冬天的雪花是六角形，簡單來說是由水（H2O）的化學和物理性質決定的。

液態水水和水蒸氣冷卻至0℃以下即可結晶形成六方晶系的晶體。日常生活中見到的冰、霜、雪等都屬于這種結構。六方晶系有三個交叉的輔晶軸處在同一個平面，一個主晶軸垂直于此平面。雪花由水蒸氣凝華而來，形成結晶時，由于飽和水蒸氣壓的影響，晶體主要沿著三個輔晶軸成長，而主晶軸相對較短，這就形成了我們看到的六角形的雪花結構。

• 圖解析:六方晶系結構圖，a1,a2,a3三個輔晶軸，c為主晶軸。

水的六方晶系成因

水的晶體結構中，每一個水分子的周圍都有呈四面體狀的四個水分子配位（這里容易產生一個誤區，雪花呈六角形，不是六個水分子連在一起往外生長）。如下圖所示，他們彼此之間靠氫鍵連接。

為什么是5個水分子相連，不是6個或其他數字呢？這要從氧原子的電子構型說起。氧原子有8個電子，其中2個分布在最內層的1s軌道（這兩個電子非常穩定，不摻和氧原子的活動），外層軌道有6個電子。在形成水分子時，2個有空軌道的p軌道電子與氫的電子形成化學鍵。剩余4個電子，形成兩對孤對電子。在固體水晶體結構或液態水中，水分子之間主要靠氫鍵連接，水分子的兩個氫分別與其他2個水分子中氧的孤對電子形成氫鍵，而自己帶的兩個孤對電子又能吸引2個水分子的氫過來形成氫鍵。如此以來就有5個水分子形成了四面體型。

氧原子的電子分部圖

水分子的電子分布圖

那么問題來了，既然水分子以四面體型連接，冰、雪、霜中怎么又成了六方晶系？

這就要用到晶體學的知識。構成晶體最基本的組成單元成為晶胞。從冰的晶胞來看，水在結晶的過程中，四面體的堆砌，六方晶系的間隙較小，氫原子分布最為合理，如下圖所示。

石英，祖母綠，碘化銀，鎂單質，硫化銅等晶體的結構屬于六方晶系。自然界中很多礦物質都是這種晶系。

雪花的形狀

雪的基本形狀是六角形，大陸西漢時期韓嬰在《韓詩外傳》中寫到:“凡草木花多五出，雪花多六出”。雪花基本形狀雖為六角形，但具體的形態卻千差萬別，主要由高空中雪花形成時氣溫的高低，水蒸氣的濃度等因素決定。

雪花最初形成冰晶的時呈六棱柱形晶體，也就是六方晶系。冰晶開始成長時，消耗附近的水蒸氣，周圍的水蒸氣過來補充時，當然首先接觸到冰晶的六個角，然后沿著各尖角快速生長。其實在晶體結構中，雪花的每一個部分都可以作為新的晶核，所以除了主干上不斷生長的冰晶外，又產生了很多分枝，這些分枝同樣受水蒸氣濃度的大小和氣溫的高低，而形成了不同的形狀。這樣，雪花的結構復雜性大大增加。有人統計雪花的形狀有六千多種，也有人統計有兩萬多種。總之，細微結構有區別的雪花很多很多就是了。

也有英國學者把雪花形狀歸納為35類，又細分為121類。如下圖所示。

雖然知道雪花形狀形成的原理和影響因素，但根據天氣環境準確預測雪花的形狀，科學家目前是做不到的。

除了傳統的雪花，在夏天，大氣上下層溫差大，氣流活躍，有時會形成冰雹。初冬時節，同樣原因形成的小冰粒，我們的方言叫“半不拉子”，算不算是另類的“雪”呢？

綜上所述，雪花的六角形基本形狀內在因素是水的化學和物理性質；外在因素是大氣溫度和水蒸氣的濃度。