水

米拉Senthilingam

欢迎来到新的系列元素中的化学，我们将为您带来化学化合物背后的发现和实验故事。还有什么化合物比给我们带来生命的化合物更好呢?请听布莱恩·克莱格的报道。

布莱恩·克莱格

如果你从太空看地球，它的主要特征是水。我们的星球是蓝色的。水是一种看似简单的化合物，由两个氢原子和一个氧原子组成——从技术上讲，它是一氧化二氢或氢氧化物，尽管这些术语可能只是用来强调极客的资格。

说谁是水的发现者是毫无意义的——我们一直都知道这一点——但许多科学家都声称发现了水的成分。拉维西尔在18世纪70年代意识到氢和氧可以由水制成，但它的组成的明确发现要归结于詹姆斯·瓦特，他在1783年提出了它的组成，或者亨利·卡文迪什，他在1781年重新组合了氧和氢，但直到瓦特发现一年后才公布。不过，我们确实知道，正是在1826年，J?贝采里乌斯(Jakob Berzelius)确定了氢和氧的原子量，并提出了我们熟悉的H2O的名称。

超过70%的地球表面是水——大约有14亿立方公里。这是一个巨大的数字，很难想象。一立方千米等于一万亿千克水。这是一个很好的整数，因为水在公制单位的建立中起了主要作用。一克最初被定义为一立方厘米水的重量。

水对生物学有着巨大的意义，以至于当我们在太阳系中寻找可能的生命迹象时，我们首先要找的是水。在地球所能承受的极端高温、低温和缺氧条件下，都发现了细菌的存在。没有水就没有已知的生命。

水的重要性在于其独特的属性集合。它是唯一一种在地球表面典型温度下以固体、液体和气体形式存在的化合物。作为一个分子，它有一些令人惊讶的特征——如果没有其中之一，它的沸点将低于-70摄氏度。地球上将没有液态水，这意味着没有生命。但由于水分子与其他一些分子共有的这种特殊性质，它在我们熟悉的100摄氏度沸腾。

这里讨论的性质是氢键，即氢原子与氧原子、氮原子或氟原子之间的电磁吸引力。当氢与这些元素中的一种形成共价键时，氢带相对正电荷，氧(在水的情况下)带一定程度的负电荷。一个水分子中的氢被另一个水分子中的氧吸引。这种成键的结果是很难将分子分离成气体。这个键必须被打破，从而推高沸点。

氢键也是水的另一个不寻常特性的原因。大多数物质在固态时所占的体积要小于液态时所占的体积。固态水——我们倾向于称它为冰——体积更大，这就是为什么不建议冷冻装满水的瓶子，以及为什么冰会漂浮在池塘上。人们常说这是水的独特属性。它不是——比如醋酸和硅，它们的固体密度都比液体密度小——但这是不寻常的。

水的标准晶体形式，即六面晶格的形状，与氢键将一个水分子中的氢拉向另一个水分子中的氧的方式不相符。为了插入结构，这些键必须拉伸和扭曲，将水分子拉得比水最稠密的状态(大约4摄氏度)更远。

氧上的相对负电荷来自于它和氢之间的共价键。氧外层剩余的4个电子远离成键电子，所以倾向于在另一边带负电荷。同样地，氢唯一的电子在键上，所以它对面没有电子，所以它是带正电的。如果没有这一点，你会期望氧周围的四对电子形成一个四面体(一个三面金字塔)，共价键相隔109.5度。但是化学键中的电子被氧拉开，削弱了它们的排斥作用，所以实际的夹角在104.5度左右。

当然，水是透明的，但由于光的散射(和天空是蓝色的原因一样)，确实有轻微的蓝色，除非我们能看到大量的水，比如冰川冰，否则不明显。

水对生命如此重要的原因之一是，由于分子的极性，水是一种很好的溶剂，可以溶解许多其他物质，并在活细胞中充当它们的运输工具。但这并不是水维持生命的唯一方式。它参与身体代谢过程所必需的许多化学反应。

水对生命如此重要，在地球上如此普遍，我们经常谈论水资源短缺似乎很奇怪。用世界上的水量除以人口数量，我们得到每人0.2立方公里。每人约为2120亿升。我们消耗的大部分水很快就会回到供水系统中。那么怎么会出现短缺呢?通常被认为是缺水的问题实际上是能源问题。那里有充足的水，但水在错误的地方，而且经常被污染——例如海水中的盐。解决这个问题是完全有可能的，只要你有足够的精力。

我们不会缺水的。这样也好。这种奇妙的化合物，以其独特的性质，一直是生命真正的源泉。

米拉Senthilingam

的确如此，尽管资源丰富，但要广泛使用，而不是想当然。这是布莱恩·克莱格介绍的水的独特而基本的化学性质。下周，一种化合物会受到太多负面报道。

海莉桦木

在20世纪90年代的某个时候，制药公司开始向胆固醇宣战。到2001年，数百万人在服用他汀类药物，降胆固醇药物立普妥成为有史以来销量最大的药物。科学家们甚至建议在吃巨无霸时分发这些药物，以抵消胆固醇对动脉的影响。

但胆固醇也不全是坏事。除了对维持细胞细胞膜的完整性至关重要外，消化食物的胆盐和制造性激素也需要它。我们的身体每天会产生大约1克的脂肪，这还没有麦当劳的帮助。毫不夸张地说，如果没有胆固醇，我们就不会在这里。

米拉Senthilingam

和海莉·伯奇一起在下周的《化学元素》中了解胆固醇对我们身体的好处和坏处，以及这背后的化学原理。在那之前,