氫原子 整顆 水分子 氧原子 - ylib › ws2008 › images › 14_b.pdf ·...
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水.另一個未知的世界 他又要墜落了,從高高的天空。他一點兒也不擔心,從有記憶以來,這件事已經重複千百億兆次了...
他存在於一個名為『地球』的星球上。他一點兒也不孤獨,事實上,地球到處
充斥著他的夥伴,常有『人』(一種生活在地球上的生物)讚許他們道:就是因
為他們的豐富,才成就了地球穏定的氣候;蘊孕了地球上活躍的生命!人類對他
們充滿感激,但他們仍只是──安安靜靜地,生活。
長相
你或許會好奇,他們究竟是誰?長什麼樣子?地球上的人類統稱他們為『水』。
不過,人類的眼睛根本看不見一個單獨的他!一顆『氧原子』結合兩個『氫原子』,
三顆圓滾滾的原子構成了基本長相,人類稱這為『水分子』!(如附圖一)
氫原子
氧原子
整顆水分子
附圖一 每一個水分子均由一顆氧原子及二顆氫原子所構成。
他們體內彷彿有用不完的能量,總是任意方向的奔跑,撞到障礙物再反彈開繼
續跑,對他們而言,生活就是『碰撞』!他常懷疑:有緣撞到同一個水分子嗎?
不過,他分辨不出來!因為所有的夥伴全長同個樣!
氫氧原子的結合如此之強,即使他們從高空中落下,也不會有絲毫的損傷!他
驕傲地想:世界上大概沒什麼力量能肢解他們吧!在他們的世界裡流傳著一個恐
怖的傳說:傳說中有的水分子會自動『解離』,一個氫原子帶著『正電』離開,
留下氧原子和另一個氫原子帶著『負電』(如附圖二),他根本不敢去想像這個畫
面!不過,遇上的機率非常低,約只有 0.000000018%!
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附圖二 傳說中,有水分子的氫原子帶著正電離開,留下氧原子和另一個氫原子帶著負電,不過,
機率非常低!
外貌
他不知道自己族群在人類心目中原來有這麼多的外貌!水、冰、水蒸氣、冰雹、
雪、霜、雲、雨、露...都是由他們所構成,而這一切樣貌的改變全仰賴水分
子間距離變化。在經歷愈多後,他了解到人類所說的多樣其實只有固態的『冰』、
液態的『水』和氣態的『水蒸氣』三種!
平常環境下,他們大多以『水』的狀態存在,『雲』、『雨』、『露』也是『水』!
這時的他們是自由的,所以水可以流動;但又不夠自由,所以水有固定的體積。
4℃時的分佈最緊密,1c.c. (請想像一下大小!)的水質量 1 公克,約含有33,333,333,333,333,333,333,333 個水分子(請數一下數量!),當中還包括了水分子的活動的空間(如附圖三)(很難想像一下水分子的大小吧!),『水』的密度
雖會隨著環境溫度等有些差異,但相去不遠!
附圖三 即使是一小滴水,裡面都含有難以計數的、運動中的水分子!
他曾與同伴被送進叫做冰箱的東西,裡面冷得他們直打哆嗦,熱量一直流失,
他們漸漸地在特定的位置上固定下來,沒力氣再移動。每個水分子周圍均有四個
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水 分 子 , 形 成 正 四 面 體 的 網 狀 結 構 ( 如 附 圖 四 ), 現 在 1c.c. 中 只 剩 約30,666,666,666,666,666,666,666 個水分子,他與同伴間的距離變大了。只要溫度低於0℃,他們就會變成『冰』!水結冰後,體積大一些,密度小一點,所以冰
能浮在水上。他曾經到過北極海域,看過一大塊一大塊的冰山飄浮在水面,好不
雄偉!可惜近年來,地球溫度上升,冰山大量『熔化』為水,他們留在冰山裡的
機會愈來愈少了!
附圖四 凝固時,水分子們形成正四面體的空間網狀結構!
他也曾與同伴被放入鍋中煮!真是愈熱愈有勁,他拼了命地橫衝直撞,完全沒
了思想,跌跌撞撞地與同伴碰撞好幾次後,衝離了水面,飄散在空氣中,所有的
同伴都離他好遠,現在他們的體積是水的 1700 倍!他聽見有人喊著:『水滾了!
水滾了!』。溫度超過 100℃時,他們變成『水蒸氣』,水蒸氣是看不見的!外面
的空氣不像鍋內那麼熱,他們恢復理智,速度慢了下來,大夥兒開始靠攏,『凝
結』成很小很小的『水滴』,順著氣流飄,於是人們看見了上升中的縷縷白煙。
他感謝氧原子與氫原子的結合如此堅強,使他冰裡來、火裡去,仍能夠維持完
好。聚聚散散、疏疏密密,在人們眼中的他們狀態改變了,但是每個水分子可一
點兒也沒變呢!(如附圖五)
冰 水
凝固
熔化 蒸發或沸騰
凝結
水蒸氣
附圖五 水分子間的距離不同,所呈現的狀態也不同!
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高空
水分子不停地運動,一不小心衝出群體,來到大氣中,即使溫度不到 100℃,也會變成『水蒸氣』,人類稱這種現象為『蒸發』。開放狀態下的水總是不停蒸發
著。他有過許多從不同地方蒸發的經驗,晾乾中的衣服啦!植物的葉面啦...
最頻繁的還是從海面了。蒸發後的他來到高空,隨著氣流飄了近 10 天,行走了數千公里。
而現在的他正和一群夥伴們,在距離地表約 10 公里的高空等待著,等待著所謂適當的時機落下。他不懂為何自己得常常不斷地蒸發、落下?不斷地循環?所
幸生性樂觀的他,懂得在每次的差異中尋求新鮮與快樂。例如...
寒冷的高空裡散佈著一些叫『塵埃』的粒子,直徑大約是水分子的 1000 倍,
塵埃粒子具有莫大的吸引力,大家紛紛以塵埃粒子為中心靠攏,附著在塵埃表面
上,此時,『水蒸氣』『凝結』成了『水』的狀態,變成水滴了。
剛形成的水滴很輕,不會掉到地面上,飄在天空中形成一朵一朵的雲,『雲滴』
有大有小,相撞時,小雲滴併進了大雲滴;雲滴越來越大,大到上升氣流再也托
不住時,就變成了『雨滴』(雨滴的直徑大小約為雲滴的 100 倍!)嘩啦嘩啦地掉落地面。這是他最常墜落大地的方式了。但是這次,他希望可以不一樣!
有幾次,當溫度低於 0℃時,他們一層又一層地堆疊在塵埃粒子上,約5分鐘的時間就能『凝固』成『冰晶』(好美的名字!)。這時候,高空的雲裡,不再只
有水滴,還有很多的冰晶!冰晶聚在一起產生『雪花』,雪花有大有小,平常只
能形成粉末!以『雪』的方式降落,但有一回不同...。
記得那回的天氣特別冷,有-15℃吧!高空中的水分子夠多,大家一直堆疊,拜氧氫原子結合時的角度所賜,他們逐漸凝聚成為樹枝狀,樹枝上又長出新小枝
枒,最終成了六邊形的雪花,那時的他覺得自己美得像精靈!整個冬天,他與同
伴高貴地掛在一棵柏樹梢上。
還有一次,高空裡的水氣特別充足,上升的氣流又旺盛。他們在雲裡形成大大
小小的水滴和冰晶,在上升氣流攜帶下,凍成不透明的冰層;當上升氣流減弱,
托不住他們時,又落下與水滴形成透明的冰層,待另一股更強的上升氣流把他們
帶上升。冰粒就這樣一層透明、一層不透明地增長,直到最後,上升氣流再也撐
不住時,他們就從雲中落了下來,人們喊著:『冰雹!冰雹!』他又以另一種方
式落到地面了。那回,在雲裡不斷地上上下下,他頭都暈了!
現在的他心裡倒是很期待,不知這次的『適當時機』會在何時來到?屆時他又
將以怎樣的面貌降臨呢?
旅行
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結果他失望了,這次只是以普通的降雨形式掉落!過程中,他暗自祈禱,希望
別直接掉入城市髒兮兮的排水溝裡!他希望可以落在美麗的花朵上,滋潤她的生
命。等著了地,他發現自己敞揚在一條清澈的小溪內,正與周圍數以千百萬兆計
的同伴向前,一路上,他小心地避開石頭,不想被卡在石頭上,讓烈日曝曬,一
下子又蒸發回到天空;他也很小心,避免被河中的魚蝦吞下肚。
看來清澈的溪水其實含的東西可多呢!除了一些碩大的、不知名的怪獸外,一
路上還有許多其它種類的『分子』陪伴。途中,他遇到一位『鈣離子』,鈣離子
難過地說:『其實我本來住在一顆山上的石頭裡,已經住了千萬年了,結果一場
雨,我就這麼被沖下來了。』
鈣離子說的,他了解!其實他一直很納悶,近年來的降雨中,他們水分子之間
摻雜了愈來愈多的『氫離子』,氫離子就是帶了『正電』的氫原子,每次一看見
那些氫離子,他就忍不住摸摸自己的氫原子還在不在。他看到,就是這些氫離子
隨著雨水落在石頭上,損壞這些石頭,他一度震驚,這麼小的氫離子面對堅硬的
石頭怎有這般能耐?!
他終於在一個大水池停下來,過了好長時間,突然有許多巨大的『膠凝粒子』
從天而降,池水起了大漩渦,使得他在裡面都快吐了!好不容易一切恢復平靜,
膠凝粒子吸附了好多東西緩緩降落,沉到底部,過了幾天,周遭的視野變清澈了。
接著又通過許許多多的砂粒縫,他慶幸自己夠小,可以一路通行無礙,但是一些
較大的粒子可沒這麼幸運,他們全被卡在砂粒縫裡。現在,周遭的水更清澈了,
本以為可以鬆口氣,想不到突然又有許多黃綠色的『氯分子』加了進來...
氯分子似乎很恐怖,周圍殘存的一些小生物碰到了他們,全都嗚呼哀哉,水分
子好害怕,想說自己這次完蛋了,可是氯分子很友善地對他說:『別擔心,我只
負責消毒,你剛剛經歷了自來水廠的淨手程序(如附圖六),現在變成人類家庭
的自來水啦!』
雨雪
淨水場
用戶
沉澱 過濾 消毒水庫
湖 河
水源林
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附圖六 自來水由水源至用戶過程簡化說明圖!
新生
他伴隨著嘩啦嘩啦的流水聲來到一個大水槽,看見一群人類孩子,七手八腳
的,又是擺試管,又是放電線,又是...,終於完成了裝置(如附圖七),隠
約中,他瞭解到,原來他在一間中學的實驗室裡,台上的老師正在教學生們進行
『水的電解』。『水』?!不就是他嗎?那『電解』又是什麼?
試管
電線
水槽
電池
附圖七 水的電解裝置圖!
突然間,他感受到身體內有一股撕裂的力量,他好害怕,努力對抗著,不可思
議的事發生了,他曾經堅信自己的身體強壯-從高空落下都無法摧毀的氫氧結
合,就在他的眼前分離了,他親眼看著同伴們身體分離,兩個氫原子結合成『氫
分子』往一邊離開,兩個原屬不同水分子的氧原子也結合成『氧分子』往另一邊
去。『氧分子』他是認得的,這玩意在空氣中可多的呢!他知道動物們都靠氧分
子進行『呼吸』,但他可從來沒有想過,氧氣可以這樣產生,眼前這景像遠遠超
乎他的任何想像(如附圖八)!
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快樂的氫分子 快樂的氧分子
驚嚇的水分子
附圖八 兩個水分子在電解後會分解成兩個『氫分子』及一個『氧分子』!
但是當他定眼一看,他發現新生的『氫分子』或『氧分子』很高興呢!他們似
乎忘了之前的人生!其實重啟另一個人生何嘗不好呢?或許就在之前的某一
天,一個突然的組合產生了他這個水分子,在這段長時間裡,各種水的經歷(附
圖九),他幾乎都試過了,現在試試其它的生活也未嘗不好呀!於是,他笑著,
放開了掙扎,準備迎接他的下個新生活...
湖 河
海洋
降水 降水
地下水
蒸發蒸發
凝結 凝結
附圖九 水循環過程簡單說明圖!