Warum haben alle Schneeflocken eine sechseckige Struktur?

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Schneekristalle - wie sie entstehen

Aus feuchter Luft entsteht bei tiefer Temperatur direkt Eis. Dieser Vorgang nennt sich Deposition, der Wasserdampf deponiert zu Eis. Eiskristalle wachsen als Prismen, Sterne, Stäbchen, Plättchen oder Säulen immer aus einer sechseckigen Grundform heraus. Diese Form entsteht aus der Anordnung der Moleküle, wenn sie einen festen Zustand erreichen und Eis bilden. Die Eiskristalle verändern sich ständig, von ihrer Bildung in der Atmosphäre bis zum Schmelzen. Während dem Fallen wachsen sie auf Kosten des sie umgebenden Wasserdampfes. Während diesem Vorgang entsteht Kristallisationswärme, die wieder abgegeben werden muss, damit der Eiskristall weiter wachsen kann.

Bei kalter Witterung bleibt während dem Fallen genug Zeit. Der Eiskristall wächst rundum regelmässig mit hexagonaler Symmetrie. Die Wärme kann am besten an den Ecken des Hexagons abgeführt werden, deshalb wächst dort der Eiskristall am schnellsten. An den Ecken bilden sich speerförmige Spitzen, die sich in die Länge ziehen. Je höher die Luftfeuchtigkeit, je näher die Temperatur bei null Grad, um so feiner, zarter und verästelter die einzelnen Schneesterne. Jeder Eiskristall legt seine eigene Reise durch verschiedene Luftschichten von unterschiedlicher Luftfeuchtigkeit und Temperatur. Aufwinde können seine Reise verlängern. So entstehen unendlich viele Variationen, da jeder Schneestern anderen Bedingungen und Prozessen unterworfen ist.



Bei Temperaturen von null Grad verhaken sich die Schneekristalle und bilden gemeinsam einzelne Schneeflocken. Die sternförmigen Schneekristalle verzahnen sich besonders gut, wegen ihren Zacken, aber auch die Plättchen, Prismen, Stäbchen, Nadeln und Säulchen bilden Schneeflocken, je nach Geometrie besser oder weniger gut.

http://www.kl.unibe.ch/kl/ipsla /2000_01/s4/WETTER%203/LAWINEN/ SCHNEEFLOCKE.HTM

m ersten Jahrtausend vor Christus haben Gelehrte in China bereits beobachtet, dass Schneekristalle immer eine sechszählige Geometrie haben. Deshalb wurde in der chinesischen Alchemie das Wasser mit der Zahl sechs verbunden.

Doch im Westen setzte sich diese Erkenntnis erst im 17. Jahrhundert durch. Der Astronom Johannes Kepler (1571-1630) verfasste das Werk „De nive sexangula“ (Vom sechseckigen Schnee). Darin spekulierte er über den Grund für die Regelmäßigkeit der Schneeflocken. Die Schlüsse, zu denen er kam, waren aus heutiger Sicht falsch – doch stellte er die richtigen Fragen und versuchte als erster, eine wissenschaftliche Erklärung für das Phänomen zu finden.

Zeichnungen aus Robert Hookes „Micrographia“ von 1665 – die erste umfassende Veröffentlichung mit mikroskopischen Zeichnungen. © www.snowcrystals.net

1762 wies der Franzose M. Guettard nach, dass die Form der Schneeflocken von der Temperatur abhängt. Um 1930 lies der Japaner Ukichiro Nakaya unter kontrollierten Bedingungen Schneeflocken in einer Kühlkammer wachsen. Er bestätigte, dass der wesentliche Faktor für die Form des Schnees tatsächlich die Temperatur ist; einen weiteren Einfluss hat außerdem die Luftfeuchtigkeit.

Das letzte Geheimnis des Schnees

Warum Schneeflocken immer eine sechszählige Geometrie haben und warum sich die Arme immer im 60 Grad-Winkel verzweigen, ist geklärt. Doch noch immer unklar ist, warum sich alle sechs Arme einer Schneeflocke identisch entwickeln. Eine Theorie besagt, dass aufgrund der äußeren Bedingungen und der räumlichen Erfordernisse jeweils nur das Wachstum möglich sei, das tatsächlich an allen Armen auftritt. Ob das tatsächlich die Erklärung ist, muss sich noch zeigen. Eine weitere Theorie besagt laut dem britischen Physiker und Wissenschaftsjournalisten Philip Ball, dass das Gitter des Kristalls sehr schwache Schwingungen habe, die für dieses koordinierte Wachstum der an sich unabhängigen Arme verantwortlich seien.

http://www.wissen.swr.de/warum_ chemie/eisblumen/themenseiten/t 5/s4.html...Mehr anzeigen

Ein perfekter Eiskristall ist ein sechseckiges Prisma. Das ist die einfachste Form, die festes Wasser annehmen kann. Sie bildet sich aus, da die Wassermoleküle beim kristallisieren eine sechseckige Struktur annehmen. Jedes Wassermolekül hat zwei Wasserstoffatome, die leicht positiv geladen sind und ein Sauerstoffatom, das leicht negativ geladen ist. Dadurch lagern sich die Wasserstoffatome jeweils zu zweit an ein Sauerstoffatom an. Dabei ergibt sich die beschriebene Form.
Zwar gleicht keine Schneeflocke der anderen, aber alle haben eine sechszählige Geometrie. Schneeflocken mit vier oder acht Armen sind nicht möglich, sie alle basieren auf dem Sechseck, weil das die Struktur ist, in der Wasser kristallisiert.
Eine Schneeflocke entsteht unter besonderen Umständen: Meist sind die Temperaturen in den Wolken deutlich unter dem Gefrierpunkt, und das Wasser resublimiert, das heißt, es wechselt von der gasförmigen direkt in die feste Phase.

In der Wolke bilden sich an so genannten Kristallisationskernen wie Staubpartikeln winzige sechseckige Kristalle. Davon ausgehend wächst der jeweilige Kristall „dendritisch“. Das heißt, er bildet lange Arme aus. Der Begriff kommt vom griechischen dendron, was „Baum“ bedeutet. Dieses Wachstum tritt auf, weil die Kanten schneller wachsen als die Flächen. Die Ecken stehen hervor, daher lagern sich hier mehr Wassermoleküle an als an den Flächen.

Ein perfekter Eiskristall ist ein sechseckiges Prisma. Das ist die einfachste Form, die festes Wasser annehmen kann. Sie bildet sich aus, da die Wassermoleküle beim kristallisieren eine sechseckige Struktur annehmen. Jedes Wassermolekül hat zwei Wasserstoffatome, die leicht positiv geladen sind und ein Sauerstoffatom, das leicht negativ geladen ist. Dadurch lagern sich die Wasserstoffatome jeweils zu zweit an ein Sauerstoffatom an. Dabei ergibt sich die beschriebene Form.
Von dieser sechseckigen Grundform ausgehend wächst der Kristall im Idealfall symmetrisch weiter.
Die Eiskristalle, die wir als solche wahrnehmen, sehen jedoch ganz anders aus. Wer schon einmal eine Schneeflocke genau angesehen hat weiß, dass sie ein stark verzweigtes, kunstvolles Gebilde ist. Eine Schneeflocke wiegt zwar nur etwa ein Mikrogramm (10–6 g), besteht aber aus circa 100 Trillionen Wassermolekülen. Das ergibt so viele mögliche Kombinationen, dass es tatsächlich vermutlich keine zwei identischen Schneeflocken gibt.
Zwar gleicht keine Schneeflocke der anderen, aber alle haben eine sechszählige Geometrie. Schneeflocken mit vier oder acht Armen sind nicht möglich, sie alle basieren auf dem Sechseck, weil das die Struktur ist, in der Wasser kristallisiert.
Eine Schneeflocke entsteht unter besonderen Umständen: Meist sind die Temperaturen in den Wolken deutlich unter dem Gefrierpunkt, und das Wasser resublimiert, das heißt, es wechselt von der gasförmigen direkt in die feste Phase.
In der Wolke bilden sich an so genannten Kristallisationskernen wie Staubpartikeln winzige sechseckige Kristalle. Davon ausgehend wächst der jeweilige Kristall „dendritisch“. Das heißt, er bildet lange Arme aus. Der Begriff kommt vom griechischen dendron, was „Baum“ bedeutet. Dieses Wachstum tritt auf, weil die Kanten schneller wachsen als die Flächen. Die Ecken stehen hervor, daher lagern sich hier mehr Wassermoleküle an als an den Flächen.
Hinzu kommt, dass bei der Kristallisation etwas Wärme frei wird. Ein Kristall ist eine energetisch günstigere, also eine energieärmere Form als gasförmiges Wasser. Die Energie wird beim Kristallisieren abgegeben. An den Kanten des Kristalls kann die Wärme besser weitergeleitet werden als an den Flächen. Daher kühlen sie schneller wieder ab und können weitere Wassermoleküle anlagern.
So bilden sich immer längere Arme. Diese verzweigen sich ab einer gewissen Länge. Dabei ist der Winkel immer 60 Grad – der Winkel des Sechsecks....Mehr anzeigen

Es haben nicht alle Schneeflocken eine sechseckige
Struktur. Jede Flocke sieht anders aus....Mehr anzeigen

vielleicht, weil die stabiler ist? keine ahnung, ich weiß nur, dass es jede Schnee flocke nur 1 mal auf der welt gibt... :-)...Mehr anzeigen

Ja es liegt tatsächlich an der besonderen Strukur der Wassermoleküle, die stets in einem Winkel von 60° kristallisieren.
Leider muß ich da der ansonsten sehr detallierten Antwort mit den 120° widersprechen. Denn nur 60° mal 6 Ecken ergeben 360° und mehr geht ja nun mal nicht...
Es ist auch richtig, dass es nie 2 identische Flocken geben wird; ein guter Grund für eine weitere Clever-Frage!
Übrigens ist ein 6-Eck das stabilste mögliche symmetrische Gebilde. Siehe Bienenwaben etc.

LG Torsten...Mehr anzeigen