น้ำ 1 แก้วมีอะตอมกี่อะตอม เมื่อเทียบกับน้ำทั้งมหาสมุทร

* รูปภาพใช้เพื่อประกอบเนื้อหาเท่านั้น อาจไม่ใช่ภาพเหตุการณ์จริงหรือภาพจริงจากเรื่องในบทความ ขอบคุณภาพประกอบจาก https://graphic.in.th

แก้วน้ำใสบนโต๊ะดูเหมือนมีเพียงของเหลวธรรมดา แต่ถ้าแยกมันออกทีละชิ้น เราจะพบตัวเลขที่ใหญ่จนสมองแทบจินตนาการไม่ไหว

เพื่อให้เทียบกันได้ชัดเจน สมมติว่าแก้วหนึ่งใบมีน้ำ 200 มิลลิลิตร ซึ่งใกล้เคียงกับแก้วน้ำดื่มทั่วไป แล้วลองคำนวณจากมวลของน้ำ โมเลกุล และปริมาตรของมหาสมุทร

เริ่มจากโมเลกุลของน้ำ

น้ำประกอบด้วยโมเลกุล H₂O หนึ่งโมเลกุลมีไฮโดรเจน 2 อะตอมกับออกซิเจน 1 อะตอม รวมเป็น 3 อะตอม

น้ำบริสุทธิ์ 200 มิลลิลิตรมีมวลใกล้เคียง 200 กรัม เมื่อนำไปหารด้วยมวลโมลาร์ของน้ำประมาณ 18.015 กรัมต่อโมล จะได้ประมาณ 11.1 โมล

ฐานข้อมูลค่าคงที่ทางฟิสิกส์ของ NIST กำหนดค่าคงที่อโวกาโดรไว้ที่ 6.02214076 × 10²³ อนุภาคต่อโมล ดังนั้นน้ำ 200 มิลลิลิตรจึงมีโมเลกุลน้ำประมาณ 6.69 × 10²⁴ โมเลกุล

เมื่อแต่ละโมเลกุลมี 3 อะตอม จำนวนอะตอมทั้งหมดในแก้วจึงอยู่ที่ประมาณ 2.01 × 10²⁵ อะตอม หรือเลข 2 ตามด้วยศูนย์ในระดับที่ยาวเกินกว่าจะนับด้วยการไล่ทีละตัว

คำว่าอะตอมในที่นี้หมายถึงหน่วยพื้นฐานของธาตุ ไม่ได้หมายความว่าเป็นชิ้นส่วนที่เล็กที่สุดของธรรมชาติ เพราะอะตอมยังประกอบด้วยอนุภาคย่อย เช่น อิเล็กตรอนและนิวเคลียส

เอาไปเทียบกับมหาสมุทร

ตารางข้อมูลของสำนักงานสำรวจธรณีวิทยาสหรัฐฯ ระบุว่า มหาสมุทร ทะเล และอ่าวทั่วโลกมีน้ำรวมกันประมาณ 1,338,000,000 ลูกบาศก์กิโลเมตร

น้ำ 1 ลูกบาศก์กิโลเมตรเท่ากับ 10¹⁵ มิลลิลิตร เมื่อนำปริมาตรน้ำทั้งหมดมาหารด้วยขนาดแก้ว 200 มิลลิลิตร จะได้จำนวนแก้วประมาณ 6.69 × 10²¹ ใบ

ตัวเลขนี้ไม่ได้หมายความว่ามีคนเอาแก้วไปตักน้ำจริง ๆ แต่เป็นการเปลี่ยนปริมาตรมหาสมุทรให้เป็นหน่วยเดียวกับแก้ว เพื่อให้เปรียบเทียบกันได้ตรง ๆ

งานศึกษาปริมาตรมหาสมุทรที่ตีพิมพ์ในวารสาร Oceanography ระบุว่า ตัวเลขดังกล่าวเป็นค่าประมาณ เพราะความลึกเฉลี่ยของพื้นมหาสมุทรยังมีความไม่แน่นอน การคำนวณจึงไม่ใช่การนับแก้วแบบแม่นยำถึงใบสุดท้าย

ตัวเลขสุดท้าย

นำจำนวนอะตอมในน้ำ 1 แก้วไปหารด้วยจำนวนแก้ว 200 มิลลิลิตรที่เทียบเท่ากับปริมาตรมหาสมุทร จะได้ประมาณ 3,000 เท่า

น้ำ 200 มิลลิลิตรในแก้วหนึ่งใบจึงมีอะตอมมากกว่าจำนวนแก้วขนาดเดียวกันที่ต้องใช้แทนปริมาตรน้ำในมหาสมุทรทั่วโลกราว 3,000 เท่า

ถ้าเปลี่ยนจากการนับอะตอมเป็นการนับเฉพาะโมเลกุลน้ำ ตัวเลขก็ยังสูงกว่าจำนวนแก้วในมหาสมุทรประมาณ 1,000 เท่า ความแตกต่างเกิดจากโมเลกุลน้ำหนึ่งโมเลกุลมีอะตอมอยู่ 3 อะตอม และน้ำหนึ่งแก้วมีโมเลกุลอยู่แล้วในระดับ 10²⁴

ดังนั้นภาพของแก้วน้ำเล็ก ๆ บนโต๊ะจึงซ่อนโครงสร้างระดับจุลภาคที่มีจำนวนหน่วยย่อยมหาศาล เมื่อใช้คณิตศาสตร์แปลงหน่วย ปริมาตรเพียง 200 มิลลิลิตรก็สามารถเอาชนะตัวเลขจำนวนแก้วที่แทนมหาสมุทรทั้งโลกได้