用微波炉热咖啡或爆玉米花时,实际是水在起作用,尤其是水分子在起作用。
微波炉能用来做饭,是因为微波对水分子有亲和性。微波辐射,与无线电波和光波辐射一样,以水分子吸收的频率活动。用微波炉烤土豆或加热一盘速冻芝士通心粉,正是激活了水分子,才做熟了饭。
事实上,每个水分子都像一个小磁体—结合在一起的三个原子,看起来有点儿像米老鼠的头,两个氢原子是两只耳朵,一个氧原子是头。两个“耳朵状的”氢原子形成正极,较大的氧原子形成负极。当微波飞速穿过时,每个水分子的运动方向将随辐射波场而变动,尽力调整运动速度,适应辐射波的频率,最终会飞快旋转。咖啡或烘烤的土豆中的水分子在微波作用下,一秒钟能旋转10亿次。
水分子的运动产生热量,由此才将食物加热。当玉米粒中14%的水分蒸发,再膨胀爆开时,微波爆米花就做好了。(大部分塑料容器、盘子和纸盘不受微波辐射的影响。)
尽管微波炉操作简单,可是事实上,水却复杂难懂,非同寻常,几乎神秘得不可捉摸,不仅在情感或文化意义上如此,从物理学意义上而言,水的复杂始于分子层面的极性,所以微波炉才能成功发明。
科学家将水分子磁体—一极带有正电荷,一极带有负电荷—称为极性分子。水分子的极性,比用微波炉做爆米花更重要。
极性在水分子中产生黏性,像放在甩干机中的袜子相互黏在一起一样。液态水分子黏附被称为氢键黏结。水分子中的氢原子,即米老鼠头上的耳朵,紧紧地与氧原子黏结。但因为氢原子带有微弱的正电荷,它们也与周围的水分子中带负电荷的氧原子相吸。道理与甩干机中的袜子一样,虽然袜子也由分子构成,但袜子还会与周围的袜子黏附。
氢键黏结并不是理论上存在或暂时存在的,氢键与水的生命力、水的飞溅、水的湿润一样,都是水的基本特性。实际上,水分子之间的吸引,就像黏合剂一样,使我们所了解的自然界万物彼此相连。
科学家已经测量出,有氢键的液态水分子比没有氢键的水分子彼此之间的距离近15%。此外,水分子的氢键赋予了水各种各样令人吃惊的特性,而人类已渐渐离不开这些特性。
由于具有独特的氢键,水对气温变化的灵敏度非常高。水是一种温度变化幅度极大的液体,在32~212华氏度(约0~100摄氏度)的范围内,水都是液态,而且,它在适宜生命存活的所有温度下都是液态。人类赖以生存的大部分化学反应和生物过程都发生在液态水中—生命的存在不仅需要水,更需要液态水。而碰巧,水在人体需要的常温下是液态。