น้ำคือของเหลวแห่งชีวิต
เราดื่มมัน
เราอาบมัน
เราใช้มันทำการเกษตร
เราหุงต้ม
เราทำความสะอาดโดยใช้มัน
มันคือโมเลกุลที่พบได้มากที่สุดในร่างกายคนเรา
อันที่จริง ทุกชีวิตที่เรารู้
จะตายถ้าขาดมัน
แต่ที่สำคัญ ถ้าขาดน้ำแล้ว
เราจะไม่มี
ชาเย็น
อืมมมม ชาเย็น
ทำไมก้อนน้ำแข็งจึงลอยได้
ถ้ามีอาร์กอนที่เป็นก้อนแข็ง
ในแก้วที่บรรจุอาร์กอนเหลว
พวกมันจะจมลง
และมันจะเป็นเช่นนี้กับสสารอื่นๆ เป็นส่วนใหญ่
แต่ น้ำที่เป็นของแข็ง หรือที่รู้จักกันว่า นำ้แข็ง
มันกลับมีความหนาแน่นน้อยกว่าน้ำที่เป็นของเหลว
มันเป็นเช่นนั้นได้อย่างไร
คุณรู้แล้วว่า คือทุกโมเลกุลของน้ำ
ประกอบขึ้นจากไฮโดรเจนสองอะตอม
ที่เกิดพันธะกับออกซิเจนหนึ่งอะตอม
ลองดูโมเลกุลจำนวนหนึ่ง
ในหยดน้ำ
และสมมติว่าอุณหภูมิคือ 25 องศาเซลเซียส
โมเลกุลงอ
ยืดตัว
หมุน
และเคลื่อนที่ผ่านช่องว่าง
ตอนนี้ ลองลดอุณหภูมิลง
ซึ่งจะลดพลังงานจลน์จำนวนหนึ่ง
ที่แต่ละโมเลกุลมีอยู่
ฉะนั้นพวกมันจะงอ ยืดตัว หมุน และเคลื่อนที่ช้าลง
และโดยเฉลี่ยแล้ว
มันจะใช้พื้นที่ลดลง
ตอนนี้ คุณอาจคิดว่า ในขณะที่น้ำที่เป็นของเหลว
เริ่มกำลังจะแข็งตัว
โมเลกุลจะรวมตัวเข้าด้วยกัน
ใกล้ชิดมากขึ้นๆ
แต่นั่นไม่ใช่สิ่งที่เกิดขึ้น
น้ำมีลักษณะพิเศษ
ของการมีปฏิสัมพันธ์ระหว่างโมเลกุล
ที่สสารประเภทอื่นไม่มี
และมันถูกเรียกว่า พันธะไฮโดรเจน
จำไว้ว่า ในพันธะโควาเลนท์
อิเล็คตรอนที่แยกสองตัวถูกใช้ร่วมกัน
โดยปกติแล้วอย่างไม่เท่าเทียมกัน
ระหว่างอะตอม
ในพันธะไฮโดรเจน
อะตอมไฮโดรเจนแต่ละตัวถูกใช้ร่วมกัน อย่างไม่เท่าเทียมกัน
ระหว่างอะตอม
พันธะไฮโดรเจนหนึ่งตำแหน่งมีหน้าตาดังนี้
สองพันธะจะเป็นแบบนี้
ทีนี้สาม
และสี่
และห้า
หก
เจ็ด
แปด
เก้า
สิบ
สิบเอ็ด
สิบสอง
และนับต่อไปได้เรื่อยๆ
ในน้ำหนึ่งหยด
พันธะไฮโดรเจนสร้างรูปแบบเครือข่ายขยายออกไป
ระหว่างหลายร้อย หลายพัน หลายล้าน
หลายพันล้าน หลายล้านล้าน โมเลกุล
พันธะเหล่านี้จะแยกตัวแล้วรวมตัวกันใหม่เสมอๆ
ตอนนี้ กลับไปที่น้ำที่เร่ิมเย็นตัวลงของเรา
ตรงเหนือ 4 องศาเซลเซียส
พลังงานจลน์ของโมเลกุลน้ำ
มีปฏิสัมพันธ์สั้นๆ ระหว่างกัน
พันธะไฮโดรเจนเกิดขึ้นและแยกออก
เหมือนความสัมพันธ์กับแฟนสมัยมัธยมปลาย
อย่างที่บอก มันเร็วมาก
แต่ใต้ 4 องศาเซลเซียส
พลังงานจลน์ของโมเลกุลของน้ำ
เริ่มที่จะลดลงจนต่ำกว่า
พลังงานของพันธะไฮโดรเจน
ดังนั้น พันธะไฮโดรเจนเกิดขึ้นถึ่กว่าเดิม
แล้วก็แยกกัน
และโครงสร้างที่งดงามก็เร่ิมจะปรากฏ
จากความวุ่นวาย
นี่คือสภาพของน้ำที่เป็นของแข็ง หรือน้ำแข็ง
เมื่อดูในระดับโมเลกุล
สังเกตการจัดระเบียบ โครงสร้างรูปหกเหลี่ยม
มีความหนาแน่นน้อยกว่าโครงสร้างที่ไร้ระเบียบ
ของนำ้ที่เป็นของเหลว
และคุณก็รู้ว่าถ้าวัตถุมีความหนาแน่นน้อยกว่า
ของเหลวที่มันอยู่
มันจะลอยได้
ฉะนั้น นำ้แข็งลอยบนน้ำ
แล้วอย่างไรกันล่ะ
ลองคิดดูถึงโลกที่ไม่มีก้อนนำ้แข็งลอยได้
ที่หนาวเย็นที่สุดในทะเล
คงจะมีก้นทะเลสีดำสนิท
เมื่อมันจับตัวแข็ง ก็จะแข็งตลอดไป
ลืมเรื่องโรลกุ้งมังกรไปได้เลย
เพราะว่าสัตว์ประเภทกุ้งปูจะสูญเสียที่อยู่อาศัย
ซูชิก็คงไม่ต้องพูดถึง เพราะว่าป่าเคลป์ก็โตไม่ได้
แล้วเด็กชาวแคนนาดาจะทำอะไรในฤดูหนาว
ถ้าไม่ได้เล่นฮอกกี้หรือตกปลาในทะเลสาบแข็ง
ลืมรางวัลออสก้าของ เจมส์ คาร์เมรอน ไปได้เลย
เพราะไททานิคก็คงจะรอดจากก้อนน้ำแข็ง
บอกลาหิมะขาวที่ปกคลุมขั้วโลกเหนือ
ที่สะท้อนแสงแดด
ที่อาจหลอมละลายโลกเราแทน
อันที่จริง ลืมเรื่องมหาสมุทรที่เคยเรียนมาได้เลย
ซึ่งมันปกคลุมพื้นผิวโลกมากกว่า 70%
ช่วยควบคุมชั้นบรรยากาศของทั้งโลก
แต่ที่เลวร้ายที่สุด
มันจะไม่น้ำเย็นอีกต่อไป
อืมมมมม ชาเย็น