โมเลกุลของน้ำเหมือนแม่เหล็กอย่างไร?

หากคุณสามารถเห็นโมเลกุลของน้ำ (H₂O) ในระยะใกล้จะมีลักษณะค่อนข้างคล้ายหัวกลมที่มีหูสองข้างอยู่ที่ตำแหน่ง 10 และ 2 นาฬิกา คิดถึงมิกกี้เมาส์ "หู" คือไฮโดรเจนไอออน 2 ตัวในขณะที่ "หัว" คือออกซิเจนไอออน เนื่องจากไฮโดรเจนไอออนมีประจุบวกและออกซิเจนไอออนเป็นลบ การจัดเรียงนี้ทำให้โมเลกุลมีขั้วสุทธิ เหมือนแม่เหล็ก คุณสมบัติของโมเลกุลน้ำนี้ทำให้น้ำมีคุณสมบัติสี่ประการที่ทำให้ขาดไม่ได้ตลอดชีวิต มันมีการเกาะติดกันและจุดเดือดที่ค่อนข้างสูง มีความหนาแน่นน้อยกว่าในสถานะของแข็งมากกว่าสถานะของเหลว และเป็นตัวทำละลายที่ดีเป็นพิเศษ

โครงสร้างของโมเลกุลน้ำเป็นรูปจัตุรมุขบิดเบี้ยว ไอออนของไฮโดรเจนทำมุม 104.5 องศากับโมเลกุลออกซิเจน ผลที่ได้คือในขณะที่โมเลกุลเป็นกลางทางไฟฟ้า แต่ก็มีขั้วเช่นเดียวกับแม่เหล็ก ด้านลบของโมเลกุลหนึ่งจะดึงดูดด้านบวกของโมเลกุลที่อยู่รอบๆ แรงดึงดูดนี้เรียกว่าพันธะไฮโดรเจน และในขณะที่มันไม่แรงพอที่จะทำลายพันธะโควาเลนต์ที่คงไว้ได้ โมเลกุลเข้าด้วยกันจึงแข็งแรงพอที่จะทำให้เกิดพฤติกรรมผิดปกติที่ทำให้น้ำแตกต่างจากที่อื่น ของเหลว

พ่อครัวต้องพึ่งพาธรรมชาติของน้ำทุกครั้งที่ใช้เตาไมโครเวฟ เนื่องจากโมเลกุลเป็นเหมือนแม่เหล็ก พวกมันจึงตอบสนองต่อการแผ่รังสีความถี่สูงด้วยการสั่น และพลังงานของการสั่นสะเทือนเหล่านี้คือสิ่งที่ก่อให้เกิดความร้อนในการปรุงอาหาร นี่เป็นตัวอย่างหนึ่งของความสำคัญของขั้วของ H

การติดต่อกัน: เนื่องจากโมเลกุลของน้ำที่มีแรงดึงดูดทางแม่เหล็กกระทำต่อกัน น้ำที่เป็นของเหลวจึงมีแนวโน้มที่จะ "เกาะติดกัน" คุณสามารถเห็นสิ่งนี้ได้เมื่อลูกปัดน้ำสองเม็ดเข้าหากันบนพื้นผิวที่เรียบและเรียบ เมื่อเข้าไปใกล้พอ พวกมันจะรวมกันเป็นหยดเดียวอย่างอัศจรรย์ คุณสมบัตินี้เรียกว่าการเกาะติดกันทำให้เกิดแรงตึงผิวน้ำที่แมลงที่มีเท้าขนาดใหญ่ใช้เดินบนผิวน้ำได้ ช่วยให้รากดูดน้ำในกระแสน้ำที่ต่อเนื่องกัน และทำให้แน่ใจว่าน้ำที่ไหลผ่านเส้นเลือดฝอยเล็กๆ เช่น เส้นเลือด จะไม่แยกออกจากกัน

จุดเดือดสูง: จุดเดือดของน้ำไม่สูงเมื่อเทียบกับของเหลวบางชนิด เช่น กลีเซอรีนหรือน้ำมันมะกอก แต่ควรต่ำกว่าที่เป็นอยู่ สารประกอบที่เกิดขึ้นจากธาตุในกลุ่มเดียวกับออกซิเจนในตารางธาตุ เช่น ไฮโดรเจนซีลีเนียม (H₂Se) และไฮโดรเจนซัลไฟด์ (H₂S) มีจุดเดือดที่ 40 ถึง 60 องศาเซลเซียสต่ำกว่าศูนย์ จุดเดือดสูงของน้ำทั้งหมดเกิดจากพลังงานพิเศษที่จำเป็นในการทำลายพันธะไฮโดรเจน หากไม่มีแรงดึงดูดทางแม่เหล็กที่โมเลกุลของน้ำกระทำต่อกัน น้ำจะระเหยที่อุณหภูมิ -60° C และจะไม่มีน้ำที่เป็นของเหลวและไม่มีสิ่งมีชีวิตบนโลก

น้ำแข็งมีความหนาแน่นน้อยกว่าน้ำ: การเกาะติดกันพิเศษที่เกิดจากพันธะไฮโดรเจนจะบีบอัดน้ำเข้าด้วยกันในสถานะของเหลว เมื่อน้ำกลายเป็นน้ำแข็ง การดึงดูด/แรงผลักจากไฟฟ้าสถิตจะสร้างโครงสร้างโครงตาข่ายที่กว้างขวางขึ้น น้ำเป็นสารประกอบเดียวที่มีความหนาแน่นน้อยกว่าในสถานะของแข็ง และความผิดปกตินี้หมายความว่าน้ำแข็งลอยได้ หากไม่เป็นเช่นนั้น ระบบนิเวศทางทะเลทุกแห่งจะตายเมื่อใดก็ตามที่อากาศเย็นพอที่จะทำให้น้ำกลายเป็นน้ำแข็ง

น้ำเป็นตัวทำละลายสากล: เนื่องจากพันธะไฮโดรเจนที่เข้มข้น น้ำจึงละลายสารได้มากกว่าของเหลวอื่นๆ นี่เป็นสิ่งสำคัญสำหรับสิ่งมีชีวิตที่ได้รับสารอาหารจากสารอาหารที่ละลายในน้ำ สิ่งมีชีวิตส่วนใหญ่ยังพึ่งพาอิเล็กโทรไลต์ ซึ่งเป็นสารละลายน้ำที่มีตัวถูกละลายไอออน สำหรับการส่งสัญญาณไฟฟ้าชีวภาพ