น้ำ

จากวิกิพีเดีย สารานุกรมเสรี
บทความนี้เกี่ยวกับแง่มุมทั่วไปของน้ำ สำหรับคุณสมบัติทางวิทยาศาสตร์ (H2O) ดูที่ น้ำ (โมเลกุล)

น้ำ เป็นสารประกอบเคมีชนิดหนึ่ง มีสูตรเคมีคือ H2O โมเลกุลของน้ำประกอบด้วยออกซิเจน 1 อะตอมและไฮโดรเจน 2 อะตอมเชื่อมติดกันด้วยพันธะโควาเลนต์ น้ำเป็นของเหลวที่อุณหภูมิและความดันมาตรฐาน แต่พบบนโลกที่สถานะของแข็ง (น้ำแข็ง) และสถานะแก๊ส (ไอน้ำ) น้ำยังมีในสถานะของผลึกของเหลวที่บริเวณพื้นผิวที่ชอบน้ำ[1][2]

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[5]

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[11]

การตกกระแทกของหยดน้ำ


คุณสมบัติทางเคมีและฟิสิกส์[แก้]

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 ในระหว่างที่น้ำกำลังเป็นน้ำแข็ง "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

รสชาติและกลิ่น[แก้]

น้ำสามารถละลายได้ในสสารมากมายหลายชนิด ทำให้น้ำมีรสชาติและกลิ่นได้หลากหลาย มนุษย์และสัตว์ชนิดอื่นได้พัฒนาประสาทสัมผัสที่ทำให้ประเมินสภาพดื่มได้ของน้ำโดยหลีกเลี่ยงน้ำที่เค็มเกินไปหรือมีกลิ่นเน่าเสีย รสชาติของน้ำซับและน้ำแร่ซึ่งมักโฆษณาในด้านการตลาดผ่านผลิตภัณฑ์มีที่มาจากแร่ธาตุที่ละลายอยู่ในน้ำ อย่างไรก็ดี น้ำบริสุทธิ์นั้นไม่มีรสชาติและไม่มีกลิ่น ความบริสุทธิ์ของน้ำซับและน้ำแร่ที่ถูกโฆษณานั้นหมายถึงการที่น้ำปราศจากสารพิษ สารมลพิษและจุลินทรีย์ ไม่ใช่การปราศจากแร่ธาตุธรรมชาติ

ความแพร่หลายในธรรมชาติ[แก้]

ในเอกภพ[แก้]

น้ำส่วนมากในเอกภพเป็นผลพลอยได้จากการก่อตัวของดาวฤกษ์ เมื่อเกิดดาวฤกษ์ขึ้นมา การเกิดเหล่านั้นจะเกิดขึ้นพร้อมกับกระแสของแก๊สและฝุ่นนอกโลก เมื่อสสารเหล่านี้ไหลออกมากระทบกับแก๊สที่อยู่รอบ ๆ ในที่สุด คลื่นกระแทกที่เกิดขึ้นจะบีบและให้ความร้อนกับแก๊ส จะสังเกตเห็นน้ำเกิดขึ้นภายใต้แก๊สความหนาแน่นต่ำนี้[19]

จากรายงาน ในวันที่ 22 กรกฎาคม ค.ศ. 2011 อธิบายถึงการค้นหากลุ่มก้อนของไอน้ำขนาดยักษ์ ประกอบไปด้วยน้ำมากกว่าน้ำในมหาสมุทรบนโลกรวมกันถึง 140 ล้านล้านเท่า กระจายอยู่รอบ ๆ เควซาร์ที่อยู่ห่างจากโลก 12 พันล้านปีแสง นักวิจัยกล่าวว่า "การค้นพบครั้งนี้แสดงให้เห็นว่าน้ำนั้นมีแพร่หลายในเอกภพสำหรับการดำรง ชีวิตเกือบทั้งหมด" [20][21]

มีการตรวจพบน้ำในกลุ่มเมฆระหว่างดาวภายในดาราจักรทางช้างเผือกของ เราด้วย และยังอาจมีน้ำมากมายในดาราจักรอื่น ๆ เพราะองค์ประกอบของน้ำคือ ไฮโดรเจนและออกซิเจน เป็นธาตุที่มีอยู่มากในเอกภพ กลุ่มเมฆระหว่างดาวในที่สุดก็รวมตัวกันเป็นเนบิวลาสุริยะ และระบบสุริยะ

ไอน้ำมีปรากฏอยู่ใน

น้ำในรูปของเหลวปรากฏอยู่ใน

  • โลก: 71% ของพื้นโลก
  • ยูโรปา: พื้นผิวลึกลงไปในมหาสมุทร 100 กิโลเมตร

มีหลักฐานสำคัญชี้ให้เห็นว่าน้ำในรูปของเหลวปรากฏอยู่ใต้พื้นผิวของดวงจันทร์ของดาวเสาร์ชื่อ เอนเซลาดัส

น้ำแข็งปรากฏอยู่ใน

หลักฐานล่าสุดชี้ให้เห็นว่ามีน้ำแข็งอยู่ที่ขั้วโลกของดาวพุธ[26] น้ำแข็งอาจปรากฏบนดาวซีรีส และดาวทีทิสด้วย น้ำและสารโวลาไทล์ได้ชนิดอื่นอาจประกอบด้วยองค์ประกอบมากมายที่อยู่ภายในดาวยูเรนัสและดาวเนปจูน และน้ำในชั้นล่างอาจจเป็นในรูปของน้ำไอโอนิกที่เกิดจากโมเลกุลที่แตกตัวเป็นกลุ่มหมอกของไอออนไฮโดรเจนและออกซิเจน และลึกลงไปอีกเป็นน้ำซูเปอร์ไอออนิกที่เกิดจากออกซิเจนตกผลึกแต่ไอออนไฮโดรเจนลอยอย่างอิสระในโครงตาข่าย[27]

แร่ ธาตุบางชนิดบนดวงจันทร์มีโมเลกุลของน้ำเป็นองค์ประกอบ ตัวอย่างในปี ค.ศ. 2008 เครื่องมือปฏิบัติการที่ดีดตัวและระบุอนุภาคพบอนุภาคจำนวนเล็กน้อยภายในหิน ภูเขาไฟที่ลูกเรือของยานอพอลโล 15 นำมาจากดวงจันทร์เมื่อปี ค.ศ. 1971[28] นาซารายงานการค้นพบโมเลกุลน้ำครั้งนี้โดยนักทำแผนที่แร่ธาตุวิทยาบนดวง จันทร์ของนาซาบนยานอวกาศขององค์กรงานวิจัยอวกาศสัญชาติอินเดียชื่อ Chandrayaan-1 ในเดือนกันยายน ค.ศ. 2009[29]

ดูเพิ่ม[แก้]

อ้างอิง[แก้]

  1. Henniker, J. C. (1949). "The Depth of the Surface Zone of a Liquid". Reviews of Modern Physics (Reviews of Modern Physics) 21 (2): 322–341. doi:10.1103/RevModPhys.21.322. 
  2. Pollack, Gerald. "Water Science". University of Washington, Pollack Laboratory. สืบค้นเมื่อ 2011-02-05. "Water has three phases – gas, liquid, and solid; but recent findings from our laboratory imply the presence of a surprisingly extensive fourth phase that occurs at interfaces." 
  3. "CIA- The world fact book". Central Intelligence Agency. สืบค้นเมื่อ 2008-12-20. 
  4. "United Nations". Un.org. 2005-03-22. สืบค้นเมื่อ 2010-07-25. 
  5. 5.0 5.1 Gleick, P.H., ed. (1993). Water in Crisis: A Guide to the World's Freshwater Resources. Oxford University Press. p. 13, Table 2.1 "Water reserves on the earth". 
  6. Water Vapor in the Climate System[ลิงก์เสีย], Special Report, [AGU], December 1995 (linked 4/2007). Vital Water UNEP.
  7. "MDG Report 2008". สืบค้นเมื่อ 2010-07-25. 
  8. "Public Services", Gapminder video
  9. Kulshreshtha, S.N (1998). "A Global Outlook for Water Resources to the Year 2025". Water Resources Management 12 (3): 167–184. doi:10.1023/A:1007957229865. 
  10. "Charting Our Water Future: Economic frameworks to inform decision-making" (PDF). สืบค้นเมื่อ 2010-07-25. 
  11. Baroni, L.; Cenci, L.; Tettamanti, M.; Berati, M. (2007). "Evaluating the environmental impact of various dietary patterns combined with different food production systems". European Journal of Clinical Nutrition 61 (2): 279–286. doi:10.1038/sj.ejcn.1602522. PMID 17035955. 
  12. Braun, Charles L.; Sergei N. Smirnov (1993). "Why is water blue?". J. Chem. Educ. 70 (8): 612. doi:10.1021/ed070p612. 
  13. Campbell, Neil A.; Brad Williamson; Robin J. Heyden (2006). Biology: Exploring Life. Boston, Massachusetts: Pearson Prentice Hall. ISBN 0-13-250882-6. 
  14. Capillary Action – Liquid, Water, Force, and Surface – JRank Articles
  15. Kotz, J. C., Treichel, P., & Weaver, G. C. (2005). Chemistry & Chemical Reactivity. Thomson Brooks/Cole. ISBN 0-534-39597-X. 
  16. Ben-Naim et. al., Ariel (2011). Alice's Adventures in Water-land. Singapore. 
  17. Online Conversion – Density, Kidsnewsroom.org/elmer/infocentral/conversions
  18. Ball, Philip (14 September 2007). "Burning water and other myths". Nature News. สืบค้นเมื่อ 2007-09-14. 
  19. Melnick, Gary, Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics and Neufeld, David, Johns Hopkins University quoted in: "Discover of Water Vapor Near Orion Nebula Suggests Possible Origin of H20 in Solar System (sic)". The Harvard University Gazette. April 23, 1998.  "Space Cloud Holds Enough Water to Fill Earth's Oceans 1 Million Times". Headlines@Hopkins, JHU. April 9, 1998.  "Water, Water Everywhere: Radio telescope finds water is common in universe". The Harvard University Gazette. February 25, 1999. (linked 4/2007)
  20. Clavin, Whitney; Buis, Alan (22 July 2011). "Astronomers Find Largest, Most Distant Reservoir of Water". NASA. สืบค้นเมื่อ 2011-07-25. 
  21. Staff (22 July 2011). "Astronomers Find Largest, Oldest Mass of Water in Universe". Space.com. สืบค้นเมื่อ 2011-07-23. 
  22. "MESSENGER Scientists 'Astonished' to Find Water in Mercury's Thin Atmosphere". Planetary Society. 2008-07-03. Archived from the original on 2010-10-16. สืบค้นเมื่อ 2008-07-05. 
  23. Water Found on Distant Planet July 12, 2007 By Laura Blue, Time
  24. Water Found in Extrasolar Planet's Atmosphere – Space.com
  25. 25.0 25.1 Sparrow, Giles (2006). The Solar System. Thunder Bay Press. ISBN 1-59223-579-4. 
  26. NASA, "MESSENGER Finds New Evidence for Water Ice at Mercury's Poles", 29 November 2012.
  27. Weird water lurking inside giant planets, New Scientist, 1 September 2010, Magazine issue 2776.
  28. Versteckt in Glasperlen: Auf dem Mond gibt es Wasser – Wissenschaft – Der Spiegel – Nachrichten
  29. Water Molecules Found on the Moon, NASA, 24 September 2009