การขจัดความกระด้างของนํ้า

"นํ้ากระด้าง (hard water)"  หมายถึง นํ้าที่มี Ca²⁺ และ Mg²⁺ ไอออน [จากหินปูน (CaCO₃) และโดโลไมต์ (CaCO₃ . MgCO₃)] ละลายอยู่  ถ้าไม่มีไอออนทั้งสองนี้ก็จะเรียกว่า "นํ้าอ่อน (soft water)"  ส่วนนํ้ากระด้างที่มีไบคาร์บอเนตไอออน (HCO₃^-) อยู่ด้วยเรียกว่า "นํ้ากระด้างชั่วคราว" เพราะเมื่อนำไปต้ม ไบคาร์บอเนตไอออนจะกลายเป็นคาร์บอเนตไอออน ซึ่งทำให้ Ca²⁺ และ Mg²⁺ ไอออนตกตะกอนเป็น CaCO₃ และ MgCO₃ ตามลำดับ

นํ้ากระด้างเป็นนํ้าที่ไม่เหมาะกับการใช้งานในบ้านและในอุตสาหกรรมบางอย่างเพราะ Ca²⁺ และ Mg²⁺ ไอออนทำปฏิกิริยากับสบู่ กลายเป็นเกลือหรือไคลสบู่ที่ไม่ละลายนํ้า

วิธีขจัดความกระด้างของนํ้า ในอุตสาหกรรม  ซึ่งเป็นการกำจัดไอออนที่ไม่พึงประสงค์ออกจากสารละลายที่มีไบคาร์บอเนตไอออนอยู่คือ การเติมปูนขาว [slaked lime หรือ Ca(OH)₂ ] ลงไป ซึ่งฟังดูแล้วอาจเป็นเรื่องที่น่าแปลก เพราะนํ้ามันกระด้างอยู่แล้วทำไมจึงต้องเติมปูนขาวลงไปอีก ยิ่งจะทำให้นํ้ากระด้างมากขึ้นเพราะเหมือนกับการไปเพิ่ม Ca²⁺ ลงไปในนํ้า แต่ก็เป็นเช่นนั้นจริงๆ

...เพราะการเติมปูนขาวลงไปสามารถกำจัด Ca²⁺ ได้ในรูปของ CaCO₃ ซึ่งจะตกตะกอนลงมา  ตะกอนที่เกิดขึ้นสามารถแยกออกจากนํ้าได้ด้วยการกรอง

ถ้าเป็น "นํ้ากระด้างถาวร" ซึ่งไม่มีไบคาร์บอเนตไอออนจะทำอย่างไร ??
ในกรณีนี้จะเปลี่ยน Ca²⁺ เป็น CaCO₃ ได้โดยการเติม โซดาซักผ้า (washing soda หรือ Na₂CO₃ . 10H₂O ) ซึ่งเป็นตัวให้คาร์บอเนตไอออน  ส่วน Mg²⁺ ไอออนก็เปลี่ยนให้เป็น Mg(OH)₂ ได้โดยเติม Ca(OH)₂ ลงไป

วิธีป้องกันฟันผุที่ดีที่สุด

...ฟันผุ  เป็นปัญหาที่เกิดขึ้นได้บ่อย ทำให้เราทุกข์ทรมานจากความเจ็บปวด และสร้างความรำคาญบวกกับความไม่มั่นใจให้กับเราเมื่อต้องการจะทานอาหารหรือพูดคุยกับใคร เพราะฟันผุเป็นสาเหตุให้เกิดอาการเสียวฟัน และมีกลิ่นปากอันไม่พึงประสงค์ได้

...หลายคนทราบดีว่า ฟันผุมีสาเหตุมาจากอะไร แต่อาจจะยังไม่ทราบว่ามันเกิดขึ้นได้อย่างไร วันนี้เราจะมาทำความเข้าใจถึงเรื่องที่ใกล้ตัวเรามากๆเรื่องนี้กัน

ฟัน... จะมีเคลือบฟันที่แข็งมากหุ้มอยู่ซึ่งมีความหนาประมาณ 2 มม. เคลือบฟันนี้มีแร่เป็นองค์ประกอบที่เรียกว่า "ไฮดรอกซีแอพาไทต์ (hydroxyapatite)" สารนี้เมื่อละลายในนํ้าลายด้วยกระบวนการที่เรียกว่า การขจัดแร่ (demineralization) ก็จะแตกตัวเป็นไอออน ไอออนที่เกิดขึ้นนั้นจะเป็นสารประกอบฟอสเฟตของโลหะแอลคาไลน์เอิร์ท หรือโลหะหมู่ 2 (เช่น แคลเซียม) ซึ่งไม่ละลายในนํ้า ทำให้ปฏิกิริยานี้เกิดขึ้นได้เพียงเล็กน้อยเท่านั้น  และวิธีธรรมชาติที่ร่างกายต่อต้านการเกิดฟันผุคือ การเกิดกระบวนการย้อนกลับซึ่งเรียกว่า การเติมแร่ (remineralization) นั่นเอง

ในเด็ก การเติมแร่เกิดขึ้นได้เร็วกว่าการขจัดแร่ 

แต่ ในวัยผู้ใหญ่ การขจัดแร่และการเติมแร่จะเกิดขึ้นด้วยอัตราเท่าๆกัน
แสดงว่า ถ้าหากมีการขจัดแร่มากกว่าการเติมแร่ ก็จะทำให้ฟันผุ

ฟันผุเกิดขึ้นได้อย่างไร ??
 
หลังรับประทานอาหารเสร็จใหม่ๆ แบคทีเรียที่อยู่ในช่องปากจะย่อยอาหารบางส่วนให้เป็นกรดอินทรีย์บางชนิด เช่น กรดแอซีติก และกรดแลกติก  ซึ่งอาหารที่มีปริมาณนํ้าตาลสูง เช่น ขนมหวาน ไอศครีม และเครื่องดื่มต่างๆที่มีรสหวาน จะทำให้เกิดกรดเหล่านี้เร็วมากๆ เมื่อความเป็นกรดเพิ่มขึ้น - pH ลดลง จะทำให้ไฮดรอกไซด์ไอออน (OH^-) เกิดปฏิกิริยากับกรด เป็นผลให้การขจัดเกลือเกิดได้เร็วขึ้น นั่นคือเคลือบฟันถูกทำลาย ฟันก็จะเริ่มผุในที่สุด

วิธีป้องกันฟันผุที่ดีที่สุด ??

ก็คือ อย่างที่เราถูกสอนมาตั้งแต่เด็กแล้วว่า ให้รับประทานอาหารที่มีนํ้าตาลน้อย และแปรงฟันทันทีหลังทานเสร็จ  และที่ขาดไม่ได้คือ ต้องใช้ยาสีฟันที่มีส่วนผสมของฟลูออไรด์ ซึ่งช่วยป้องกันฟันผุด้วย

ฟลูออไรด์ช่วยป้องกันฟันผุได้อย่างไร ??

สารประกอบฟลูออไรด์ เช่น NaF หรือ SnF₂  เมื่อแตกตัวจะให้ F^- ซึ่งจะเข้าไปแทนที่ OH^- ในกระบวนการเติมแร่

เนื่องจาก F^- เป็นเบสที่อ่อนกว่า OH^-  ดังนั้น เคลือบฟันใหม่ซึ่งเรียกว่า "ฟลูออร์แอพาไทต์ (fluorapatite)" จะละลายในกรดได้ยากกว่าเดิม เคลือบฟันจึงไม่ถูกทำลาย และฟันก็จะไม่ผุนั่นเอง

สารที่ใช้ทำยาสลบ

ในสมัยก่อน สารที่เขาใช้เป็นยาสลบคือ "ไดเอทิลอีเทอร์" ซึ่งนิยมเรียกกันว่า "อีเทอร์" เพราะเป็นสารที่มีหมู่ฟังก์ชันเป็นอีเทอร์ นั่นคือประกอบด้วยพันธะ R-O-R'  โดย R และ R' เป็นหมู่แอลคิล หรือหมู่แอริล เกิดจาก ปฏิกิริยาการควบแน่น (condensation reaction) ของแอลกอฮอล์  ซึ่งปฏิกิริยานี้จะมีแอลกอฮอล์ 2 โมเลกุลเข้าเชื่อมต่อกันและมีการขจัดโมเลกุลของนํ้าออกไป

อีเทอร์เป็นสารที่ติดไฟได้ง่ายเช่นเดียวกับแอลกอฮอล์

ไดเอทิลอีเทอร์ จะออกฤทธิ์โดยกดระบบประสาทส่วนกลาง ทำให้หมดสติ แต่มี ข้อเสีย ที่สำคัญคือ ทำให้เกิดการระคายเคืองในระบบทางเดินหายใจ และทำให้มีอาการคลื่นไส้อาเจียนในภายหลัง

ในปัจจุบัน จึงนิยมใช้ "นีโอทิล (neothyl)" หรือ "เมทิลโพรพิลอีเอเทอร์" เป็นยาสลบ  เพราะไม่ก่อให้เกิดผลข้างเคียง ซึ่งดีกว่าและปลอดภัยต่อสุขภาพ

แอลกอฮอล์น่ารู้

นอกจากเอทานอลที่เป็นส่วนผสมในเครื่องดื่มแอลกอฮอล์แล้ว รู้หรือไม่ว่า...ยังมีแอลกอฮอล์ชนิดอื่นอีกที่น่าสนใจไม่แพ้กัน นั่นก็คือ "แอลกอฮอล์เช็ดแผล (rubbing alcohol)" ซึ่งมีชื่อทางเคมีว่า "ไอโซโพรพิลแอลกอฮอล์" และ "เอทิลีนไกลคอล" ซึ่งใช้เป็น สารกันเยือกแข็งในหม้อนํ้ารถยนต์  ทั้งสองอย่างนี้เป็นแอลิแฟติกแอลกอฮอล์ หรือแอลกอฮอล์โซ่ตรงที่เราคุ้นเคยกัน

สาเหตุที่ทำให้เอทิลีนไกลคอลสามารถป้องกันการแข็งตัวของนํ้าได้เป็นเพราะว่า โมเลกุลของเอทิลีนไกลคอลมีหมู่ -OH (hydroxyl) 2 หมู่ และสามารถสร้างพันธะไฮโดรเจนกับโมเลกุลของนํ้าได้ดีกว่าโมเลกุลที่มีหมู่ -OH เพียงหมู่เดียว

radiator (หม้อนํ้ารถยนต์)

                                                                  

แอลกอฮอล์ส่วนใหญ่ ติดไฟได้ง่าย โดยเฉพาะอย่างยิ่งแอลกอฮอล์ที่มีมวลโมเลกุลตํ่าๆ เช่น เมทานอล (Methanol; methyl alcohol), เอทานอล (Ethanol; ethyl alcohol), 2-Propanol (isopropyl alcohol), ฟีนอล (Phenol) และเอทิลีนไกลคอล (Ethylene glycol) เป็นต้น 

แอลกอฮอล์เป็นกรดที่อ่อนมาก และไม่ทำปฏิกิริยากับเบสแก่ เช่น NaOH แต่จะทำปฏิกิริยากับโลหะแอลคาไลน์ (หมู่ 1 เช่น Na) ได้แก๊สไฮโดรเจน  แต่ปฏิกิริยาที่เกิดขึ้นนั้นมีความรุนแรงน้อยกว่าปฏิกิริยาระหว่าง Na กับนํ้ามาก


นอกจากนี้ ยังมีแอลกอฮอล์อีกชนิดหนึ่งที่เราอาจจะไม่คุ้นเคยนั่นคือ เมทานอล (CH₃OH) หรือที่เรียกกันว่า "แอลกอฮอล์ไม้ (wood alcohol)" เพราะครั้งหนึ่งแอลกอฮอล์ชนิดนี้เตรียมได้จากการนำไม้มากลั่นแห้ง  แต่ในปัจจุบัน ในโรงงานอุตสาหกรรมสามารถสังเคราะห์เมทานอลได้จากปฏิกิริยาระหว่าง คาร์บอนมอนอกไซด์ กับ ไฮโดรเจน ที่อุณหภูมิและความดันสูง

เมทานอลเป็นแอลกอฮอล์โซ่ตรงที่มีโมเลกุลเล็กที่สุด และเป็นสารที่มีความเป็นพิษสูง หากดื่มเข้าไปเพียงเล็กน้อยไม่กี่มิลลิลิตรก็จะทำให้เกิดอาการคลื่นไส้อาเจียน และทำให้ตาบอดได้

เอทานอลที่มีเมทานอล หรือสารพิษอื่นๆปน เรียกว่า "ดีเนเจอร์แอลกอฮอล์ (denatured alcohol)" เช่น เอทานอลที่ใช้กันในอุตสาหกรรมมักจะมีเมทานอลปนอยู่เล็กน้อย ทั้งนี้เพื่อป้องกันไม่ให้มีผู้นำไปดื่มนั่นเอง

การผลิตเครื่องดื่มแอลกอฮอล์

อย่างที่เรารู้กันว่าในเครื่องดื่มแอลกอฮอล์นั้นจะมีส่วนผสมของแอลกอฮอล์อยู่  ซึ่งแอลกอฮอล์ในที่นี้ก็คือ "เอทิลแอลกอฮอล์ หรือ เอทานอล" นั่นเอง เป็นแอลกอฮอล์ที่เรารู้จักกันเป็นอย่างดี

เอทานอล เป็นแอลกอฮอล์โซ่ตรงเพียงชนิดเดียวที่ไม่เป็นพิษ (ซึ่งความจริงต้องถือว่าเป็นพิษน้อยที่สุด) เตรียมได้จากการหมักนํ้าตาลหรือแป้ง ด้วยกระบวนการทางชีววิทยาในที่ที่ปราศจากออกซิเจน ซึ่งจะถูกเร่งปฏิกิริยาโดยเอนไซม์ที่มีอยู่ในแบคทีเรีย หรือยีสต์  และในกระบวนการนี้จะมีการคายพลังงานซึ่งจุลชีพสามารถนำไปใช้ในการเจริญเติบโตและการดำรงชีพได้

สำหรับในทางการค้า  เอทานอลเตรียมได้จากปฏิกิริยาการเติมนํ้าให้แก่เอทิลีน ที่อุณหภูมิประมาณ 280 ^oC  และความดันประมาณ 300 atm

**เอทานอลมีประโยชน์มากมายเหลือคณานับ  นอกจากจะใช้เป็นส่วนผสมสำคัญของเครื่องดื่มต่างๆแล้ว ที่สำคัญคือ ใช้เป็นตัวทำละลายสำหรับสารเคมีต่างๆ และเป็นสารตั้งต้นในการผลิตสีย้อม ยาสังเคราะห์ เครื่องสำอาง วัตถุระเบิด และอื่นๆ

ร่างกายของเราสามารถผลิตเอนไซม์ชนิดหนึ่งชื่อ "แอลกอฮอล์ดีไฮโดรเจเนส (alcohol dehydrogenase)" ซึ่งช่วยย่อยเอทานอลโดยเปลี่ยนให้เป็น อะเซตัลดีไฮด์ (acetaldehyde) ได้ แต่การดื่มเครื่องดื่มแอลกอฮอล์ในปริมาณมากก็ไม่ดี เพราะจะทำให้ตับต้องทำงานหนักในการขจัดสิ่งที่เป็นพิษต่อร่างกาย ซึ่งอาจทำให้เป็นโรคตับแข็ง หรือมะเร็งในตับได้

และเป็นที่ทราบกันดีว่า การดื่มเครื่องดื่มแอลกอฮอล์จะทำให้ประสิทธิภาพในการทำงานลดลง ดังจะเห็นได้จากมีการรณรงค์กันอย่างแพร่หลายเกี่ยวกับ โครงการ "เมาไม่ขับ" ต่างๆ  ดังนั้นจึงควรดื่มในปริมาณที่พอเหมาะและมีความรับผิดชอบต่อสังคม  ทั้งนี้เพื่อความปลอดภัยในชีวิตและทรัพย์สินทั้งของตัวผู้ดื่มเองและของผู้ใช้รถใช้ถนนคนอื่นด้วย

รายการ กบนอกกะลา ตอน "เปิดโลก ปิโตรเลียม" (ต่อ)

Part 2  (ตอนจบ)

รายการ กบนอกกะลา ตอน "เปิดโลก ปิโตรเลียม"

Part 1

รู้หรือไม่ ? กว่าคนไทยจะได้น้ำมันมาขับเคลื่อนให้รถวิ่งฉิวได้อย่างสะดวกสบาย และมีก๊าซหุงต้มมาทอดไข่ได้สักฟองนั้น ต้องผ่านกระบวนการขั้นตอนผลิต และมีเส้นทางที่มาอย่างไร ?  ที่สำคัญใครเป็นคนกำหนดราคา ปัจจัยใดบ้างที่ทำให้ราคาน้ำมันผันผวนขึ้นลงตลอดเวลา ร่วมติดตามความรู้ในโลกของปิโตรเลียม ที่ขับเคลื่อนความเจริญของโลกใบนี้ในกบนอกกะลา

การกลั่นลำดับส่วน

"นํ้ามันปิโตรเลียม หรือ นํ้ามันดิบ"  จะมีองค์ประกอบหลักได้แก่ อัลเคน  ซึ่งเป็นสารประกอบไฮโดรคาร์บอนที่มีทั้งสถานะแก๊ส ของเหลว และของแข็ง จะถูกพบในชั้นหินใต้เปลือกโลก

เมื่อนำนํ้ามันดิบนี้มา "กลั่นลำดับส่วน" จะสามารถแยกส่วนประกอบต่างๆได้ ดังในตารางข้างล่างนี้

ชื่อส่วนต่างๆ	จุดเดือด (oC)	สถานะ  *ดูจากจำนวนคาร์บอน	จำนวนอะตอมของคาร์บอน ในโมเลกุล	ประโยชน์
แก๊สธรรมชาติ (Natural gas)	< 40	แก๊ส	C1 - C4	เป็นเชื้อเพลิงให้ความร้อน   ใช้ในการหุงต้ม
ปิโตรเลียมอีเทอร์ (Petroleum ether)	30 - 100	ของเหลว	C5 - C7	ใช้เป็นตัวทำละลายในปฏิกิริยาเคมีต่างๆ ซึ่งมักใช้ในโรงงานอุตสาหกรรมเป็นส่วนใหญ่
น้ำมันเบนซิน (Gasoline)	40 - 180	ของเหลว	C5 - C10	เป็นเชื้อเพลิงในเครื่องยนต์ประเภทเผาไหม้ภายใน
น้ำมันดีเซล (Diesel oil)	250 - 350	ของเหลว	C13 - C14	เป็นเชื้อเพลิงในเครื่องยนต์ดีเซล -  ส่วนที่ใช้กับรถยนต์และเรือ เรียกว่า ดีเซลหมุนเร็ว ซึ่งชาวบ้านเรียกว่า “น้ำมันโซล่า” -  ส่วนที่ใช้กับเครื่องยนต์ตามโรงงาน เรียกว่า ดีเซลหมุนช้า ซึ่งชาวบ้านเรียกว่า “น้ำมันขี้โล้”
น้ำมันเตา (Furnace oil)	250 - 350	ของเหลวหนืด สีดำ	C15 - C17	เป็นเชื้อเพลิงในโรงไฟฟ้า, โรงงานอุตสาหกรรม
น้ำมันหล่อลื่น (Lubricating oil)	305 - 405	ของเหลว	C18 - C25	เป็นน้ำมันหล่อลื่น
จารบี (grease)	405 - 515	ครึ่งเหลว ครึ่งแข็ง	C18 - C22	ใช้หล่อลื่น
ไขพาราฟีน (paraffin wax)	405 - 515	ครึ่งเหลว ครึ่งแข็ง	C26 - C38	ทำเทียนไข,  ขี้ผึ้งวาสลีน
แอสฟัลต์ (asphalt)	405 - 515	แข็ง	C38 ขึ้นไป	เป็นยางมะตอย ใช้ราดถนน

ก๊าซธรรมชาติ สำคัญไฉน ?

ก๊าซธรรมชาติ  จะเกิดในหลุมเดียวกันกับนํ้ามันดิบ ดังนั้นในการขุดเจาะจึงมักพบก๊าซธรรมชาติก่อนนํ้ามันดิบ
     
ซึ่งองค์ประกอบของก๊าซธรรมชาติประมาณ 60-90% เป็น ก๊าซมีเทน  นอกนั้นส่วนใหญ่เป็น ก๊าซอีเทน โพรเพน บิวเทน คาร์บอนไดออกไซด์ และไนโตรเจน
     
สำหรับกระบวนการในการนำก๊าซธรรมชาติมาใช้หลังจากที่ขุดเจาะขึ้นมา คือ จะต้องนำเข้าโรงแยกก๊าซเพื่อแยกก๊าซแต่ละชนิดที่ปนกันอยู่ออกจากกัน ก็จะได้เป็นก๊าซต่างๆ ดังนี้

• มีเทน - ใช้เป็นเชื้อเพลิง
• โพรเพน และบิวเทน - ใช้เป็นแก๊สหุงต้มในครัวเรือน
• อีเทน และโพรเพน - จะถูกส่งไปยังโรงโอลีฟินส์  เพื่อผลิตเป็นเอธิลีน และโพรพิลีน ซึ่งเป็นเม็ดพลาสติกที่จะถูกส่งเข้าโรงงานอื่นๆ เพื่อแปรรูปออกมาเป็นผลิตภัณฑ์พลาสติกต่างๆ

ก๊าซธรรมชาติที่ขุดพบในประเทศไทย ส่วนใหญ่ถูกนำไปใช้ในการ ผลิตกระแสไฟฟ้า  นอกจากนั้น ยังใช้เป็นเชื้อเพลิงในรถยนต์ได้อีกด้วย เช่น แก๊ส NGV, แก๊ส CNG เป็นต้น  ซึ่งนอกจากจะมีราคาถูกแล้ว ยังช่วยลดการใช้นํ้ามันลงได้อีกทางหนึ่งด้วย

ความสำคัญของสารอินทรีย์

"สารอินทรีย์"  เป็นสารที่มีบทบาทสำคัญอย่างยิ่งต่อการดำรงชีวิตของสิ่งมีชีวิตทั้งหลาย เช่น เป็นองค์ประกอบอยู่ในอาหารหลักของมนุษย์ ได้แก่ คาร์โบไฮเดรต โปรตีน ไขมัน และวิตามิน, DNA (Deoxyribonucleic acid) ซึ่งเป็นสารพันธุกรรม, เอนไซม์ต่างๆภายในร่างกาย  นอกจากนี้ยังมี ยารักษาโรค, เครื่องนุ่งห่ม รวมไปถึงยากำจัดศัตรูพืช ผลิตภัณฑ์พลาสติก เชื้อเพลิงต่างๆ และอื่นๆอีกเป็นจำนวนมาก

ปัจจุบัน สารประกอบอินทรีย์นั้นมีมากกว่าสองล้านชนิด ซึ่งเกือบทั้งหมดจะประกอบด้วยธาตุ คาร์บอน กับ ไฮโดรเจน จึงเรียกว่า "สารประกอบไฮโดรคาร์บอน"  และส่วนใหญ่ยังมีธาตุอื่นเป็นองค์ประกอบ ไม่ว่าจะเป็น ออกซิเจน ไนโตรเจน กำมะถัน ฟลูออรีน คลอรีน โบรมีน ไอโอดีน และฟอสฟอรัส เป็นต้น

ไฮโดรคาร์บอนสามารถพบอยู่ในธรรมชาติ เป็นแหล่งกำเนิดของสารประกอบอินทรีย์ประเภทอื่นๆจำนวนมาก ซึ่งส่วนใหญ่ได้มาจาก แก๊สธรรมชาติ ปิโตรเลียม และถ่านหิน

ในคราวหน้าเราจะมาทำความรู้จักกับสารเหล่านี้ให้มากขึ้น เป็นการเรียนรู้เกี่ยวกับวิชาเคมีอินทรีย์ไปในตัว ซึ่งจะมีประโยชน์อย่างยิ่งต่อการนำไปใช้ในชีวิตประจำวัน

ทำไมนํ้าแข็งจึงลอยนํ้า ?

เราทราบกันดีอยู่แล้วว่า...

"วัตถุใดที่มีความหนาแน่นมากกว่านํ้า ก็จะจมลงไปในนํ้า

แต่ถ้าวัตถุนั้นมีความหนาแน่นน้อยกว่า ก็สามารถที่จะลอยอยู่ในนํ้าได้" 

ยกตัวอย่าง  เช่น เมื่อเราโยนก้อนหินลงไปในนํ้า ก้อนหินก็จะจมลงไป แต่หากเราสังเกตใบไม้ที่ร่วงหล่นลงไปในนํ้าจะพบว่า ใบไม้กลับลอยอยู่ในนํ้าได้

โดยทั่วไป สารอื่นที่ไม่ใช่นํ้า  เกือบทุกชนิดถ้าอยู่ในสถานะของแข็งจะมีความหนาแน่นมากกว่าเมื่ออยู่ในสถานะอื่นๆ จึงจมลงไป เช่น เบนซีนแข็งจะจมอยู่ในเบนซีนเหลว  แต่นํ้าแข็งไม่ได้จมอยู่ในนํ้าธรรมดา กลับลอยอยู่ที่ผิวนํ้า เหตุใดจึงเป็นเช่นนั้น ??

แน่นอนว่า ถ้านํ้าแข็งลอยอยู่ในนํ้าได้ แสดงว่านํ้าแข็งต้องมีความหนาแน่นน้อยกว่านํ้า ซึ่งถ้าเราดูกราฟความสัมพันธ์ระหว่างความหนาแน่นของนํ้ากับอุณหภูมิจะพบว่า นํ้าจะมีความหนาแน่นมากที่สุดคือ 1 g/cm³ ที่อุณหภูมิ 4 ^oC  ซึ่งที่อุณหภูมินี้นํ้ายังคงอยู่ในสถานะ ของเหลว ยังไม่ได้เป็นของแข็ง เพราะจุดเยือกแข็งของนํ้าอยู่ที่ 0 ^oC นั่นเอง

ตัวอย่างที่เห็นได้ชัด เช่น นํ้าแข็งที่ขั้วโลก หรือในที่ที่มีอากาศหนาวเย็นมากๆ ซึ่งมีอุณหภูมิติดลบหลายๆองศา   การที่นํ้าแข็งลอยอยู่ที่ผิวนํ้าซึ่งเป็นการ แข็งจากบนลงล่าง  ทำให้สิ่งมีชีวิตในนํ้าที่อยู่ใต้นํ้าแข็งนั้นสามารถมีชีวิตอยู่รอดได้ เพราะแผ่นนํ้าแข็งด้านบนจะช่วยป้องกันความหนาวเย็นไม่ให้ลงสู่นํ้ามากเกินไป เป็นการช่วยเก็บกักความร้อน หรือรักษาระดับอุณหภูมิของนํ้าไว้  และที่สำคัญคือ การแข็งจากบนลงล่างเช่นนี้จะทำให้สิ่งมีชีวิตยังคงมีที่อยู่อาศัย ไม่ว่าจะเป็นทั้งสัตว์นํ้าหรือสัตว์บกก็ตาม ซึ่งเราพบว่าสิ่งมีชีวิตในบริเวณนั้นๆ เช่น นกเพนกวิน หมีขาว แมวนํ้า เป็นต้น  ต่างมีการปรับตัวให้เข้ากับสิ่งแวดล้อมรอบตัวคือ ภูมิอากาศที่หนาวเย็นได้ เพื่อดำรงเผ่าพันธุ์ไว้  ดังนั้น เราคงจะหายสงสัยกันแล้วว่า ในอากาศที่หนาวเย็นแบบนั้น ทำไมจึงยังคงมีสิ่งมีชีวิต และสิ่งมีชีวิตนั้นๆอาศัยอยู่ได้อย่างไรกัน

...แล้วพบกับความมหัศจรรย์ของธรรมชาติ และเรื่องราวที่น่าสนใจได้ใหม่ในตอนต่อไป...

แมลงอยู่บนผิวนํ้าได้อย่างไร ?

เราอาจจะเคยสังเกตเห็นว่า... แมลงบางชนิดที่อยู่ตามสระบัว หรือตามแหล่งนํ้าธรรมชาติ สามารถที่จะยืนอยู่บนผิวนํ้าได้โดยไม่จมลงไป ทำไมจึงเป็นเช่นนั้น ?  เป็นเพราะแมลงมีนํ้าหนักตัวน้อยหรือเปล่า หรือเป็นเพราะอะไรกัน ?  วันนี้เราจะมาไขข้อสงสัยในเรื่องนี้กัน...

สาเหตุที่แมลงสามารถอยู่บนผิวนํ้าได้เป็นเพราะว่า นํ้ามีความตึงผิว  นั่นเอง  
แล้วความตึงผิวนี้คืออะไร ?  เกิดขึ้นได้อย่างไร ?

ความตึงผิว  เกิดจากการที่โมเลกุลของของเหลว (ซึ่งไม่ใช่มีเพียงแค่นํ้าอย่างเดียว) มีแรงดึงดูดซึ่งกันและกัน โดยโมเลกุลที่อยู่ตรงกลางได้รับแรงดึงดูดจากโมเลกุลอื่นที่อยู่ล้อมรอบเท่ากันทุกทิศทาง ส่วนโมเลกุลที่ผิวหน้าจะได้รับแรงดึงดูดจากโมเลกุลที่อยู่ด้านข้างและด้านล่างเท่านั้น โมเลกุลที่ผิวหน้าจึงถูกดึงเข้าภายในของเหลว ทำให้พื้นที่ผิวของของเหลวลดลงเหลือน้อยที่สุด  ซึ่งตัวอย่างหนึ่งที่เห็นได้ชัดเช่นเดียวกันคือ หยดนํ้าที่เกาะบนพื้นผิวที่เรียบและสะอาด เช่น หยดนํ้าที่อยู่บนใบบอน, ใบบัว, นํ้าค้างตอนเช้าๆ, หยดนํ้าข้างแก้ว, บนกระจก เป็นต้น   จะมีลักษณะเป็น ทรงกลม  ซึ่งจะมีพื้นที่ผิวน้อยกว่านํ้าที่อยู่ในลักษณะแผ่ออก

"ค่าความตึงผิวจะสูง เมื่อของเหลว

มีแรงดึงดูดระหว่างโมเลกุลสูง"

แล้วทำไมจึงต้องทำให้มีพื้นที่ผิวน้อย ?
ก็เพราะว่า โมเลกุลที่ผิวมีเสถียรภาพน้อยกว่าโมเลกุลที่อยู่ตรงกลาง  ดังนั้นการลดพื้นที่ผิวเท่ากับเป็นการลดจำนวนโมเลกุลที่ผิวหน้า จึงทำให้ของเหลวมีเสถียรภาพมากขึ้นนั่นเอง

คงจะหายสงสัยกันแล้วสินะ...
จึงไม่แปลกเลยที่ในสมัยก่อนเขาจะดื่มนํ้าที่อยู่บนใบบัว หรือใช้ใบบัวรองนํ้า เพราะนอกจากจะเก็บนํ้าไว้ได้แล้ว  อาจเป็นเพราะใบบัวนั้นสะอาด จึงทำให้นํ้ามีรูปร่างเป็นทรงกลมสวยงามน่าดื่มกิน

ประโยชน์ของทราย

ทราย...  อยู่คู่กับท้องทะเลมาช้านาน มาพร้อมกับเกลียวคลื่นน้อยใหญ่ที่ไม่มีวันหยุดนิ่ง ซัดสาดเข้าหาฝั่งตลอดเวลา ...ท้องฟ้า สายลม และแสงแดด... ชวนให้นึกถึงวันหยุดสุดพิเศษ ที่เราทุกคนต่างปรารถนาที่จะสัมผัสกับธรรมชาติอันงดงาม ได้ไปท่องเที่ยว พักผ่อนริมชายหาด จิบกาแฟไปพร้อมกับการได้อ่านหนังสือเล่มโปรด ปล่อยอารมณ์แบบชิวๆสบายๆ ไม่ต้องรีบเร่ง ไม่ต้องแข่งกับเวลา รู้สึกผ่อนคลายไปกับธรรมชาติรอบๆตัว และบรรยากาศที่เงียบสงบอย่างเต็มที่ อะไรมันจะดีไปกว่านี้อีกล่ะ...

วันนี้จึงอยากจะนำเสนอสาระความรู้เกี่ยวกับทรายสักเล็กน้อยว่า ทรายที่เราเห็นกันตามชายหาด หรือที่เราชอบเล่นกันตอนเด็กๆ (ตอนนี้โตแล้วก็ยังชอบเล่นอยู่) นั้น มีประโยชน์อะไรบ้าง ??

ทราย  หรือ ซิลิคอนไดออกไซด์ (SiO_2, ควอตซ์)  สามารถที่จะนำมาใช้ประโยชน์ได้หลายอย่าง ตัวอย่างเช่น 

• ผลิตเป็นแก้ว  โดยการเป่าแล้วขึ้นรูป (แก้วควอตซ์ที่ได้นั้นเป็นของแข็งที่ไม่เป็นผลึก หมายถึง อนุภาคที่เป็นองค์ประกอบภายในจัดเรียงตัวไม่เป็นระเบียบนั่นเอง) 

• ผลิตเป็น Silica Alumina หรือ Silica Gel  ซึ่งเป็น "สารดูดความชื้น" ที่ใช้กันอยู่ทั่วไป เช่นที่ผลิตจากโรงงานอุตสาหกรรมมาบตาพุด จังหวัดระยอง ซึ่งได้นำวัตถุดิบหรือทรายมาจากเกาะเสม็ดนั่นเอง

สารดูดความชื้น : ลักษณะจะเป็นเม็ดสีฟ้าๆ พอใช้ไปนานๆ จากสีฟ้าก็จะกลายเป็นสีชมพูซีดๆ 

ซึ่งสามารถเอากลับมาใช้ใหม่ได้อีกโดยการเอาเข้าตูอบเพื่อไล่ความชื้นออกไป

• ใช้ใส่ในยาสีฟัน  เพื่อประโยชน์ในการขัดฟันให้สะอาด

• ใส่ในผงคอฟฟี่เมท  เพราะอนุภาคของทรายละเอียดหรือเล็กมากๆ ช่วยป้องกันไม่ให้มีความชื้นมากจนผงจับตัวกันเป็นก้อน

นอกจากประโยชน์มากมายที่ได้กล่าวไปแล้ว ทรายยังเป็นที่อยู่อาศัยของสัตว์ทะเลตัวเล็กๆ เช่น ปูลม ปูเสฉวน และอื่นๆอีกมากมาย และยังเป็นที่วางไข่ของเต่า ช่วยให้ธรรมชาติอุดมสมบูรณ์ และเกิดความสมดุลของระบบนิเวศน์  เพราะฉะนั้น เราจึงควรช่วยกันรักษาความสะอาด ไม่ทิ้งขยะเกลื่อนกลาด เพื่อทุกลมหายใจบนชายหาด และเพื่อหาดทรายจะได้สวยงามแบบนี้...ตลอดไป

"เพชร" พี่น้องของไส้ดินสอ

     
เมื่อเอ่ยถึง "เพชร"  หลายคนคงนึกถึงอัญมณีที่มีความสวยงาม เป็นประกายระยิบระยับ และมีราคาแพง และเนื่องจากว่าเพชรมีราคาแพงนั่นเอง จึงถูกให้ความสำคัญว่าเหมาะสำหรับเป็นของขวัญอันทรงคุณค่าที่จะมอบให้กับคนที่เรารักในโอกาสพิเศษต่างๆ เช่น เป็นแหวนแต่งงาน หรือครบรอบวันแต่งงาน เป็นมงกุฎให้กับนางสาวไทย เป็นเครื่องประดับของคนมีฐานะ เป็นต้น  ซึ่งนอกจากเพชรจะมีเสน่ห์อันน่าหลงใหลในตัวแล้ว รู้หรือไม่ว่า..เพชรยังมีความแข็งมากที่สุดในโลกอีกด้วย เพราะอะไรจึงเป็นเช่นนั้น ?

ถ้าเราศึกษาลึกลงไปในระดับโมเลกุลจะพบว่า เพชร และ แกรไฟต์ ต่างประกอบด้วยธาตุคาร์บอน (C) ซึ่งยึดเหนี่ยวกันด้วยพันธะโคเวเลนต์ เกิดเป็นโครงผลึกร่างตาข่ายเหมือนกัน แต่ต่างกันตรงที่

เพชร - การยึดเหนี่ยวกันของอะตอม C จะได้เป็นรูปทรงเหลี่ยมสี่หน้า ซึ่งเกิดจากธาตุ C มี 4 แขน ต่างเกิดพันธะกับ C ที่เหลือครบทุกแขน ทำให้ไม่มีอิเล็กตรอนอิสระเหลืออยู่ เพชรจึงไม่นำไฟฟ้าและมีความแข็งแรงมาก รวมทั้งยังมีจุดหลอมเหลวและจุดเดือดสูงด้วย

แกรไฟต์ - จุดเดือด จุดหลอมเหลวจะตํ่ากว่าเพชร และยังนำไฟฟ้าได้อีกด้วย เพราะธาตุ C เกิดพันธะกับ C อื่นๆไม่ครบทุกแขน เหลืออยู่แขนเดียว ทำให้มีอิเล็กตรอนอิสระเหลือวิ่งอยู่ จึงทำให้โครงผลึกที่ได้เป็นแบบ "hexagonal ring"  คือ ยึดกันเป็นแพ และระหว่างระนาบของแพก็จะยึดกันด้วยแรงแวนเดอร์วาลส์ (VDW) ซึ่งถ้าแรงนี้ถูกทำลาย เราก็จะพบว่าไส้ดินสอหัก แสดงให้เห็นว่าแกรไฟต์มีความเปราะ และเป็นของแข็งที่มีสีดำ ทนไฟ จึงใช้ทำ ไส้ดินสอ นั่นเอง

Amazing มากเลยใช่มั้ย ??  ไส้ดินสอที่เราใช้กันอยู่ทุกวัน ที่แท้ก็เป็นพี่น้องกับเพชรนี่เอง

...ธรรมชาติยังมีอะไรอีกมากมายให้เราได้ศึกษาเรียนรู้
ขอให้ทุกคนมีความสุข และสนุกกับการเรียนรู้...

"เคมี" ศูนย์กลางของวิทยาศาสตร์

"เคมี"  เป็นวิชาวิทยาศาสตร์ที่สำคัญสาขาหนึ่ง จัดอยู่ในวิทยาศาสตร์กายภาพ ซึ่งมีขอบข่ายเนื้อหาวิชากว้างมากทั้งในด้านวิทยาศาสตร์บริสุทธิ์และประยุกต์  ศึกษาเกี่ยวกับเรื่องต่างๆของสาร (substance) เช่น ธรรมชาติของสาร องค์ประกอบ สมบัติ ความสัมพันธ์ระหว่างสมบัติและองค์ประกอบของสารนั้น การเปลี่ยนแปลงที่เกิดขึ้นจากการเกิดปฏิกิริยาเคมี รวมไปถึงพลังงานที่เกี่ยวข้อง

ซึ่งในการศึกษาเบื้องต้นนั้นจะเริ่มด้วยปฏิกิริยาเคมีอย่างง่ายที่เกิดขึ้นจากการนำสารมาผสมกันแล้วเกิดสารประกอบชนิดใหม่ที่มีสมบัติไม่เหมือนสารเดิม  และเมื่อเกิดปฏิกิริยาเคมีก็จะพบความเปลี่ยนแปลงในลักษณะต่างๆกัน เช่น มีตะกอนเกิดขึ้น มีความร้อนเพิ่มขึ้นหรือลดลง เป็นต้น

เราสามารถศึกษาปฏิกิริยาเคมีได้หลายวิธี เช่น หาความสัมพันธ์ระหว่างน้ำหนัก หรือปริมาณของสารที่นำมาทำปฏิกิริยาและผลิตภัณฑ์ที่เกิดขึ้น หรือศึกษาถึงพลังงานของปฏิกิริยา สมดุลของปฏิกิริยา เป็นต้น

จะเห็นได้ว่า วิชาเคมีเป็นวิทยาศาสตร์ทางปฏิบัติการ คือ ต้องมีการ ทำการทดลอง หรือ ทำ Lab นั่นเอง (experimental science) เพื่อให้ได้เป็นองค์ความรู้ขึ้นมา แล้วจึงสรุปเป็นทฤษฎี หรือกฎต่างๆในภายหลัง 

ดังนั้น สิ่งที่นักวิทยาศาสตร์ หรือผู้ทำการทดลองจะต้องศึกษาในเบื้องต้นซึ่งมีความสำคัญและจำเป็นต่อการศึกษาวิชาเคมีก็คือ อะไรก็แล้วแต่ที่เกี่ยวข้องกับการทดลอง ไม่ว่าจะเป็นวิธีการวัด ความรู้เกี่ยวกับสสาร ธาตุ สารประกอบ การใช้อุปกรณ์ต่างๆ ตลอดจนการเขียนสัญลักษณ์ สูตรเคมี และสมการเคมี

นอกจากนี้ สิ่งที่สำคัญเหนือสิ่งอื่นใดนั่นคือ “ความปลอดภัย” จึงมีข้อควรปฏิบัติสำหรับการทำงานในห้องปฏิบัติการเคมี ทั้งเกี่ยวกับตัวผู้ทำการทดลอง เกี่ยวกับการทดลอง เกี่ยวกับสารเคมี และอุบัติเหตุที่อาจจะเกิดขึ้นได้  เพื่อที่ผู้ทดลองจะได้มีความรู้ความเข้าใจเวลาทำการทดลอง รู้จักป้องกันตัวเองจากอันตรายต่างๆ รวมถึงวิธีการในการปฐมพยาบาลเบื้องต้นด้วย

จริงๆแล้ววิชาเคมีไม่ได้อยู่ในห้อง Lab เพียงอย่างเดียวเท่านั้น  แต่หลายสิ่งหลายอย่างรอบๆตัวเราก็ล้วนแล้วแต่เกี่ยวข้องกับวิชาเคมีทั้งสิ้น เช่น ปรากฏการณ์ที่เกิดขึ้นในธรรมชาติ ยกตัวอย่างเช่น การเปลี่ยนสถานะของนํ้าจากของเหลวเป็นแก๊ส หรือ จากนํ้าไปเป็นไอนํ้า ก็จะทำให้อากาศมีความชื้น และเมื่อมีไอนํ้าอยู่ในปริมาณมากในขณะที่อุณหภูมิเย็นตัวลง ก็จะเกิดการควบแน่นตกลงมาเป็นฝนนั่นเอง  หรือการที่นํ้าแข็งที่ขั้วโลกจะแข็งตัวจากบนลงล่าง ทำให้สิ่งมีชีวิตที่ขั้วโลกสามารถดำรงชีพอยู่ได้  การเกิดการกระจายของแสงจากปรากฏการณ์ทินแดลล์ ทำให้เราเห็นแสงเป็นลำแสงในอากาศ  การระเบิดของภูเขาไฟ และอื่นๆอีกมากมาย

ที่สำคัญก็คือ เคมีเข้ามามีส่วนเกี่ยวข้องและมีบทบาทสำคัญในชีวิตประจำวันของเราโดยไม่รู้ตัว เช่น เมื่อเราตื่นเช้ามา เราก็ต้องอาบนํ้าแต่งตัว มีการใช้ผลิตภัณฑ์ทำความสะอาดร่างกาย บำรุงผิวต่างๆ ซึ่งมักจะมีส่วนผสมของสารเคมีอยู่ด้วย  เวลาเดินทางก็ใช้ยานพาหนะซึ่งต้องใช้นํ้ามันเป็นเชื้อเพลิง ขับเคลื่อนด้วยการเผาไหม้ภายในเครื่องยนต์  หรือการบริโภคเครื่องดื่ม ยา อาหารเสริมต่างๆเพื่อบำรุงร่างกาย เป็นต้น  

ดังนั้น เคมีจึงไม่ใช่เรื่องไกลตัวเราอีกต่อไป ถ้าเรามีความรู้ความเข้าใจก็จะช่วยให้ชีวิตความเป็นอยู่ของเราสะดวกสบาย และปลอดภัยมากยิ่งขึ้น  และยังช่วยให้เราเข้าใจถึงสิ่งต่างๆรอบตัวเรามากขึ้นด้วย