3.3 โปรตีน

 โปรตีน (อังกฤษ: protein) เป็นสารประกอบชีวเคมี ซึ่งประกอบด้วยพอลิเพปไทด์หนึ่งสายหรือมากกว่า ที่พับกันเป็นรูปทรงกลมหรือเส้นใย โดยทำหน้าที่อำนวยกระบวนการทางชีววิทยา พอลิเพปไทด์เป็นพอลิเมอร์สายเดี่ยวที่เป็นเส้นตรงของกรดอะมิโนที่เชื่อมเข้ากันด้วยพันธะเพปไทด์ระหว่างหมู่คาร์บอกซิลและหมู่อะมิโนของกรดอะมิโนเหลือค้าง (residue) ที่อยู่ติดกัน ลำดับกรดอะมิโนในโปรตีนกำหนดโดยลำดับของยีน ซึ่งเข้ารหัสในรหัสพันธุกรรม โดยทั่วไป รหัสพันธุกรรมประกอบด้วยกรดอะมิโนมาตรฐาน 20 ชนิด อย่างไรก็ดี สิ่งมีชีวิตบางชนิดอาจมีซีลีโนซิสตีอีน และไพร์โรไลซีนในกรณีของสิ่งมีชีวิตโดเมนอาร์เคียบางชนิด ในรหัสพันธุกรรมด้วย ไม่นานหรือระหว่างการสังเคราะห์ สารเหลือค้างในโปรตีนมักมีขั้นปรับแต่งทางเคมีโดยกระบวนการการปรับแต่งหลังทรานสเลชัน (posttranslational modification) ซึ่งเปลี่ยนแปลงคุณสมบัติทางกายภาพและทางเคมี การจัดเรียง ความเสถียร กิจกรรม และที่สำคัญที่สุด หน้าที่ของโปรตีนนั้น บางครั้งโปรตีนมีกลุ่มที่มิใช่เพปไทด์ติดอยู่ด้วย ซึ่งสามารถเรียกว่า โปรสทีติกกรุป (prosthetic group) หรือโคแฟกเตอร์ โปรตีนยังสามารถทำงานร่วมกันเพื่อบรรลุหน้าที่บางอย่าง และบ่อยครั้งที่โปรตีนมากกว่าหนึ่งชนิดรวมกันเพื่อสร้างโปรตีนเชิงซ้อนที่มีความเสถียร

หนึ่งในลักษณะอันโดดเด่นที่สุดของพอลิเพปไทด์คือความสามารถจัดเรียงเป็นขั้นก้อนกลมได้ ขอบเขตซึ่งโปรตีนพับเข้าไปเป็นโครงสร้างตามนิยามนั้น แตกต่างกันไปมาก โปรตีนบางชนิดพับตัวไปเป็นโครงสร้างแข็งอย่างยิ่งโดยมีการผันแปรเล็กน้อย เป็นแบบที่เรียกว่า โครงสร้างปฐมภูมิ ส่วนโปรตีนชนิดอื่นนั้นมีการจัดเรียงใหม่ขนานใหญ่จากโครงสร้างหนึ่งไปยังอีกโครงสร้างหนึ่ง การเปลี่ยนแปลงโครงสร้างนี้มักเกี่ยวข้องกับการส่งต่อสัญญาณ ดังนั้น โครงสร้างโปรตีนจึงเป็นสื่อกลางซึ่งกำหนดหน้าที่ของโปรตีนหรือกิจกรรมของเอนไซม์ โปรตีนทุกชนิดไม่จำเป็นต้องอาศัยกระบวนการจัดเรียงก่อนทำหน้าที่ เพราะยังมีโปรตีนบางชนิดทำงานในสภาพที่ยังไม่ได้จัดเรียง

เช่นเดียวกับโมเลกุลใหญ่ (macromolecules) อื่น ดังเช่น พอลิแซกคาไรด์และกรดนิวคลีอิก โปรตีนเป็นส่วนสำคัญของสิ่งมีชีวิตและมีส่วนเกี่ยวข้องในแทบทุกกระบวนการในเซลล์ โปรตีนจำนวนมากเป็นเอนไซม์ซึ่งเร่งปฏิกิริยาทางชีวเคมี และสำคัญต่อกระบวนการเมตาบอลิซึม โปรตีนยังมีหน้าที่ด้านโครงสร้างหรือเชิงกล อาทิ แอกตินและไมโอซินในกล้ามเนื้อและโปรตีนในไซโทสเกเลตอน ซึ่งสร้างเป็นระบบโครงสร้างค้ำจุนรูปร่างของเซลล์ โปรตีนอื่นสำคัญในการส่งสัญญาณของเซลล์ การตอบสนองของภูมิคุ้มกัน การยึดติดกันของเซลล์ และวัฏจักรเซลล์ โปรตีนยังจำเป็นในการกินอาหารของสัตว์ เพราะสัตว์ไม่สามารถสังเคราะห์กรดอะมิโนทั้งหมดตามที่ต้องการได้ และต้องได้รับกรดอะมิโนที่สำคัญจากอาหาร ผ่านกระบวนการย่อยอาหาร สัตว์จะแตกโปรตีนที่ถูกย่อยเป็นกรดอะมิโนอิสระซึ่งจะถูกใช้ในเมตาบอลิซึมต่อไป

โปรตีนอธิบายเป็นครั้งแรกโดยนักเคมีชาวดัตช์ Gerardus Johannes Mulder และถูกตั้งชื่อโดยนักเคมีชาวสวีเดน Jöns Jacob Berzelius ใน ค.ศ. 1838 นักวิทยาศาสตร์ด้านอาหารยุคแรกอย่าง Carl von Voit ชาวเยอรมัน เชื่อว่าโปรตีนเป็นสารอาหารที่สำคัญที่สุดในการคงโครงสร้างของร่างกาย เพราะมีการเชื่อกันทั่วไปว่า "เนื้อสร้างเนื้อ" บทบาทศูนย์กลางของโปรตีนในฐานะเอนไซม์ในสิ่งมีชีวิตยังไม่ได้รับการยอมรับจนกระทั่ง ค.ศ. 1926 เมื่อเจมส์ บี. ซัมเนอร์ แสดงให้เห็นว่าเอนไซม์ยูรีเอสแท้จริงแล้วเป็นโปรตีน โปรตีนชนิดแรกที่ถูกจัดลำดับคือ อินซูลิน โดยเฟรเดอริก แซงเจอร์ ผู้ซึ่งได้รับรางวัลโนเบลจากความสำเร็จนี้ใน ค.ศ. 1958 โครงสร้างโปรตีนแบบแรกที่สามารถอธิบายได้คือ ฮีโมโกลบินและไมโอโกลบิน โดย Max Perutz และเซอร์ John Cowdery Kendrew ตามลำดับ ใน ค.ศ. 1958 โครงสร้างสามมิติของโปรตีนทั้งสองเดิมพิจารณาโดยการวิเคราะห์การเลี้ยวเบนของรังสีเอกซ์ Perutz และ Kendrew ได้รับรางวัลโนเบลสาขาเคมีประจำ ค.ศ. 1962 ร่วมกันสำหรับการค้นพบเหล่านี้

หน้าที่ของโปรตีน

• โปรตีนหลายชนิดทำหน้าที่เป็นเอนไซม์หรือหน่วยย่อยของเอนไซม์
• โปรตีนทำหน้าที่ทางด้านโครงสร้าง เช่น ระบบเส้นใยของเซลล์ (cytoskeleton) ผม เส้นไหม
• โปรตีนที่ควบคุมการเคลื่อนไหว เช่น แอกติน ไมโอซิน
• เป็นภูมิคุ้มกันคอยปกป้องร่างกายจากสิ่งแวดล้อม เช่น แอนติบอดี
• ขนส่งสารภายในระบบร่างกาย เช่น ฮีโมโกลบิน
• เป็นแหล่งสำรองพลังงานยามขาดแคลน เช่นโปรตีนในเมล็ดข้าวและน้ำนม
• โปรตีนที่เป็นฮอร์โมน
• โปรตีนให้ความหวานในพืช
• โปรตีนป้องกันการแข็งตัวของเลือดในปลาที่อยู่ในแถบขั้วโลก
• โปรตีนช่วยสร้างเซลล์เนื้อเยื่อใหม่

3.2 คาร์โบไฮเดรต

คาร์โบไฮเดรต (อังกฤษ: Carbohydrate) เป็นสารชีวโมเลกุลที่สำคัญที่เป็นองค์ประกอบของสิ่งมีชีวิตทุกชนิด คำว่าคาร์โบไฮเดรตมีรากศัพท์มาจากคำว่า คาร์บอน (carbon) และคำว่าไฮเดรต (hydrate) อิ่มตัวไปด้วยน้ำ ซึ่งรวมกันก็หมายถึงคาร์บอนที่อิมตัวไปด้วยน้ำ เนื่องจากสูตรเคมีอย่างง่ายก็คือ (C•H2O) n ซึ่ง n≥3 โดยคาร์โบไฮเดรตจัดเป็นสารประกอบแอลดีไฮด์ (aldehyde) หรือคีโทน (ketone) ที่มีหมู่ไฮดรอกซิล (hydroxyl group, -OH) เกาะอยู่เป็นจำนวนมาก จึงเรียกว่า สารประกอบโพลีไฮดรอกซีแอลดีไฮด์ (polyhydroxyaldehyde) หรือ โพลีไฮดรอกซีคีโทน (polyhydroxyketone) ซึ่งการที่มีหมู่ไฮดรอกซิลในโมเลกุลนั้น ทำให้เกิดการวางตัวกัน และยังสามารถทำปฏิกิริยาหรือสร้างพันธะกับสารอื่น ๆได้ ดังนั้น คาร์โบไฮเดรตจึงมีความหลากหลายทั้งในด้านของโครงสร้างทางเคมี และบทบาททางชีวภาพอีกด้วย หน่วยที่เล็กทีสุดของคาร์โบไฮเดรตก็คือน้ำตาลโมเลกุลเดี่ยวหรือโมโนแซคคาร์ไรด์

คาร์โบไฮเดรตเป็นสารอาหารหลักซึ่งให้พลังงานเท่ากับ โปรตีน คือ 4 กิโลแคลลอรี่/1 กรัม ประกอบด้วย C คาร์บอน H ไฮโดรเจน และ O ออกซิเจน เป็นอัตราส่วน n:2n:n คาร์โบไฮเดรต แบ่งออกเป็น 3 อย่าง คือ

    1.น้ำตาลโมเลกุลเดี่ยว (monosaccharide)          ได้แก่ กลูโคส, ฟรุคโตส, กาแลคโตส

    2.น้ำตาลโมเลกุลคู่ (disaccharides) ได้แก่          มอลโตส, แลคโตส, ซูโครส

    3.พอลิแซ็คคาไรด์ (polysaccharides)                 ได้แก่ แป้ง, ไกลโคเจน, เซลลูโลส

3.1 ไขมันและน้ำมัน

ไขมันประกอบด้วย คาร์บอน ไฮโดรเจน และออกซิเจน โมเลกุลของไขมัน ประกอบด้วยกรีเซอรีน 1 โมเลกุล และกรดไขมัน 3 โมเลกุล ซึ่งอาจเป็นกรดไขมันชนิดเดียวกันหรือต่างกันได้ ไขมันมีหลายชนิด แล้วแต่ชนิดของกรดไขมันที่เป็นส่วนประกอบ ไขมันในอาหาร ประกอบด้วย ไตรกลีเซอไรด์ (Triglycerides) เป็นส่วนใหญ่ และ โคเลสเตอรอล (Cholesterol) เป็นส่วนน้อย ไตรกลีเซอไรด์เมื่ออยู่ในรูปของแข็งที่อุณหภูมิห้องปกติจะเรียกว่าไขมัน (Fat)หากเป็นของเหลวที่อุณหภูมิห้องปกติจะเรียกว่าน้ำมัน (Oil)

ไขมันและน้ำมัน เป็นสารประกอบประเภทเอสเทอร์ โดยไขมันเป็นเอสเทอร์ที่มีสถานะของแข็ง ส่วนน้ำมันเป็นเอสเทอร์ประเภทของเหลวที่อุณหภูมิ 25 องศาเซลเซียส เป็นสารที่ไม่ละลายน้ำ แต่ละลายในตัวทำละลายอินทรีย์ เช่น เฮกเซน อีเทอร์ คลอโรฟอร์ม ไขมันพบได้ทั้งในพืชและสัตว์ ซึ่งเกิดจากการรวมตัวของกรดไขมันซึ่งเป็นกรดอินทรีย์ที่มีมวลโมเลกุลมาก (โดยมี C-atom ตั้งแต่ 14 อะตอมขึ้นไป) กับกลีเซอรอลซึ่งเป็นแอลกอฮอล์ที่มีหมู่ OH ถึง 3 หมู่ 

โคเลสเตอรอล

เป็นไขมันที่ไม่จัดเป็นสารอาหาร เนื่องจากในร่างกายสร้างได้เองและเพียงพอ ไม่มีในพืช มีแต่ในสัตว์ ได้แก่ สมอง ไข่แดง หอย กุ้ง ปู เนย เครื่องในสัตว์ เป็นสารเบื้องต้นในการสร้างฮอร์โมนเพศทุกชนิด สร้างน้ำดี ฯลฯ กรดไขมันอิ่มตัวจะรวมตัวกับโคเลสเตอรอล เกาะตามผนังหลอดเลือด ทำให้เกิดการอุตัน การรับประทานกรดไขมันจำเป็น เช่น ไลโนเรอิก จะช่วยลดความเสี่ยงที่จะเกิดโรคหลอดเลือดอุดตันได้ ไตรกลีเซอไรด์เป็นไขมันที่เกิดจากปฏิกิริยาเคมีระหว่างกรดไขมันกับกลีเซอรอล เป็นส่วนใหญ่ของไขมันที่อยู่ในอาหาร และเป็นองค์ประกอบถึง 99% ในน้ำมันพืช เป็นแหล่งพลังงาน ที่สำคัญ

ไขมันทั่วไป  เกิดจากกรดไขมันกับแอลลกอฮอล์ ในโมเลกุลไขมันจะประกอบด้วย กลีเซอรอล และกรดไขมัน แบ่งออกเป็นสามชนิดคือ ไขมัน น้ำมัน ขี้ผึ้ง

ไขมันเชิงประกอบ คือไขมันที่สารอื่นอยู่ด้วยนอกเหนือจาก คาร์บอน ไฮโดรเจน และออกซิเจน PO4 , N, S เช่นฟอสฟอลิปิด ส่วนใหญ่ฟอสฟอลิปิดจะเป็นองค์ประกอบหลักของเยื่อหุ้มเซลต่างๆ

ไขมันอื่น ๆ ได้จาก 2 พวก แรกทำปฏิกิริยากัน

กรดไขมัน 

กรดไขมัน เป็นกรดที่เกิดในธรรมชาติจากการไฮโดรลิซิสไตรกลีเซอไรด์ กรดไขมันที่พบโดยทั่วไปจะมีจำนวนของคาร์บอนเป็นเลขคู่ ที่พบมากคือ 16 หรือ 18 อะตอม กรดไขมันในธรรมชาติมีประมาณ 40 ชนิด มีโครงสร้างที่ประกอบด้วยโซ่ยาวซึ่งเกิดจากธาตุคาร์บอน และหมู่คาร์บอกซิลซึ่งมีสมบัติเป็นกรด กรดไขมันแบ่งออกเป็น2ประเภท คือ

        - กรดไขมันอิ่มตัว (saturated fatty acids) เป็นกรดไขมันที่มีพันธะระหว่างคาร์บอนเป็นพันธะเดี่ยวทุกพันธะ กรดไขมันอิ่มตัวที่พบมากที่สุด ได้แก่ กรดสเตียริก กรดไขมันอิ่มตัวพบมากในไขมันสัตว์และน้ำมันมะพร้าว

        - กรดไขมันไม่อิ่มตัว (unsaturated fatty acids) เป็นกรดไขมันที่มีพันธะระหว่างคาร์บอนอย่างน้อย 1 ตำแหน่งที่เป็นพันธะคู่ กรดไขมันไม่อิ่มตัวที่พบมากที่สุด ได้แก่ กรดโอเลอิก กรดไขมันไม่อิ่มตัวพบมากในน้ำมันจากพืช สามารถใช้ไอโอดีนทดสอบได้

ปัจจัยที่กำหนดชนิดของกรดไขมัน  ได้แก่ 

1.  จำนวนอะตอมคาร์บอนโมเลกุล 

2.  จำนวนพันธะคู่หรือพันธะสาม 

3.  ตำแหน่งของพันธะคู่หรือพันธะสาม

บทที่ 3 อาหาร

อาหาร หมายถึงสสารใด ๆซึ่งบริโภคเพื่อเสริมโภชนาการให้แก่ร่างกาย อาหารมักมาจากพืชหรือสัตว์ และมีสารอาหารสำคัญ เช่น คาร์โบไฮเดรต ไขมัน โปรตีน วิตามิน หรือแร่ธาตุ สิ่งมีชีวิตย่อยและดูดซึมสสารที่เป็นอาหารเข้าสู่เซลล์เพื่อนำไปสร้างพลังงาน คงชีวิต หรือกระตุ้นการเจริญเติบโต

2.3 การละลายของสารในน้ำ

การเตรียมแร่ทำได้โดยการนำผงเกลือแร่ซึ่งเป็นของแข็งมาละลายในน้ำผงเกลือแร่ส่วนใหญ่ประกอบด้วยเกลือแกง (NaCl) และกลูโคส (CH, 0, ซึ่งเกลือแกงเป็นสารประกอบไอออนิกส่วนกลูโคสเป็นสารโคเวเลนต์ที่มีสมบัติละลายน้ำได้ซึ่งการละลายของสารประกอบไอออนิกและสารโคเวเลนต์มีลักษณะบางประการแตกต่างกันการละลายของสารในน้ำเกิดขึ้นเมื่อโมเลกุลของน้ำเข้าไปแทรกระหว่างโมเลกุลหรือไอออนของตัวละลายใต้สารผสมที่เป็นสารเนื้อเดียวเรียกว่าสารละลายโดยการละลายของสารในน้ำมีลักษณะคือการละลายแบบแตกตัวและการละลายแบบไม่แตกตัว

2.3.1 การละลายแบบแตกตัว

เมื่อละลายเกลือแกง (NaCl) ในน้ำโมเลกุลของน้ำจะเข้าล้อมรอบและแยกโซเดียมไอออน (Nat) และคลอไรด์ไอออน (CI) ออกจากกันในน้ำเกลือจึงประกอบด้วยสารละลายโซเดียมไอออนและสารละลายคลอไรด์ไอออนเขียนแทนด้วย Na (aq) และ CI (aq) ซึ่งไอออนเหล่านี้สามารถเคลื่อนที่ได้เมื่อต่อเข้ากับวงจรไฟฟ้าไอออนบวกจะเคลื่อนที่เข้าหาขั้วลบและไอออนลบจะเคลื่อนที่เข้าหาขั้วบวกทำให้กระแสไฟฟ้าไหลผ่านได้ส่งผลให้สารละลายสามารถนำไฟฟ้าเรียกสารละลายประเภทนี้ว่าสารละลายอิเล็กโทรไลต์ (electrolyte Solution) การละลายน้ำในลักษณะนี้เรียกว่าการละลายน้ำแบบแตกตัว

 นอกจากสารประกอบไอออนิกที่สามารถเกิดการละลายน้ำแบบแตกตัวแล้วสารโคเวเลนต์บางชนิดเช่นแก๊สไฮโดรเจนคลอไรด์ (HCI) เมื่อละลายน้ำจะแตกตัวให้ไฮโดรเจนไอออน (HF) และคลอไรด์ไอออน (CI) ได้สารละลายกรดไฮโดรคลอริกดังสมการเคมี

การละลายน้ำแบบแตกตัวของสารบางชนิดอาจทำให้ได้สารละลายที่มีสมบัติเป็นกรดหรือเบสซึ่งสามารถนำไปใช้ประโยชน์ในชีวิตประจำวัน

2.3.2 การละลายแบบไม่แตกตัว

สารโคเวเลนต์ที่ละลายน้ำได้ส่วนใหญ่เป็นสารโมเลกุลขนาดเล็กเช่นแก๊สออกซิเจนแก็สครอนหรือเป็นสารที่สามารถเกิดพันธะไฮโดรเจนกับน้ำได้เช่นกลูโคสน้ำตาลทรายเอทานอลแอซีโตนสารเหล่านี้เกิดการละลายน้ำแบบไม่แตกตัวได้สารละลายที่ไม่นำไฟฟ้าเรียกว่าสารละลายนอนอิเล็กโทรไลต์ (non-electrolyte solution) การละลายน้ำของแก๊สออกซิเจนและเอทานอล

2.2 สารในแหล่งน้ำธรรมชาติ

น้ำในแหล่งน้ำธรรมชาติเป็นน้ำที่ไม่บริสุทธิ์มีสารอื่นเจือปนซึ่งอาจเป็นสารโคเวเลนต์เช่นแก้ลออกซิเจน (O, แก๊สคาร์บอนไดออกไซด์ (CO,) และสารที่อยู่ในรูปของไอออนเช่นโซเดียมไอออป (Na) คลอไรด์ไอออน (CI) ไอออนทั้งสองชนิดนี้มีปริมาณมากในน้ำทะเลและเมื่อระเหยน้ำออกจะได้เกลือแกงหรือโซเดียมคลอไรด์ (NaCI) ซึ่งเป็นสารประกอบไอออนิก (ionic Compound)

2.2.1 สารประกอบไอออนิก

 สารประกอบไอออนิกประกอบด้วยไอออนบวกที่ยึดเหนี่ยวกับไอออนลบด้วยพันธะเคมีที่เรียกว่าพันธะไอออนิก (ionic bond) โดยไอออนบวกและไอออนลบจัดเรียงตัวสลับต่อเนื่องกันไปใน 3 มิติเกิดเป็นผลึกของแข็ง ในอัตราส่วนของไอออนที่ทำให้สารประกอบไอออนิกเป็นกลางทางไฟฟ้า

เนื่องจากสารประกอบไอออนิกเกิดจากการจัดเรียงตัวของไอออนที่เป็นองค์ประกอบต่อเนื่องเป็นไปใน 3 มิติโดยไม่สามารถหาขอบเขตได้แน่นอนจึงไม่จัดเป็นโมเลกุลและไม่สามารถเขียนตาโมเลกุลได้ดังนั้นสูตรเคมีของสารประกอบไอออนิกจึงเขียนแสดงอัตราส่วนอย่างต่ำของไอออนซึ่งเป็นราวสุตรเอมพิริคัล (empirical formula) การเขียนสูตรเอมพิริคัลทำได้โดยเขียนสัญลักษณ์ธาตุที่เป็นไอออนบวกไว้ข้างหน้าแล้วตามด้วยสัญกษาไชาตุที่เป็นไอออนลบและเขียนตัวเลขห้อยท้ายสัญลักษณ์ธาตุแต่ละชนิดเพื่อแสดงอัตราส่วนอย่างต่ำของจํานวนไอออนในการรวมตัวโดยไม่ต้องเขียนแสดงเลข 1 เช่นโซเดียมคลอไรด์ (NaCI) เป็นสูตรเคมีของเกลือแกงที่แสดงว่า Na รวมตัวกับ CI ด้วยอัตราส่วนอย่างต่ำ 1: 1

    

เนื่องจากสารประกอบไอออนิกเป็นกลางทางไฟฟ้าดังนั้นสูตรเอมพริคัสต้องประกอบด้วยจำนวนไอออนบวกและไอออนลบที่รวมตัวอัตราส่วนอย่างต่ำที่ทำให้ผลรวมของประจุเป็นศูนย์ดังตัวอย่างในตาราง

นอกจากนี้การเขียนสูตรเอมพิริคัลของสารประกอบไอออนิกยังอาจทำได้โดยการไขว้ตัวเลขประจุของไอออนแล้วทำตัวเลขให้เป็นอัตราส่วนอย่างต่ำดังตัวอย่าง

2.2.2การเปลี่ยนสถานะของสารประกอบไอออน

สารประกอบไอออนิกที่อยู่ในสถานะของแข็งไอออนบวกและไอออนลบจะจัดเรียงตัวสลับต่อเนื่องกันไปใน 3 มิติโดยไอออนต่างชนิดกันจะดึงดูดกันด้วยพันธะไอออนิกซึ่งเป็นแรงทางไฟฟ้าและไอออนแต่ละชนิดไม่สามารถเคลื่อนที่ได้เมื่อสารประกอบไอออนิกได้รับความร้อนพันธะไอออนิกบางส่วนจะถูกทำลายทำให้ไอออนบวกและไอออนลบเคลื่อนที่ได้มากขึ้นหากอุณหภูมิเพิ่มขึ้นถึงจุดหลอมเหลวจะเปลี่ยนสถานะเป็นของเหลวและเมื่อได้รับความร้อนต่อไปจนมีอุณหภูมิถึงจุดเดือดจะเปลี่ยนสถานะเป็นแก๊สการเปลี่ยนสถานะของสารประกอบไอออนิกจากของแข็งเป็นของเหลวหรือแก๊สต้องทำลายพันธะไอออนิกซึ่งมีความแข็งแรงมากกว่าแรงยึดเหนี่ยวระหว่างโมเลกุลของสารโคเวเลนต์มากดังนั้นจุดหลอมเหลวและจุดเดือดของสารประกอบไอออนิกจึงสูงกว่าสารโคเวเลนต์

2.1 โมเลกุลของน้ำ

น้ำเป็นสารประกอบที่มีสูตรโมเลกุลเป็น H, O ประกอบด้วยธาตุไฮโดรเจน 2 อะตอมและออกซิเจน 1 อะตอมยึดเหนี่ยวกันด้วยพันธะเคมี (chemical bond) โดยพันธะเคมีระหว่างอะตอมไฮโดรเจนกับอะตอมออกซิเจนเป็นพันธะโคเวเลนต์และน้ำจัดเป็นสารโคเวเลนต์

สารโคเวเลนต์อาจเป็นธาตุหรือสารประกอบส่วนใหญ่เกิดจากการรวมตัวกันของธาตุอโลหะโดยอะตอมจะยึดเหนี่ยวกันด้วยพันธะที่เรียกว่าพันธะโคเวเลนต์ (covalent bond) ซึ่งเป็นพันธะที่เกิดจากการใช้เวเลนซ์อิเล็กตรอนร่วมกันและคู่อะตอมที่ใช้เวเลนซ์อิเล็กตรอนร่วมกันเรียกว่าอะตอมคู่ร่วมพันธะจำนวนและชนิดของธาตุองค์ประกอบภายในโมเลกุลของสารโคเวเลนต์แสดงได้ด้วยสูตรโมเลกุล (molecular formula) นอกจากน้ำแล้วในธรรมชาติยังมีสารโคเวเลนต์ชนิดอื่น

สูตรโมเลกุลบอกชนิดและจำนวนอะตอมของธาตุที่เป็นองค์ประกอบใน 1 โมเลกุล แต่สูตรโมเลกุลไม่ได้แสดงว่าอะตอมคู่ใดยึดเหนี่ยวกันซึ่งการยึดเหนี่ยวกันของคู่อะตอมมีความสำคัญต่อสมบัติทางกายภาพและเคมีของสาร

2.1.1 สารโคเวเลนต์

     การแสดงการยึดเหนี่ยวกันของอะตอมภายในโมเลกุลสารโคเวเลนต์ทำได้โดยใช้สูตรโครงสร้าง (structural formula) ซึ่งแสดงคู่อิเล็กตรอนที่ใช้ร่วมกันในการเกิดพันธะโคเวเลนต์ด้วยเส้นพันธะโดยพันธะที่เกิดจากการใช้เวเลนซ์อิเล็กตรอนร่วมกัน 1 คู่เรียกว่าพันธะเดี่ยวซึ่งเขียนแทนด้วยเส้น 1 เส้นและพันธะที่เกิดจากการใช้เวเลนซ์อิเล็กตรอนร่วมกัน 2 และ 3 คู่เรียกว่าพันธะคู่และพันธะสามซึ่งเขียนแทนด้วยเส้น 2 และ 3 เส้นตามลำดับ

โมเลกุลของสารโคเวเลนต์อาจประกอบด้วยหลายพันธะและอาจมีพันธะโคเวเลนต์ที่เป็นพันธะเดี่ยวพันธะคู่หรือพันธะสามมากกว่า 1 ชนิด

2.1.2 การเปลี่ยนสถานะของน้ำแล้วความมีขั้ว

ที่อุณหภูมิห้องและความดัน 1 บรรยากาศน้ำมีสถานะเป็นของเหลวมีจุดเยือกแข็งหรือจุดหลอมเหลวที่ 0 องศาเซลเซียสและจุดเดือดที่ 100 องศาเซลเซียสเมื่อน้ำได้รับพลังงานจากสิ่งแวดล้อมหรือจากการให้ความร้อนโดยตรงโมเลกุลของน้ำในสถานะของเหลวซึ่งอยู่ชิดกันจะเคลื่อนที่ห่างกันมากขึ้นและอาจเปลี่ยนสถานะเป็นแก๊สโดยความร้อนที่ใช้ในการเปลี่ยนสถานะของน้ำให้เป็นไอน้ำต้องมีค่ามากพอที่จะทำลายแรงยึดเหนี่ยวระหว่างโมเลกุลของน้ำ

สารโคเวเลนต์แต่ละชนิดมีจุดหลอมเหลวและจุดเดือดต่างกัน เมื่อต้องการเปลี่ยนสถานะของสารเหล่านั้นจึงใช้พลังงานความร้อนไม่เท่ากันแสดงว่าแรงยึดเหนี่ยวระหว่างโมเลกุลของสารโคเวเลนต์แต่ละชนิดไม่เท่ากัน

สารโคเวเลนต์ที่มีจุดเดือดแตกต่างกันเกิดจากความแตกต่างของแรงยึดเหนี่ยวระหว่างโมเลกุลซึ่งเป็นผลมาจากสภาพขั้วของโมเลกุลที่เกิดจากพันธะโคเวเลนต์ระหว่างอะตอมของธาตุชนิดเดียวกันหรืออะตอมของธาตุต่างชนิดกันเช่นโมเลกุลของน้ำมีพันธะโคเวเลนต์ที่เชื่อมต่อระหว่างอะตอมต่างชนิดกันและน้ำจัดเป็นสารมีขั้วทำให้มีแรงยึดเหนี่ยวระหว่างโมเลกุลมากจึงมีจุดเดือดสูงเมื่อเปรียบเทียบกับโมเลกุลของแก๊สออกซิเจนซึ่งมีพันธะโคเวเลนต์ที่เชื่อมต่อระหว่างอะตอมของธาตุเพียงชนิดเดียวและออกซิเจนจัดเป็นสารไม่มีขั้วทำให้มีแรงยึดเหนี่ยวระหว่างโมเลกุลน้อยกว่าน้ำแก๊สออกซิเจนจึงมีจุดเดือดต่ำกว่าน้ำสารโคเวเลนต์ที่โมเลกุลประกอบด้วย 2 อะตอมหากเป็นธาตุชนิดเดียวกันจัดเป็นสารไม่มีขั้ว (non-polar substance) เช่นแก๊สไฮโดรเจน (Hy) แก๊สไนโตรเจน (N2) หากเป็นธาตุต่างชนิดกันจัดเป็นสารมีขั้ว (polar substance) เช่นไนโตรเจนมอนอกไซด์ (NO) ไฮโดรเจนคลอไรด์ (HCI) ส่วนสารโคเวเลนต์ที่ประกอบด้วยอะตอมมากกว่า 2 อะตอมอาจเป็นสารมีขั้วหรือไม่มีขั้วก็ได้ทั้งนี้ขึ้นอยู่กับรูปร่างโมเลกุลของสารแต่ละชนิดเช่นน้ำ (HO) แก๊สไข่เน่าหรือแก๊สไฮโดรเจนซัลไฟด์ (HS) แอมโมเนีย (NH) เป็นสารมีขั้วส่วนคาร์บอนไดออกไซด์ (CO2) มีเทน (CH.) เป็นสารไม่มีขั้วนอกจากสภาพขั้วของโมเลกุลที่ส่งผลต่อแรงยึดเหนี่ยวระหว่างโมเลกุลแล้วมวลและรูปร่างของโมเลกุลยังส่งผลต่อแรงยึดเหนี่ยวระหว่างโมเลกุลอีกด้วยถ้าสารมีมวลและรูปร่างของโมเลกุลใกล้เคียงกันจุดเดือดจะขึ้นอยู่กับสภาพขั้วของโมเลกุลที่อุณหภูมิห้องน้ำ (HO) มีสถานะเป็นของเหลวส่วนไฮโดรเจนซัลไฟด์ (H2S) เป็นแก๊สแสดงว่าน้ำมีจุดเดือดสูงกว่าไฮโดรเจนซัลไฟด์ทั้งที่สารทั้งสองชนิดเป็นสารมีขั้วและมีองค์ประกอบแตกต่างกันเพียงอะตอมเดียวปรากฏการณ์นี้เป็นผลมาจากพันธะไฮโดรเจน (hydrogen bond)

    พันธะไฮโดรเจนเป็นแรงยึดเหนี่ยวระหว่างโมเลกุลของสารมีขั้วที่ภายในโมเลกุลมีพันธะ N-H หรือ F-H ทำให้สารมีจุดหลอมเหลวและจุดเดือดสูงกว่าสารมีขั้วทั่วไปที่มีขนาดโมเลกุลไกเคียงกันนอกจากนี้พันธะไฮโดรเจนในผลึกน้ำแข็งยังทำให้โมเลกุลของน้ำจัดเรียงตัวกันอย่างเป็นระเบียบโดยมีช่องว่างระหว่างโมเลกุลมากกว่าช่องว่างระหว่างโมเลกุลของน้ำที่อยู่ในสถานะของเหลวทำให้น้ำแข็งมีความหนาแน่นน้อยกว่าน้ำน้ำแข็งจึงลอยน้ำเนื่องจากน้ำมีแรงยึดเหนี่ยวระหว่างโมเลกุลเป็นพันธะไฮโดรเจนที่แข็งแรงจึงทำให้ต้องใช้ความร้อนมากในการทำให้อุณหภูมิของน้ำสูงขึ้นหรือทำให้กลายเป็นไอดังนั้นน้ำจึงช่วยรักษาอุณหภูมิของพื้นผิวโลกไม่ให้เกิดการเปลี่ยนแปลงอย่างรวดเร็วซึ่งเอื้อต่อการดำรงชีวิตของสิ่งมีชีวิตบนโลกและช่วยรักษาอุณหภูมิของร่างกายโดยการระเหยของเหงื่อขณะออกกำลังกายหรือทำงานกลางแจ้ง