雪花為什麼大多是六瓣？

雪花其實是冰，是水的一種存在形式，即以晶體的形式存在。晶體是微觀的物質單位（原子、分子、離子等）按一定規則有序排列的宏觀結構表現形式。而晶體都是有規則幾何外形的。

要理解雪花為什麼大多是六瓣，需要對雪花的形成過程有個瞭解。雪花是大氣中的水蒸氣遇冷結晶而成的晶體。結晶有兩個必要條件：一是要有晶核；二是要有過冷度。水蒸氣結晶成雪花的晶核除了少量濃度起伏、結構起伏自發形核以外，更多的是空氣中的懸浮物，如PM2.5，PM10等。所以污染大的天氣相比清潔的天氣更容易下雪。雪花中包含大量雜質，並不幹凈，不宜食用。過冷度是由於降溫速度過快，導致實際結晶溫度與理論結晶溫度之間的差值。一般條件下，水的理論結晶點是零度，所以氣溫緩慢到達零度以下很少下雪，而氣溫驟降到零度以下很容易下雪。

雪花晶體大多是六瓣，主要是因為雪花晶體主要是六角形狀，包括片狀六邊形和六稜柱。它們通常會在零下5攝氏度到零下20攝氏度之間形成。

要理解雪花為什麼是六瓣，還需要對水的微觀結構有個瞭解。液態的水分子是由共價鍵將氫原子和氧原子結合在一起，水分子與水分子之間作用力很弱。當液態水在過冷度的作用下，冷卻到凝固點以下，水分子的熱能降低，活性下降。於是低活性的水分子要麼相互碰撞後「粘」在一起形成由氫鍵結合的自發晶核，要麼碰撞到懸浮雜質形成外來晶核，結晶過程中慢慢形成中間態的微小冰晶。

冰晶長大過程中，遵從吉布斯自由能最低的原則，結晶形成六方晶系。當後續更多的低活性水分子與微小冰晶在吉布斯自由能最低原則的影響下沿著六角形相隔60°的六個晶軸方向逐步長大，形成最後的六角形的雪花。

這樣，最終形成的雪花就是六瓣的。

雪花不僅僅是片狀六角形，還有柱狀和針狀，高原地帶的暴風雪主要由柱狀和針狀冰晶組成。

我們首先了解一下水分子的結構：

水分子由一個氧原子和二個氫原子構成，氧原子與氫原子間共價鍵為SP3雜化，與金剛石結構類似，但由於受到氧原子孤對電子的影響，二個氫原子與氧原子組成的夾角不是正四面體的109度28分而被壓縮為104度28分。

在液態水分子中，分子間存在氫鍵，一般氫鍵有二種狀態：如下第一圖左邊狀態，一個水分子與相鄰一個或二個水分子形成一個平面的氫鍵，這種狀態的氫鍵在水結冰的過程會形成片狀六邊形晶胚如第一圖右圖，在生長過程中會形成我們常見的六邊形雪花，雲層中形成的雪花大多是這種狀態。

而另一種氫鍵則是第二圖中正四面體狀態，每一個氫原子與其它四個水分子形成氫鍵，形成的晶胚為柱狀，這樣形成的冰晶也是金剛石的四面體結果，普通狀態下的冰也是這個結構，為什麼我們稱冰為「堅冰」？因為它和金剛石是同樣的晶體結構啊！。

根據中國數字科技館的解釋，雪花的形狀，涉及到水在大氣中的結晶過程。大氣中的水分子在冷卻到冰點以下時，就開始凝華，而形成水的晶體，即冰晶。冰晶和其他一切晶體一樣，其最基本的性質就是具有自己的規則的幾何外形。冰晶屬六方晶系，六方晶系具有四個結晶軸，其中三個輔軸在一個平面上，互相以六十度角相交;另一主軸與這三個輔軸組成的平面垂直。六方晶系的最典型形狀是六稜柱體。但是，當結晶過程中主軸方向晶體發育很慢，而輔軸方向發育較快時，晶體就呈現出六邊形片狀。

大氣中的水汽在結晶過程中，往往是晶體在主晶軸方向生長速度慢，而三個輔軸方向則快得多，冰晶多為六邊片狀。當大氣中的水汽十分豐富的時候，周圍的水分子不斷地向最初形成的晶片上結合，其中，雪片的六個頂角首當其衝，這樣，頂角上會出現一些突出物和枝杈。這些枝叉增長到一定程度，又會分叉。次級分又與母枝均保持六十度的角度.這樣，就形成了一朵六角星形的雪花。每片雪花在整體上雖然都是六角星形的，但在細微形態上卻有很多差別。有人專門收集過不同形狀的雪花，竟發現有六千多種不同的細微形態的雪花。

雪花從空中飄落時，為什麼能保持六角形的形態呢?科學家們發現，雪花在空中飄浮時，本身還會振動，而這種振動是環繞對稱點進行的，而這個對稱點正是最初形成的冰晶，這就是保持雪花形態在飄落過程中不發生變化的原因。

不過，在極地，有時由於大氣中的水汽不足，濕度極低，水汽結晶過程十分充裕，冰晶最終能形成六稜柱狀的標準形態。因此，在極地區，有時就能看到降下來的雪不是片狀的雪花，而是一些六稜柱形的雪晶。