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之前有一种叫作“天气瓶”的小玩意儿在网络上流行起来。网上的介绍说，这种装在玻璃瓶里的透明溶液会随着天气的变化长出各种漂亮的结晶。那么，你知道同一个天气瓶里为何会长出不同的结晶吗？
天气瓶中的结晶体
天气瓶是什么？
自古以来，各个农耕文明都极其重视历法与气象观测。到了海洋文明时代，对气象预测的需求更加提升——如果在海上突然遇上一场风暴可不是闹着玩的。因此，在那个科技不发达的年代，人们开始积极地研究能够反映天气的设备，
大约在18世纪末期，一种叫作“风暴瓶”的天气预报器出现了，据说它可以灵敏地感应环境中光、热和气压这些参数的变化，一旦有了变天的先兆，瓶中的化学物质就会发生一系列变化，变得浑浊不清，长出形态各异的结晶来。现在所说的天气瓶就是由此而来。
天气瓶中的结晶体
同一瓶溶液为何会出现不同结晶形态？
在实验室玩过结晶的人都知道，长晶体可不是理论上说长什么样就会长成什么样的，很多细节因素都可能对结晶过程造成影响。
一般来说，分析晶体生长的情况，主要需要考虑溶质自身的特性、溶液体系、溶质浓度、温度以及温变速率这些参数，实验室里长晶体通常也都是从这些参数着手，添加不良溶剂、挥发、降温、控制晶核都是常见的方法；有时候，电场、磁场、加压等方式也能用于调整晶体生长。
具体到天气瓶来说，到底有哪些因素影响它的结晶呢？这个问题已经有研究论文给出了答案。日本科学家长岛和茂带领的研究团队曾专门进行实验，对天气瓶的结晶条件和结晶成分进行了验证。X射线衍射结果显示，天气瓶中美丽的结晶就是樟脑晶体，氯化铵与硝酸钾在这个体系中并不会发生结晶，但它们的存在可以提供晶核。实验还发现，环境电场、磁场、湿度、气压这些因素对瓶中晶体的生长都没有影响，造成影响的主要因素是环境温度以及温度变化的速率。
同一溶液，表现出不同的结晶体
在这个体系中，樟脑会在20~30℃区间内发生结晶，也就是说当温度从30℃开始下降时，就有可能出现结晶了。降温速率可以极大地影响结晶的形状，简单来说，如果降温速率很快，结晶体倾向于形成更多更长的分支，就像雪花一样；而降温很慢时，则倾向于针状晶体长出一些簇状分支，有些像鸡毛掸子。由于樟脑晶体与冰一样为六方晶系，因此当降温速率较大时，结晶也为六瓣，形状非常像雪花。
除了温变速率的影响之外，研究者还发现，结晶与初始状态有关，从30℃降温至20℃时，结晶逐步增加，但从10℃升温到20℃时，结晶没有明显减少，两种方式的终点虽然一致，都是20℃，但外观上却有着明显差异，这进一步说明，结晶的状态需要考虑结晶过程。
撰文／孙亚飞
本文节选自《知识就是力量》杂志