วันจันทร์ที่ 17 กันยายน พ.ศ. 2561

ไก่กับไข่อะไรเกิดก่อน? กลศาสตร์ควอนตัมมีคำตอบลูกไก่ฟักออกจากไข่

ไก่เกิดก่อนไข่ หรือไข่เกิดก่อนไก่ ? เป็นคำถามชวนงุนงงสงสัยที่หลายคนยังหาคำตอบไม่ได้ แต่ล่าสุดทีมนักฟิสิกส์จากมหาวิทยาลัยควีนส์แลนด์ของออสเตรเลีย ได้ทำการทดลองเชิงควอนตัมจนพบปรากฏการณ์แปลกประหลาดที่ชี้ว่า สิ่งที่คนเรามองว่าเป็นสาเหตุและผลลัพธ์ที่เกิดขึ้นตามมานั้น ที่จริงแล้วไม่อาจกำหนดลำดับมาก่อนมาหลังได้อย่างตายตัว
ผลการทดลองข้างต้นชี้ว่า ในโลกของกลศาสตร์ควอนตัมนั้น ทั้งไก่และไข่สามารถเกิดขึ้นก่อนอีกฝ่ายได้ทั้งคู่ แต่ปรากฏการณ์เช่นนี้จะไม่สามารถสังเกตเห็นได้ในชีวิตประจำวันของมนุษย์โดยทั่วไป
ผลการค้นพบดังกล่าวลงตีพิมพ์ในวารสาร Physical Review Letters โดยระบุว่าทีมนักฟิสิกส์ได้ทดลองสร้างสิ่งที่เรียกว่า "ควอนตัมสวิตช์" (Quantum switch) ซึ่งปล่อยให้อนุภาคของแสงหรือโฟตอนเพียง 1 อนุภาค เดินทางไปในอุปกรณ์ตรวจวัดการแทรกสอดและถูกรบกวนของแสง (Interferometer)
ภายในอุปกรณ์ดังกล่าวจะมีเส้นทางเดินของแสงที่แยกเป็นสองสาย โดยแต่ละสายจะมีเลนส์สองชนิดคือเลนส์ A และ เลนส์ B ขวางกั้นลำแสงที่จะเดินทางผ่านมา
ทั้งสองเส้นทางมีลำดับการวางเลนส์สองชนิดไว้ก่อนหรือหลังต่างกัน เลนส์นี้จะเปลี่ยนรูปของลำแสงไป ก่อนที่ลำแสงทั้งสองสายจะถูกรวมเข้าด้วยกันอีกครั้งในขั้นตอนสุดท้าย
แม้จะใช้โฟตอนเพียง 1 อนุภาค แต่สิ่งที่เกิดขึ้นคือมีอนุภาคของแสงเดินทางไปตามเส้นทางทั้งสองสายพร้อมกัน ซึ่งสามารถเกิดขึ้นได้ตามหลักการทับซ้อนทางควอนตัม (Superposition) ที่อนุภาคหนึ่งสามารถอยู่ในสองตำแหน่งได้ในเวลาเดียวกัน
ปรากฏการณ์นี้ทำให้เกิดความเป็นไปได้ว่า ในช่วงขณะเดียวกันโฟตอน 1 อนุภาคอาจเดินทางผ่านเลนส์ A ก่อนไปถึงเลนส์ B หรือเดินทางผ่านเลนส์ทั้งสองในลำดับที่กลับกันก็ได้ ซึ่งการเดินทางแต่ละแบบจะทำให้เกิดการแทรกสอดของคลื่นแสงที่ปลายทางต่างกัน แต่สภาพการณ์ที่กำหนดว่าอนุภาคเดินทางแบบใดกันแน่จะยังไม่เกิดขึ้น จนกว่าผู้ทดลองจะลงมือตรวจวัดดู
ผลวิเคราะห์รูปแบบการแทรกสอดของคลื่นแสงทั้งสองที่มาจากอนุภาคเดียวกัน พบแบบแผนที่เบี่ยงเบนจากมาตรฐานเกิดขึ้นมากกว่าแบบแผนที่เป็นไปได้ในกรณีที่เหตุการณ์มีลำดับก่อนหลังแน่นอน ซึ่งชี้ว่าปรากฏการณ์ทางควอนตัมที่มีความสัมพันธ์เป็นเหตุเป็นผลกันนั้น ไม่สามารถจะชี้ชัดได้ว่าอะไรเกิดขึ้นก่อนหรืออะไรตามมาภายหลังกันแน่
นอกจากจะใช้ไขปัญหาโลกแตกเรื่องไก่กับไข่แล้ว การค้นพบนี้ยังอาจมีประโยชน์ต่อการสื่อสารและส่งข้อมูลด้วยระบบควอนตัมได้อย่างปลอดภัยไร้สัญญาณรบกวนในอนาคตด้วย
ติดตามข่าววิทยาศาสตร์ล่าสุดได้ทุกวัน ทางเว็บไซต์ bbcthai.com และเฟซบุ๊กของบีบีซีไทย
เขียนโดย ที่ ไม่มีความคิดเห็น:

นักดาราศาสตร์จี้คืนสถานะดาวเคราะห์ให้พลูโตอีกครั้งดาวพลูโตถูกจัดประเภทให้เป็นดาวเคราะห์แคระ โดยมีพื้นผิวส่วนที่สว่างที่สุดเป็นรูปหัวใจขนาดใหญ่

นับเป็นเวลาถึง 12 ปีแล้วที่สหภาพดาราศาสตร์ระหว่างประเทศ (IAU) มีมติให้ถอดดาวพลูโตออกจากการเป็นดาวเคราะห์ในระบบสุริยะ แต่ในช่วงหลายปีที่ผ่านมามีการเสนอข้อคิดเห็นที่คัดค้านมติดังกล่าวอยู่หลายครั้ง ซึ่งล่าสุดนักดาราศาสตร์ชาวอเมริกันได้เผยแพร่งานวิจัยที่ชี้ว่า เหตุผลข้อหนึ่งของไอเอยูที่ทำให้ดาวพลูโตต้องถูกลดชั้นเป็นดาวเคราะห์แคระนั้น ไม่ชัดเจนหนักแน่นและสมเหตุสมผลมากพอ
ทีมนักดาราศาสตร์ที่นำโดย ศ. ฟิลิป เมตซ์เจอร์ จากมหาวิทยาลัย University of Central Florida (UCF) ตีพิมพ์รายงานวิจัยข้างต้นลงในวารสาร "อิคารัส" (Icarus) โดยระบุว่านิยามของดาวเคราะห์ที่ไอเอยูกำหนดขึ้นใหม่เมื่อปี 2006 ในประเด็นที่ดาวเคราะห์จะต้องมี "วงโคจรที่ชัดเจน" (Clear orbit) นั้น เป็นการนิยามที่มีปัญหาและคลุมเครืออย่างมาก
ศ. เมตซ์เจอร์และทีมงานได้สืบค้นทบทวนวรรณกรรมงานวิจัยทางดาราศาสตร์ทั้งหมดในรอบ 200 ปีที่ผ่านมา แต่ไม่พบการใช้ข้อกำหนดเรื่องวงโคจรมาเป็นตัวตัดสินว่า วัตถุในอวกาศอันใดอันหนึ่งถือเป็นดาวเคราะห์หรือไม่
"นับแต่ยุคของกาลิเลโอเป็นต้นมา นักดาราศาสตร์โดยทั่วไปยังคงเรียกดวงจันทร์บริวารเช่นดวงจันทร์ไททันของดาวเสาร์ว่าเป็นดาวเคราะห์อยู่ จนกระทั่งไม่นานมานี้เองจึงเริ่มมีการนิยามความหมายของดาวเคราะห์อย่างตายตัวในทศวรรษ 1950 ซึ่งน่าขำว่าเกณฑ์ล่าสุดที่ไอเอยูใช้มากำหนดนิยามนั้น ไม่เคยมีนักดาราศาสตร์คนใดใช้ในการศึกษาวิจัยมาก่อนเลย" ศ. เมตซ์เจอร์กล่าว
    เขียนโดย ที่ ไม่มีความคิดเห็น:

    การผัดวันประกันพรุ่งเป็นเรื่องการจัดการ "อารมณ์" ไม่ใช่ "เวลา"

    ผลวิจัยชี้ว่าคนจะมีนิสัยชอบผัดวันประกันพรุ่งหรือไม่นั้น ขึ้นอยู่กับลักษณะการก่อตัวของสมองของแต่ละคน และเป็นเรื่องของการบริหารอารมณ์มากกว่าการบริหารเวลา
    นักวิจัยซึ่งเผยแพร่งานวิจัยในวารสาร Psychological Science ศึกษาเรื่องนี้โดยการใช้แบบสำรวจและสแกนสมองคน 264 คน เพื่อดูว่าเป็นคนที่มีแนวโน้มจะรีบจัดการกับภารกิจตรงหน้าอย่างรวดเร็วแค่ไหน นักวิจัยพบว่ามีสมองอยู่สองส่วนที่เป็นตัวกำหนดว่าเราจะลงมือทำภารกิจตรงหน้าให้เสร็จ หรือเลื่อนเวลาออกไปเรื่อย ๆ
    งานวิจัยพบว่าคนที่ชอบผัดวันประกันพรุ่งนั้น มีสมองส่วนที่เรียกว่า อมิกดาลา (amygdala) ซึ่งมีลักษณะคล้ายเมล็ดอัลมอนด์ ทำหน้าที่ควบคุมเหตุผลและอารมณ์ ใหญ่กว่า และการเชื่อมต่อของสมองส่วนที่เรียกว่าอมิกดาลา กับส่วนล่างของสมองบริเวณที่เรียกว่า anterior cingulate cortex ไม่ดีเท่าคนอื่น ซึ่งจะมีผลให้สามารถจัดการกับอารมณ์และสิ่งเร้าที่เข้ามารบกวนน้อยกว่า อันจะส่งผลต่อความแน่วแน่ในการจัดการกับภารกิจตรงหน้า
    แอร์ฮัน เก็นค์ หนึ่งในผู้เขียนงานวิจัยนี้ ซึ่งประจำอยู่ที่มหาวิทยาลัยรัว เมืองโบคุม ระบุว่า คนที่มีสมองส่วนอมิกดาลาใหญ่กว่าคนอื่นอาจจะวิตกกังวลว่าหากตัวเองลงมือทำอะไรแล้วจะเกิดผลลัพธ์ที่ไม่ดีตามมา ดังนั้นคนเหล่านี้จึงมีแนวโน้มที่จะลังเลและผัดวันประกันพรุ่ง
    เขียนโดย ที่ ไม่มีความคิดเห็น:

    ดวงอาทิตย์เข้าสู่ “วัฏจักรสุริยะ” รอบใหม่เร็วกว่าที่คาด

    (ภาพจากฝีมือศิลปิน) จุดมืดบนดวงอาทิตย์เกิดจากสนามแม่เหล็กความเข้มสูงที่กักความร้อนเอาไว้ไม่ให้ออกสู่พื้นผิว
    ตลอดช่วงไม่กี่เดือนที่ผ่านมา นักวิทยาศาสตร์พบสัญญาณบ่งบอกหลายประการที่ชี้ว่า ดวงอาทิตย์อาจกำลังเข้าสู่รอบการเปลี่ยนแปลงใหม่ที่เรียกว่า "วัฏจักรสุริยะ" (Solar cycle) เร็วกว่าที่คาดกันเอาไว้
    ความเคลื่อนไหวเปลี่ยนแปลงล่าสุดของจุดมืดหรือจุดดับบนดวงอาทิตย์ (Sun spot) บ่งชี้ว่าดาวฤกษ์ศูนย์กลางของระบบสุริยะน่าจะได้เริ่มการเปลี่ยนผ่านจากรอบวัฏจักรที่ 24 เข้าสู่รอบวัฏจักรที่ 25 ไปเรียบร้อยแล้ว แต่ผู้เชี่ยวชาญยังไม่สามารถยืนยันได้อย่างแน่ชัด
    วัฏจักรสุริยะซึ่งกินเวลารอบละ 11 ปีนั้น คือวงจรความเคลื่อนไหวของการเกิดปรากฏการณ์ต่าง ๆ บนดวงอาทิตย์ เช่นลมสุริยะ โซลาร์แฟลร์ หรือการปลดปล่อยมวลโคโรนา ซึ่งความเคลื่อนไหวเหล่านี้จะมีน้อยหรือแทบไม่มีเลยในช่วงเริ่มต้นวัฏจักรใหม่ ก่อนจะมีความเคลื่อนไหวเพิ่มมากขึ้นจนถึงจุดสูงสุดในช่วงกลางวัฏจักร และค่อย ๆ ลดน้อยลงขณะกำลังจะสิ้นสุดวัฏจักรเดิมและเข้าสู่วัฏจักรใหม่อีกครั้ง
    นักดาราศาสตร์เริ่มนับรอบวัฏจักรสุริยะกันมาตั้งแต่ปีคริสตศักราช 1755 โดยพบว่าการเฝ้าสังเกตความเปลี่ยนแปลงที่เกิดขึ้นอย่างสม่ำเสมอนี้ จะช่วยให้ทำนายความเคลื่อนไหวของดวงอาทิตย์ในรอบวัฏจักรถัดไปได้ล่วงหน้า ซึ่งเป็นประโยชน์อย่างยิ่งต่อการพยากรณ์สภาพอากาศบนโลก รวมทั้งการระวังรักษาระบบสื่อสารผ่านดาวเทียม ระบบบอกพิกัดจีพีเอส ระบบจ่ายไฟฟ้า รวมทั้งสิ่งอำนวยความสะดวกอย่างโทรศัพท์และโทรทัศน์วิทยุ ซึ่งเสี่ยงจะได้รับผลกระทบจากการปลดปล่อยพลังงานของดวงอาทิตย์เป็นครั้งคราว
    ความเปลี่ยนแปลงที่บอกได้ชัดว่าดวงอาทิตย์เข้าสู่รอบวัฏจักรใหม่แล้วหรือยังมีอยู่ 2 ประการ คือจำนวนของจุดมืดบนดวงอาทิตย์ที่ลดน้อยลงจนอาจจะไม่มีเลยติดต่อกันหลายวัน และการกลับขั้วของสนามแม่เหล็กบนดวงอาทิตย์ ซึ่งก็สามารถสังเกตได้จากความเปลี่ยนแปลงของคู่จุดมืดที่อยู่ในด้านตรงข้ามกันบนดวงอาทิตย์นั่นเอง
    ทั้งนี้ จุดมืดบนดวงอาทิตย์ไม่ใช่จุดดับ เพราะยังมีอุณหภูมิสูงถึงราว 3,700 องศาเซลเซียส แต่ปรากฎเป็นจุดมืดเพราะสนามแม่เหล็กความเข้มสูงกักเก็บความร้อนเอาไว้ภายในโดยไม่ปล่อยให้ขึ้นมาสู่พื้นผิว จุดมืดจึงเป็นสิ่งที่แสดงถึงความเคลื่อนไหวเปลี่ยนแปลงทางแม่เหล็กไฟฟ้าของดวงอาทิตย์ได้
    เมื่อราวเดือน ก.ค.ที่ผ่านมา ดวงอาทิตย์ไม่มีจุดมืดปรากฏเลยเป็นเวลาติดต่อกันถึง 32 วัน แสดงถึงการเข้าสู่ภาวะ Solar minimum ที่ดวงอาทิตย์แทบจะไม่มีความเคลื่อนไหวหรือปะทุพลังงานออกมา ส่วนคู่จุดมืดที่อยู่ในบริเวณ AR 2720 นั้นมีการกลับทิศทางการหมุน ซึ่งแสดงถึงการกลับขั้วของสนามแม่เหล็กแล้ว ทั้งยังพบจุดมืดเกิดใหม่ที่มีทิศทางการหมุนแบบเดียวกัน แต่ยังไม่เคลื่อนขึ้นไปอยู่ในละติจูดที่สูงพอตามแบบแผนของวัฏจักรใหม่
    เดิมคาดกันว่าดวงอาทิตย์จะเริ่มต้นรอบวัฏจักรสุริยะใหม่ในปีหน้า (2019) ซึ่งจะเป็นวัฏจักรที่ 25 โดยสภาพการณ์ของวัฏจักรก่อนหน้านี้ (24) ถือว่าดวงอาทิตย์มีความเคลื่อนไหวในระดับปานกลาง แต่ก็นับว่าต่ำกว่าเมื่อเทียบกับวัฏจักรในช่วง 30 ปีก่อนหน้านั้น
    เขียนโดย ที่ ไม่มีความคิดเห็น:

    แบคทีเรียในน้ำลายหมีสีน้ำตาลอาจเป็นยาปฏิชีวนะชนิดใหม่

    หมี
    ในบรรดาเชื้อแบคทีเรียหลากหลายชนิดที่อยู่ในน้ำลายของหมีสีน้ำตาลพันธุ์ไซบีเรียตะวันออก (East Siberian brown bear) มีอยู่อย่างน้อยชนิดหนึ่งที่อาจนำไปพัฒนาเป็นยาปฏิชีวนะขนานใหม่ ซึ่งจะสามารถต้านทานเชื้อดื้อยาชนิดรุนแรงหรือซูเปอร์บั๊ก (Superbug) ได้
    ทีมนักวิทยาศาสตร์จากมหาวิทยาลัยรัตเจอร์สของสหรัฐฯ ตีพิมพ์ผลการค้นพบข้างต้นลงในวารสาร PNAS โดยระบุว่าได้ใช้เทคโนโลยีใหม่ล่าสุด แยกแยะเชื้อแบคทีเรียนับแสนชนิดในน้ำลายของหมีออกจากกัน โดยให้เชื้อแต่ละชนิดพันธุ์แยกกันเกาะอยู่กับหยดน้ำมันเล็ก ๆ เพื่อสะดวกต่อการตรวจสอบว่าแบคทีเรียชนิดใดจะมีความสามารถต้านทานเชื้อดื้อยาได้บ้าง
    การที่นักวิทยาศาสตร์เลือกเอาหมีสีน้ำตาลพันธุ์ไซบีเรียตะวันออกมาศึกษา เพื่อค้นหาเชื้อแบคทีเรียที่เป็นประโยชน์นั้น เนื่องจากสัตว์ป่าที่อยู่ในสภาพแวดล้อมห่างไกลจากความเจริญและมนุษย์ น่าจะมีระบบชีวนิเวศจุลชีพ (Microbiome) หรือการดำรงอยู่ร่วมกันของจุลินทรีย์หลากหลายชนิดในร่างกายที่แตกต่างออกไปและยังไม่ถูกปนเปื้อน ซึ่งลักษณะพิเศษนี้ช่วยให้สัตว์ป่ามีภูมิต้านทานเชื้อโรคร้ายที่อยู่รอบตัวได้
    จานเพาะเชื้อImage copyrightSPL
    ผลการตรวจสอบเบื้องต้นปรากฏว่า มีเชื้อแบคทีเรียชนิดหนึ่งในน้ำลายของหมีสีน้ำตาล ไม่มีเชื้ออันตรายอย่าง Staphylococcus aureus มาอาศัยร่วมอยู่ด้วย แสดงว่าแบคทีเรียชนิดนี้สามารถฆ่าเชื้ออันตรายดังกล่าว ซึ่งเป็นเชื้อดื้อยาปฏิชีวนะเมทิซิลลิน หรือที่เรียกกันว่าเชื้อ MRSA ซึ่งกำลังเป็นปัญหาใหญ่ของวงการสาธารณสุขทั่วโลกนั่นเอง
    ศ. คอนสแตนติน เซเวรินอฟ ผู้นำทีมวิจัยบอกว่า จำเป็นต้องจับหมีสีน้ำตาลพันธุ์ดังกล่าวมาจากถิ่นอาศัยในป่าลึก เพื่อเก็บตัวอย่างน้ำลาย ก่อนจะปล่อยคืนสู่ธรรมชาติดังเดิม เพราะไม่อาจใช้หมีในสวนสัตว์ที่กินอาหารและอยู่ในสภาพแวดล้อมที่ทำให้ระบบชีวนิเวศจุลชีพในร่างกายเปลี่ยนแปลงไปจากตอนเป็นสัตว์ป่าแล้ว

    "เทคโนโลยีใหม่ล่าสุดที่เราใช้แยกแยะเชื้อแบคทีเรียนับแสนชนิดในน้ำลายของหมีออกจากกัน ทำให้ค้นพบเชื้อแบคทีเรียที่มีศักยภาพในการเป็นยาปฏิชีวนะขนานใหม่ได้อย่างรวดเร็ว เทคนิคนี้จะปูทางไปสู่การค้นหายาปฏิชีวนะรุ่นใหม่จากสัตว์ป่า ซึ่งจะทรงประสิทธิภาพในการฆ่าเชื้อดื้อยาได้ดีกว่าเดิม" ศ. เซเวรินอฟกล่าว"

    เขียนโดย ที่ ไม่มีความคิดเห็น:

    วันอาทิตย์ที่ 16 กันยายน พ.ศ. 2561

    เเรงเเวนเดอร์วาล์ส

    บทเรียนที่ 12 แรงแวนเดอร์วาล์ส
    แรงแวนเดอร์วาลส์คือ แรงดึงดูดแบบอ่อนๆที่ช่วยยึดโมเลกุลเข้าด้วยกัน เช่น ก๊าซไฮโดรเจน คาร์บอนไดออกไซด์ ไนโตรเจน และในก๊าซเฉื่อย เช่น ฮีเลียม (He), นีออน (Ne), อาร์กอน (Ar) และ คริบตอน (Kr) เป็นต้น
    แรงแวนเดอร์วาลส์มี 3 ชนิด คือ
    1. แรง dipole-dipole
    2. แรง dipole-induced dipole
    3. แรง London (dispersion)1. แรง dipole-dipoleเป็นแรงที่เกิดจากการกระทำระหว่างโมเลกุลแบบมีขั้วซึ่งมี ไดโพลแบบถาวร โดยทั่วไปแล้ว
    แรงไดโพลขึ้นอยู่กับ การจัดเรียงตัวสัมพัทธ์ของโมเลกุลและตำแหน่งที่อยู่ ดังรูป ลักษณะการจัดตัวของไดโพลคู่ซึ่งให้ผลออกมา เป็นแรงดึงดูด
    ลักษณะการจัดตัวของไดโพลคู่ซึ่งให้ผลออกมา เป็นแรงผลักแรงไดโพลมีบทบาทสำคัญในการจัดเรียงตัวที่เป็นระเบียบของโมเลกุลในผลึก สำหรับโมเลกุลในสถานะแก๊สและของเหลว โมเลกุลมีการจัดเรียงตัวอย่างไม่เป็นระเบียบ เพราะมีการเคลื่อนไหวมากจึงเป็นผลให้แรงไดโพลมีทั้งแบบผลักและดึงดูด ซึ่งทำให้แรงลัพธ์ออกมา เป็นแรงดึงดูดอย่างอ่อนๆ 2. แรง dipole-induced dipole คือ แรงที่เกิดจากโมเลกุลที่มีขั้วเหนี่ยวนำให้โมเลกุล หรืออะตอมตัวอื่นมีขั้วด้วย จากนั้นอะตอมหรือโมเลกุลดังกล่าวก็มีแรงกระทำต่อกันเกิดขึ้น ซึ่งแรงนี้จะมากหรือน้อยขึ้นอยู่กับความสามารถในการเกิดมีขั้ว (polarizability) ของโมเลกุลที่ถูกเหนี่ยวนำ โดยทั่วไปอะตอมหรือโมเลกุลที่มีขนาดใหญ่ จะมีความสามารถในการเกิดมีขั้วสูงกว่า อะตอมหรือโมเลกุลที่มีขนาดเล็ก
    การเกิดแรง dipole-induced dipoleเช่น HCl กับ Ar แสดงได้ดังรูป
    3. แรง London(dispersion)คือ แรงดึงดูดระหว่างโมเลกุลที่ไม่มีขั้วด้วยกัน เช่น O2, Ne2เป็นต้น เนื่องจากอิเล็กตรอนเคลื่อนที่แบบไร้ทิศทางทำให้บางครั้ง อิเล็กตรอนมากระจุกกันอยู่บริเวณเดียวกันทำให้เกิดประจุลบบางส่วน(ประจุลบชั่วคราวที่มีค่าประจุน้อยมาก)เกิดขึ้น และทำให้บริเวณที่ไม่มีอิเล็กตรอนอยู่เกิดประจุบวกบางส่วน(ประจุบวกชั่วคราวที่มีค่าประจุน้อยมาก)ซึ่งแสดงได้ดังรูป
    หลังจากอะตอมจะกลายเป็นอะตอมที่มีขั้วชั่วคราว อะตอมที่มีขั้วก็จะเหนี่ยวนำให้อะตอมใกล้เคียงกลายเป็นอะตอมที่มีขั้วตามไปด้วย ซึ่งแสดงได้ดังรูป
    จากรูปแสดงการเกิดแรงลอนดอนของ Ne โดยจุดสีแดงคือ electron จะเห็นว่าบางครั้งอิเล็กตรอนอยู่ ณ.บริเวณใดบริเวณหนึ่งของอะตอมมากกว่าบริเวณหนึ่งกลายเป็นอะตอมที่มีขั้วบางส่วน จากนั้นก็จะเหนี่ยวนำให้อะตอม Ne ใกล้เคียงกลายเป็นอะตอมที่มีขั้วบางส่วนตามไปด้วย จึงเกิดแรงดึงดูดซึ่งกันและกันแต่ว่าเป็นแรงดึงดูดแบบอ่อน
    โดยทั่วไปแล้วที่ความดันสูงและอุณหภูมิต่ำแรงแวนเดอร์วาลส์สามารถทำให้โมเลกุลของก๊าซที่ไม่มีขั้วกลายเป็นโมเลกุล
    ในสถานะของเหลวได้
    แรงชนิดนี้จะมีความแข็งแรงมากขึ้นถ้าโมเลกุลมีขนาดใหญ่ขึ้นทำไม?นั่นเป็นเพราะว่าโมเลกุลขนาดใหญ่กว่าจะมีอิเล็กตรอนมากกว่า ซึ่งบางครั้งอิเล็กตรอนเหล่านั้นมารวมกันอยู่ ณ บริเวณหนึ่งๆในอะตอมมากกว่าบริเวณหนึ่งทำให้เกิดประจุบางส่วนขึ้น แต่เนื่องจากมีจำนวนอิเล็กตรอนมากดังนั้นประจุที่เกิดจึงมีค่ามากกว่าจึงเหนี่ยวนำให้เกิดประจุที่แข็งแรงกว่า
    ข้อควรรู้ไม่ว่าจะเป็นพันธะไอออนิกหรือพันธะเคมีอื่นๆ เช่นการเกิด NaCl หรือ พันธะโคเวเลนต์ เช่น การเกิดเป็นโมเลกุลของฟลูออรีน สามารถเกิดแรงแวนเดอร์วาลส์ก่อนที่จะเกิดพันธะดังกล่าวได้แต่แรงดังกล่าวมีค่าน้อยมาก เมื่อเทียบกับแรงที่เกิดขึ้นอันเนื่องมาจากพันธะเคมีอื่นๆที่เกิดขึ้น
    ที่มา:
    เขียนโดย ที่ ไม่มีความคิดเห็น:

    พันธะไฮโดรเจน

    บทเรียนที่ 11 พันธะไฮโดรเจน
    พันธะไฮโดรเจนคือ พันธะที่เกิดขึ้นอันเนื่องมาจากแรงดึงดูดระหว่างโมเลกุลสองโมเลกุล ซึ่งแต่ละโมเลกุลนั้นประกอบด้วยอะตอมของไฮโดรเจนสร้างพันธะโคเวเลนต์กับอะตอมของธาตุที่มีค่าอิเล็กโทรเนกาติวิตี (en) สูงมากๆ เช่น F, O และ N ซึ่งมีค่าอิเล็กโทรเนกาติวิตีประมาณ 3.98, 3.44 และ 3.04 ตามลำดับ เช่น การเกิดพันธะไฮโดรเจนระหว่างอะตอม ไฮโดรเจน และ ออกซิเจน แสดงได้ดังรูป
    เปรียบเทียบโครงสร้างของน้ำและนำ้แข็ง
    ในกรณีของน้ำโมเลกุลแต่ละโมเลกุลของน้ำอาจเกิดพันธะไฮโดรเจนกับโมเลกุลของน้ำข้างเคียงอีกสี่อะตอม (ดังรูป) โครงสร้างของน้ำที่เป็นของเหลว เกิดจากโมเลกุลของน้ำหลายๆโมเลกุลยึดกันด้วยพันธะไฮโดรเจน แต่ว่ายังไม่ค่อยเป็นระเบียบนักเนื่องจากโครงสร้างของน้ำมีส่วนหนึ่งดึงดูดกันอยู่ด้วยแรงขั้วคู่-ขั้วคู่ และ การสร้างและสลายพันธะไฮโดรเจนตลอดเวลา โครงสร้างของน้ำ (ของเหลว) แสดงได้ดังรูป
    ในกรณีของน้ำแข็งโมเลกุลของน้ำแต่ละโมเลกุลสร้างพันธะไฮโดรเจนกับโมเลกุลอื่นๆอีก 4 โมเลกุลเช่นเดียวกัน แต่มีความเป็นระเบียบมากกว่า โดยระยะห่างระหว่างออกซิเจนของโมเลกุลของตัวมันเองกับโมเลกุลใกล้เคียงมีค่าประมาณ 2.76 อังสตรอม (Ao) ผลึกของน้ำแข็งมีได้หลายรูป แต่รูปที่พบในธรรมชาติ คือ hexagonal
    www.ill.fr/dif/ 3D-gallery.html
    เพื่อความเข้าใจมากขึ้นขออธิบายพันธะไฮโดรเจนผ่านกระบวนการการเกิดเป็นน้ำแข็งของน้ำ ซึ่งจะช่วยให้แยกแยะระหว่างพันธะโคเวเลนต์กับพันธะไฮโดรเจนได้เป็นอย่างดี
    น้ำ 1 โมเลกุลประกอบด้วย
    ไฮโดรเจน 2 อะตอม

    ออกซิเจน 1 อะตอมออกซิเจนซึ่งมีเวเลนซ์อิเล็กตรอนเท่ากับ 6 ดังนั้นเมื่อใช้อิเล็กตรอนไป 2 ตัวเพื่อเกิดพันธะโคเวเลนต์กับ H สองอะตอม (อะตอมละ 1 อิเล็กตรอน) จึงเหลือ 4 อิเล็กตรอนหรือมีอิเล็กตรอนคู่โดดเดี่ยว 2 คู่ ดังรูป
    การเกิดพันธะไฮโดรเจนในกรณีนี้เกิดจากแรงดึงดูดระหว่างอะตอมของ H ซึ่งมีประจุบวก กับอิเล็กตรอนคู่โดดเดี่ยวซึ่งมีประจุลบ ดังรูป
    ดังนั้นน้ำแข็งจึงเกิดจากโมเลกุลของน้ำหลายๆโมเลกุลเชื่อมกัน หรืออาจกล่าวได้ว่าอะตอมของ O เชื่อมกันโดยอาศัยพันธะโคเวเลนต์และพันธะไฮโดรเจนร่วมกัน โดย 1 อะตอมของออกซิเจนจะเชื่อมกับอีก 4 อะตอมของออกซิเจน ดังรูป
    เกิดเป็นผลึกของน้ำแข็งมีลักษณะโครงสร้างคล้ายเพชร ดังรูป

    มองจากด้านบน (top view)



    มองจากด้านหน้า (front view)

    เพื่อที่จะสามารถมองและเข้าใจเกี่ยวกับพันธะไฮโดรเจนได้กว้างขึ้น ให้นักเรียนลองพิจารณาพันธะไฮโดรเจนใน DNA (deoxyribonucleic acid) เป็นที่รู้กันว่าโครงสร้างของ DNA ประกอบด้วยสามส่วนที่สำคัญ คือ หมู่ฟอสเฟต น้ำตาล และ เบส ซึ่งเบส ที่พบใน DNA มี 4 ชนิด คือ Adenine(A), Thymine(T), Guanine(G), Cytosine(C)ต่อกันเป็นสายยาวแบบเกลียวคู่ (double helix) โดยเบสที่เข้าคู่จะมีความจำเพาะ นั่นคือโดยทั่วไปแล้ว เบส A จะเข้าคู่กับ T และ C จะเข้าคู่กับ Gทำไมถึงเป็นเช่นนั้นหละ ?
    ถ้าอยากรู้ลองพิจารณาจากรูปครับ
    จากรูปจะเห็นว่าการที่ เบส A เข้าคู่กับ เบส T และเบส C เข้าคู่กับเบส G ทำให้รูปร่างของคู่เบสในสามมิติ คล้ายคลึงกันมาก ทำให้ DNA มีรูปร่างเป็นเกลียวคู่สม่ำเสมอมากทีเดียว จากรูปเป็นการจับคู่เบสตามแนวคิดของ Watson-Crick ซึ่งได้รับการพิสูจน์แล้วว่าเป็นจริงเมื่อพิจารณาการเกิดพันธะไฮโดรเจนจะเห็นว่า Adenine สามารถสร้างพันธะไฮโดรเจนกับ Thymine ได้ สองพันธะ และ Cytosine สามารถสร้างพันธะไฮโดรเจนกับ Guanine ได้ สาม พันธะพอดี ซึ่งพันธะไฮโดรเจนที่เกิดขึ้นถึงแม้จะมีความแข็งแรงน้อยกว่า พันธะโคเวเลนต์ แต่อย่างไรก็ตามในโมเลกุลของ DNA มีจำนวนพันธะไฮโดรเจนเกิดขึ้นมากมาย ดังนั้นจึงเสริมแรงกันและ ทำให้โมเลกุลของ DNA ที่เป็น double helix มีความเสถียร นอกจากนี้ถ้าเปรียบเทียบความแข็งแรงของแรงยึดเหนี่ยวระหว่าง คู่เบส A-T และ C-G จะเห็นว่า C-G มีความแข็งแรงมากกว่าเพราะมีพันธะไฮโดรเจนมากกว่า (เบส C สร้างพันธะไฮโดรเจนกับ G สามพันธะ ในขณะที่ เบส A สร้างพันธะไฮโดรเจนกับ T สองพันธะ
    เขียนโดย ที่ ไม่มีความคิดเห็น:
    สมัครสมาชิก: บทความ (Atom)