วิทยาศาสตร์ ดาราศาสตร์ ฟิสิกส์ เคมี ชีววิทยา
คุณสมบัติของน้ำทางเคมีและฟิสิกส์
น้ำเป็นสารเคมีชนิดหนึ่งที่เขียนสูตรเคมีได้ว่า H2O: น้ำ 1
โมเลกุลประกอบด้วยไฮโดรเจน 2 อะตอม สร้างพันธะโควาเลนต์รอบออกซิเจน 1 อะตอม
คุณสมบัติหลักทางเคมีและฟิสิกส์ของน้ำ ได้แก่
- น้ำเป็นของเหลวที่ไม่มีรส ไม่มีกลิ่น ที่อุณหภูมิและความดันปกติ
สีของน้ำตามธรรมชาติเป็นสีโทนน้ำเงินอ่อน ๆ แม้ว่าน้ำจะดูไม่มีสีเมื่อมีปริมาณน้อย
ๆ ก็ตาม น้ำแข็งก็ดูไม่มีสีเช่นกัน
และสำหรับน้ำในสถานะแก๊สนั้นโดยปกติเราจะมองไม่เห็นมันเลย
- น้ำเป็นของเหลวโปร่งใส
ดังนั้นพืชน้ำจึงสามารถอยู่ในน้ำได้เพราะมีแสงสว่างส่องมันอย่างทั่วถึง
จะมีเพียงแสงอุลตร้าไวโอเลตและอินฟราเรดเท่านั้นที่จะถูกน้ำดูดซับเอาไว้
- น้ำมีสถานะเป็นของเหลวในสภาวะปกติ
- น้ำเป็นโมเลกุลมีขั้ว เพราะว่าออกซิเจนมีค่าอิเล็กโทรเนกาติวิตี
(Electronegativity: EN) สูงกว่าไฮโดรเจน ออกซิเจนมีขั้วลบ
ในขณะที่ไฮโดรเจนมีขั้วบวก แสดงว่าน้ำเป็นโมเมนต์ขั้วคู่
ปฏิกิริยาระหว่างขั้วของแต่ละโมเลกุลเป็นเหตุให้เกิดแรงดึงดูดที่เชื่อมโยงกับมวลรวมของน้ำของความตึงผิว
- แรงยึดเหนี่ยวสำคัญอื่น ๆ
ที่ทำให้โมเลกุลของน้ำเสียบเข้าสู่อีกอันหนึ่งเรียกว่าพันธะไฮโดรเจน
- จุดเดือดของน้ำ (รวมถึงของเหลวอื่น ๆ) ขึ้นอยู่กับความกดดันของบรรยากาศ
ตัวอย่างเช่น บนยอดเขาเอเวอเรสต์ น้ำจะเดือดที่อุณหภูมิ 68 องศาเซลเซียส
เปรียบเทียบกับ 100 องศาเซลเซียสที่ระดับน้ำทะเล ในทางกลับกัน
เขตน้ำลึกในมหาสมุทรใกล้รอยแตกของเปลือกโลกเนื่องจากภูเขาไฟระเบิด
อุณหภูมิอาจขึ้นเป็นหลายร้อยองศาและยังคงสถานะเป็นของเหลวเหมือนเดิม
- น้ำจะไหลเข้าหาตัวมันเอง น้ำมีค่าความตึงผิวสูงซึ่งเกิดจากการประสานกันอย่างแข็งแรงระหว่างโมเลกุลของน้ำเพราะว่ามันมีขั้ว ความยืดหยุ่นที่เห็นได้ชัดเกิดจากค่าความตึงผิวคอยควบคุมให้คลื่นมีลักษณะเป็นพริ้ว
- น้ำมีขั้วแม่เหล็กจึงมีคุณสมบัติการยึดติดสูง
- การแทรกซึมของน้ำตามรูเล็กกล่าวถึงแนวโน้มของน้ำที่จะไหลอยู่ในหลอดเล็ก ๆ
ซึ่งต้านกับแรงโน้มถ่วง คุณสมบัตินี้ถูกพึ่งพาโดยพืชสีเขียวเช่นต้นไม้
- น้ำเป็นตัวทำละลายที่ดี เรียกได้ว่าน้ำเป็น ตัวทำละลายสากล
สามารถละลายสสารได้หลายชนิด สสารที่ละลายกับน้ำได้ดี เช่น เกลือ น้ำตาล กรด ด่าง
และแก๊สบางชนิด โดยเฉพาะออกซิเจน คาร์บอนไดออกไซด์ เรียกว่า ไฮโดรฟิลิก
หรือสสารที่ชอบน้ำ ขณะที่สสารที่ละลายน้ำได้น้อยหรือไม่ได้เลย เช่น ไขมัน และน้ำมัน
เรียกว่า ไฮโดรโฟบิก หรือสสารที่ไม่ชอบน้ำ
- ทุกองค์ประกอบที่สำคัญในเซลล์ (โปรตีน ดีเอ็นเอ และ โพลีแซคคาไรด์)
จะละลายได้ในน้ำ
- น้ำบริสุทธิ์มีค่าการนำไฟฟ้าที่ต่ำ
แต่ค่านี้จะเพิ่มขึ้นอย่างมีนัยสำคัญกับปริมาณของสารประกอบไอออนิก เช่น
โซเดียมคลอไรด์ ที่ละลายอยู่ในน้ำ
- น้ำมีค่าความร้อนจำเพาะสูงเป็นอันดับ 2 ในบรรดาสสารที่รู้จัก รองจากแอมโมเนีย
อีกทั้งยังมีค่าความร้อนแฝงของการกลายเป็นไอสูงเช่นกัน (40.65 กิโลจูลต่อโมล)
ซึ่งทั้งสองคุณสมบัตินี้เป็นผลมาจากพันธะไฮโดรเจนครอบคลุมเป็นบริเวณกว้างระหว่างโมเลกุล
คุณสมบัติที่ไม่ธรรมดา 2
ประการนี้ช่วยทำให้น้ำบรรเทาความรุนแรงของสภาพภูมิอากาศบนโลกได้โดยการดูดซับอุณหภูมิที่ผันผวนอย่างมากเอาไว้
- ภาวะที่น้ำมีความหนาแน่นสูงที่สุดคือที่อุณหภูมิ 3.98 องศาเซลเซียส[2]
เป็นคุณสมบัติที่ไม่ปกติที่มีความหนาแน่นลดลงไม่ใช่เพิ่มขึ้นของน้ำเมื่อได้รับความเย็นจนเปลี่ยนเป็นสถานะของแข็ง
(กลายเป็นน้ำแข็ง) ในสถานะของแข็งนี้จะมีปริมาณเพิ่มขึ้น 9%
ซึ่งเป็นสาเหตุของข้อเท็จจริงที่น้ำแข็งลอยน้ำได้
- สามารถแยกน้ำออกเป็นไฮโดรเจน และออกซิเจน ได้โดยวิธีอิเล็กโตรไลสีส
- สารบางชนิด เช่น โซเดียม ลิเทียม แคลเซียม โพแทสเซียม เป็นต้น เมื่อถูกน้ำจะปล่อยแก๊สไวไฟออกมา หรือมีปฏิกิริยาอย่างรุนแรงกับน้ำ
