น้ำ
น้ำ เป็นสารประกอบเคมีชนิดหนึ่ง มีสูตรเคมีคือ H2O โมเลกุลของน้ำประกอบด้วยออกซิเจน 1 อะตอมและไฮโดรเจน 2 อะตอมเชื่อมติดกันด้วยพันธะโควาเลนต์ น้ำเป็นของเหลวที่อุณหภูมิและความดันมาตรฐาน แต่พบบนโลกที่สถานะของแข็ง (น้ำแข็ง) และสถานะแก๊ส (ไอน้ำ) น้ำยังมีในสถานะของผลึกของเหลวที่บริเวณพื้นผิวที่ขอบน้ำ น้ำปกคลุม 71% บนพื้นผิวโลก[3] และเป็นปัจจัยสำคัญต่อชีวิต[4] น้ำบนโลก 96.5% พบในมหาสมุทร 1.7% ในน้ำใต้ดิน 1.7% ในธารน้ำแข็งและชั้นน้ำแข็งของทวีปแอนตาร์กติกาและเกาะกรีนแลนด์ ซึ่งเป็นเศษส่วนเล็กน้อยบนผิวน้ำขนาดใหญ่ และ 0.001% พบในอากาศเป็นไอน้ำ ก้อนเมฆ (ก่อตัวขึ้นจากอนุภาคน้ำในสถานะของแข็งและของเหลวแขวนลอยอยู่บนอากาศ) และหยาดน้ำฟ้า[5][6] น้ำบนโลกเพียง 2.5% เป็นน้ำจืด และ 98.8% ของน้ำจำนวนนั้นพบในน้ำแข็งและน้ำใต้ดิน น้ำจืดน้อยกว่า 0.3% พบในแม่น้ำ ทะเลสาบ และชั้นบรรยากาศ และน้ำจืดบนโลกในปริมาณที่เล็กลงไปอีก (0.003%) พบในร่างกายของสิ่งมีชีวิตและผลิตภัณฑ์ น้ำบนโลกเคลื่อนที่ต่อเนื่องตามวัฏจักรของการระเหยเป็นไอและการคายน้ำ (การคายระเหย) การควบแน่น การตกตะกอน และการไหลผ่าน โดยปกติจะไปถึงทะเล การระเหยและการคายน้ำนำมาซึ่งการตกตะกอนลงสู่พื้นดิน น้ำดื่มสะอาดเป็นสิ่งจำเป็นสำหรับมนุษย์และสิ่งมีชีวิตอื่นๆ แม้ว่าน้ำจะไม่มีแคลอรีหรือสารอาหารที่เป็นสารประกอบอินทรีย์ใดๆ การเข้าถึงน้ำดื่มสะอาดได้เปลี่ยนแปลงไปในช่วงหลายศตวรรษที่ผ่านมาในเกือบทุกส่วนของโลก แต่ประชากรประมาณ 1 พันล้านคนยังคงขาดแคลนน้ำดื่มสะอาดและกว่า 2.5 พันล้านคนขาดแคลนสุขอนามัยที่เพียงพอ[7] มีความเกี่ยวพันกันเรื่องน้ำสะอาดและค่า GDP ต่อคน[8] อย่างไรก็ดี นักสังเกตบางคนประมาณไว้ว่าภายในปี ค.ศ. 2025 ประชากรโลกมากกว่าครึ่งหนึ่งจะประสบปัญหาความเสี่ยงที่เกี่ยวกับน้ำ[9] รายงานล่าสุดเมื่อเดือนพฤศจิกายน ค.ศ. 2009 รายงานว่า ภายในปี ค.ศ. 2030 ในพื้นที่ประเทศที่กำลังพัฒนาจะมีความต้องการน้ำจะเพิ่มขึ้นเกิดปริมาณน้ำที่มีกว่า 50%[10] น้ำมีบทบาทสำคัญในเศรษฐกิจโลก เนื่องจากน้ำเป็นตัวทำละลายของสารเคมีหลากหลายชนิดและอำนวยความสะดวกในเรื่องการให้ความเย็นในภาคอุตสาหกรรมและการคมนาคม น้ำจืดประมาณ 70% มนุษย์ใช้ไปกับเกษตรกรรม คุณสมบัติทางเคมีและฟิสิกส์ น้ำเป็นสารเคมีชนิดหนึ่งที่เขียนสูตรเคมีได้ว่า H2O: น้ำ 1 โมเลกุลประกอบด้วยไฮโดรเจน 2 อะตอม สร้างพันธะโควาเลนต์รอบออกซิเจน 1 อะตอม ในธรรมชาติ น้ำปรากฏในทุกสถานะของสสาร (ของแข็ง ของเหลว และแก๊ส) และอาจพบในรูปร่างที่แตกต่างกันมากมายบนโลก นั่นคือไอน้ำและก้อนเมฆบนท้องฟ้า น้ำทะเลในมหาสมุทร ภูเขาน้ำแข็งในแหล่งน้ำขั้วโลก ธารน้ำแข็งและแม่น้ำในภูเขา และของเหลวในชั้นหินอุ้มน้ำของพื้นดิน คุณสมบัติหลักทางเคมีและฟิสิกส์ของน้ำ ได้แก่ น้ำเป็นของเหลวที่อุณหภูมิและความดันมาตรฐาน ไม่มีรสชาติและไม่มีกลิ่น โดยเนื้อแท้แล้ว สีของน้ำและน้ำแข็งเป็นโทนสีฟ้าอ่อน แม้ว่าจะปรากฏเป็นไม่มีสีหากมีปริมาณเล็กน้อย ส่วนไอน้ำโดยปกติจะเป็นแก๊สซึ่งมองไม่เห็น[12] หากมองจากสเปกตรัมแม่เหล็กไฟฟ้า น้ำเป็นของเหลวโปร่งใส ดังนั้น ดังนั้นพืชน้ำจึงสามารถอยู่ในน้ำได้เพราะมีแสงอาทิตย์ส่องอย่างทั่วถึง มีพันธะไฮโดรเจนดูดกลืนแสงอินฟราเรดอย่างแข็งแรง เนื่องจากโมเลกุลของน้ำไม่เป็นเส้นตรงและอะตอมออกซิเจนมีอิเล็กโทรเนกาติวิตีสูงกว่าไฮโดรเจน มันจึงเก็บประจุไฟฟ้าลบไว้ ขณะที่อะตอมไฮโดรเจนค่อนข้างเป็นบวก ผลคือ น้ำเป็นโมเลกุลมีขั้วที่เป็นโมเมนต์ไฟฟ้าขั้วคู่ น้ำสามารถก่อรูปร่างเป็นพันธะไฮโดรเจนจำนวนมากระหว่างโมเลกุลในน้ำปริมาณหนึ่งๆ ปัจจัยเหล่านี้ก่อให้เกิดแรงดึงดูดระหว่างโมเลกุลของน้ำและทำให้น้ำมีแรงตึงผิว[13]และแรงยกตัวสูง แรงยกตัวหมายถึงแนวโน้มของน้ำที่จะเคลื่อนที่ขึ้นตามท่อแคบๆ ต้านแรงโน้มถ่วง คุณสมบัตินี้พบได้ในพืชมีท่อลำเลียงทุกชนิด เช่น ไม้ยืนต้นต่างๆ[14] น้ำเป็นตัวทำละลายมีขั้วที่ดีและมักถูกเรียกว่าเป็นตัวทำละลายสากล สสารที่ละลายในน้ำได้ เช่น เกลือ น้ำตาล กรด อัลคาไล และแก๊สบางชนิด โดยเฉพาะออกซิเจน คาร์บอนไดออกไซด์ (คาร์บอเนชัน) เป็นที่รู้จักกันว่าสสาร ไฮโดรฟิลิก (ชอบน้ำ) ขณะที่สสารที่ไม่รวมตัวกับน้ำ (เช่น ไขมันและน้ำมัน) เป็นที่รู้จักกันว่าสสาร ไฮโดรโฟเบีย (ไม่ชอบน้ำ) ส่วนประกอบหลักส่วนใหญ่ในเซลล์ (โปรตีน ดีเอ็นเอ และพอลิแซ็กคาไรด์) สามารถละลายได้ในน้ำ น้ำบริสุทธิ์มีสภาพนำไฟฟ้าต่ำ แต่จะเพิ่มได้ด้วยการแยกตัวของสารประกอบไอโอนิกปริมาณเล็กๆ เช่น โซเดียมคลอไรด์ จุดเดือดของน้ำ (และของเหลวอื่น ๆ) ขึ้นอยู่กับความกดดันของบรรยากาศ ตัวอย่างเช่น บนยอดเขาเอเวอเรสต์ น้ำจะเดือดที่อุณหภูมิ 68 องศาเซลเซียส เปรียบเทียบกับ 100 องศาเซลเซียสที่ระดับน้ำทะเล ในทางกลับกัน น้ำที่ลึกลงไปในมหาสมุทรใกล้กับปล่องไฮโดรเทอร์มอล มีอุณหภูมิได้ถึงหลายร้อยองศาเซลเซียสและยังคงสถานะเป็นของเหลวอยู่ ที่พลังงาน 4181.3 จูลต่อกิโลกรัมเคลวิน น้ำมีค่าความจุความร้อนจำเพาะสูง รวมถึงความร้อนในการระเหยเป็นไอสูง (40.65 กิโลจูลต่อโมล) เป็นผลจากส่วนขยายของการจับพันธะไฮโดรเจนระหว่างโมเลกุล คุณสมบัติสองประการนี้ทำให้น้ำรักษาสมดุลสภาพอากาศของโลกได้โดยการปรับสมดุลความผันแปรของอุณหภูมิ ภาวะที่น้ำมีความหนาแน่นสูงที่สุดคือที่อุณหภูมิ 3.98 องศาเซลเซียส (39.16 องศาฟาเรนไฮต์)[15] มีคุณสมบัติที่ความหนาแน่นลดลงไม่ใช่เพิ่มขึ้นของน้ำเมื่อน้ำได้รับความเย็นจนเปลี่ยนเป็นสถานะของแข็ง ในระหว่างที่น้ำกำลังเป็นน้ำแข็ 
"โครงสร้างเปิด"
ของน้ำแข็งจะค่อยๆ แตกและโมเลกุลจะแทรกตัวเข้าไปตามโพรงในโครงสร้างคล้ายน้ำแข็งที่น้ำอุณหภูมิต่ำ มีผลกระทบที่แข่งกัน 2 ประการคือ 1. เพิ่มปริมาตรของของเหลวปกติ และ 2. ลดปริมาตรโดยรวมของของเหลว ที่อุณหภูมิระหว่าง 0 ถึง 3.98 องศาเซลเซียส ผลกระทบประการที่สองจะล้มล้างผลกระทบประการแรก ดังนั้นผลกระทบสุทธิคือการลดปริมาตรลงด้วยอุณหภูมิที่เพิ่มขึ้น[16] มันจะขยายเพื่อให้มีปริมาตรเพิ่มขึ้น 9% ในสถานะของแข็ง ซึ่งเป็นสาเหตุของข้อเท็จจริงที่น้ำแข็งลอยน้ำได้ อย่างเช่น ภูเขาน้ำแข็ง ค่าความหนาแน่นของน้ำคือ 1,000 กิโลกรัมต่อลูกบาศก์เมตร เป็นของเหลว (ที่อุณหภูมิ 4 องศาเซลเซียส น้ำแข็งมีความหนาแน่น 917 กิโลกรัมต่อลูกบาศก์เมตร)[17] น้ำสามารถรวมตัวกับของเหลวได้หลายชนิด เช่น เอทานอล ซึ่งก่อตัวเป็นของเหลวเนื้อเดียวกันในทุกอัตราส่วน ในอีกประการหนึ่ง น้ำกับน้ำมันส่วนใหญ่จะไม่รวมตัวกัน ปกติจะก่อตัวเป็นชั้นตามความหนาแน่นที่เพิ่มขึ้นจากข้างบนสุด ในสถานะแก๊ส ไอน้ำรวมตัวกับอากาศได้อย่างสมบูรณ์ น้ำก่ออะซีโอโทรปกับตัวทำละลายอื่นๆ หลายชนิด น้ำสามารถถูกแยกสลายด้วยไฟฟ้าเป็นไฮโดรเจนและออกซิเจนได้ ในฐานะที่เป็นออกไซด์ของไฮโดรเจน น้ำถูกก่อตัวขึ้นเมื่อไฮโดรเจนหรือสารประกอบไฮโดรเจนเผาไหม้หรือทำปฏิกิริยากับออกซิเจนหรือสารประกอบออกซิเจน น้ำไม่ใช่เชื้อเพลิง น้ำเป็นผลผลิตสุดท้ายในกระบวนการเผาไหม้ของไฮโดรเจน พลังงานที่ต้องการในการแยกสลายน้ำออกเป็นไฮโดรเจนและออกซิเจนด้วยไฟฟ้าหรือวิธีอื่น มีมากกว่าพลังงานที่เก็บสะสมได้เมื่อไฮโดรเจนกลับมารวมกับออกซิเจนอีกครั้งเสียอีก[18] ธาตุที่เป็นประจุบวกมากกว่าไฮโดรเจน เช่น ลิเธียม โซเดียม แคลเซียม โพแทสเซียม และซีเซียม จะปลดไฮโดรเจนออกจากน้ำ เกิดเป็นไฮดรอกไซด์ เนื่องจากเป็นแก๊สไวไฟ ไฮโดรเจนที่ออกไปจะเป็นอันตรายและปฏิกิริยาของน้ำกับธาตุดังกล่าวนี้อาจทำให้เกิดระเบิดรุนแรง 
ไม่มีความคิดเห็น:
แสดงความคิดเห็น