из книги.

Где живут снежинки?

Жизнь снежинки начинается высоко в небе, в холодном-прехолодном облаке. Облака состоят из воздуха и воды. Но есть в них и частицы других веществ: соли, песка, пепла. Внутри облака могут оказаться даже живые бактерии, которые попали в небо на подхваченных ветром листьях деревьев. Такая частичка и нужна снежинке, чтобы начать расти. Частичка такая крошечная, что невооружённым глазом её и не разглядеть.

От чего зависит форма снежинки

Когда снежинка становится больше и тяжелее, она начинает медленно падать. В это время снежинка продолжает расти и наконец приобретает свою окончательную форму. Иногда лучи с одной стороны снежинки растут быстрее, чем с другой: всё оттого, что на пути встречаются участки облака, которые имеют разную температуру и влажность.


Снежинки-звездочки

Некоторые снежинки похожи на звёздочки: от центральной льдинки, образовавшейся вокруг частички, расходятся шесть лучей. Лучи кажутся одинаковыми, но редко бывают точной копией друг друга. Снежинки-звёздочки называются дендритами (от греч. dendron - дерево). Они появляются в облаках, в которых много воды, а температура держится около 15 градусов ниже нуля.


Снежинки-пластинки

Простейшая форма ледяного кристалла - шестиугольная пластинка. Снежинки-пластинки образуются в менее влажных облаках, температура которых на пару градусов отличается от той, что нужна для образования снежинок-звёздочек. Снежинки-пластинки - это снежинки без лучиков. Самые простые пластинки похожи на шестиугольники с ровными сторонами. Но более интересно смотрятся снежинки, у которых на углах есть зубцы.


Снежинки-столбики

Снежинки-столбики формой напоминают карандаш. Они совсем не похожи на снежинки-звёздочки и снежинки-пластинки. Эти крошечные ледяные кристаллы более ровные и твёрдые, поэтому снег, состоящий из снежинок-столбиков, довольно скользкий. Такие снежинки образуются высоко в небе при очень низкой температуре.


Волшебное число 6

Каждая снежинка имеет шесть лучей или шесть граней. Всё из-за того, что при низкой температуре молекулы воды объединяются в группы по шесть, образуя правильные шестиугольники. Вот почему снежинки всегда имеют шестиугольную (плоскую) или шестигранную (объёмную) форму.


Раз снежинка, два снежинка…

Очень часто снежинки слипаются в полёте, образуя снежные хлопья. Иногда сцепляется несколько сотен и даже тысяч снежинок! Хлопья снега, которые мы видим во время снегопада, зачастую состоят из таких слипшихся ледяных кристаллов. Отдельные кристаллы - снежинки - увидеть гораздо сложнее, ведь они очень маленькие.

По материалам книги «Снег. Зимнее чудо» .

P.S. Подписывайтесь на нашу рассылку: советы, лайфхаки, любопытные факты. Раз в 2 недели присылаем подборку лучших статей из нашего блога.