สารเคมีในห้องครัว : น้ำส้มสายชู

เราคงจะปฏิเสธไม่ได้ว่าในปัจจุบันนี้ ในชีวิตประจำวันเราต้องใช้ชีวิตท่ามกลางสารเคมีต่างๆที่อยู่รอบตัวเรา ไม่ว่าเราจะอยู่ที่ไหน นอกบ้านหรือในบ้าน ดังนั้นเราคงต้องศึกษาหาความรู้กันหน่อยถึงประโยชน์และโทษของสารเคมีเหล่านี้ เพื่อให้เราสามารถใช้ชีวิตร่วมกับสารเคมีเหล่านี้ได้อย่างปลอดภัย สำหรับบทความนี้จะขอกล่าวถึงสารเคมีที่มีอยู่ในห้องครัวกันซึ่งถือว่าสำคัญมากเพราะสารเคมีในห้องครัวส่วนใหญ่เราก็จะใช้ในการประกอบอาหาร สำหรับบทความนี้จะของกล่าวถึงน้ำส้มสายชูกันค่ะ

น้ำส้มสายชู (vinegar )

ที่มา : http://www.instructables.com/file/F7VKVHBILV8JA4X/

น้ำส้มสายชู เป็น เครื่องปรุงรสที่นิยมใส่ในอาหารเพื่อให้อาหารนั้นมีรสเปรี้ยว เช่น ก๊วยเตี๋ยว น้ำจิ้มต่างๆซึ่งแทบทุกบ้านจะต้องมีติดบ้านไว้ คำว่า vinegar มาจากคำว่า vin aigre เป็นภาษาฝรั่งเศส แปลว่า ไวน์เปรี้ยว เพราะน้ำส้มสายชู ในสมัยเริ่มต้นได้จากการหมักเอทิลแอลกอฮอล์ในไวน์ด้วยแบคทีเรียในกลุ่ม Acetobacter และ Gluconobacter ทำให้ได้กรดน้ำส้ม (acetic acid) ซึ่งมีรสเปรี้ยว

ก่อนจะไปทำความรู้จักน้ำส้มสายชูให้มากกว่านี้ เรามาเรียนรู้กรดน้ำส้มที่มีชื่อว่า กรดอะซิติก (Acetic acid) ซึ่งเป็นกรดที่ผสมในน้ำส้มสายชูกันก่อนนะคะ

ACETIC ACID (CH₃COOH)

กรดน้ำส้ม หรือ กรดอะซีติก (acetic acid) เป็นสารประกอบเคมีอินทรีย์ชนิดหนึ่งประเภท กรดคาร์บอกซิลิก (Carboxylic acid)  กรดอะซีติกเป็นกรดที่มีอยู่ในน้ำส้มสายชู (ไม่ใช่พืชตระกูลส้มซึ่งให้กรดซิตริก (citric acid)) มีรสเปรี้ยวและกลิ่นฉุน

สูตรโมเลกุล : CH₃COOH

สูตรโครงสร้าง :

น้ำหนักโมเลกุล : 60.05 AMU

ความหนาแน่น :  1.05 g/cm³

จุดเดือด : 118.1 ^๐C

ข้อมูลเกี่ยวกับอันตราย

เป็นสารไวไฟ เมื่อโดนผิวหนังทำให้เกิดแผลไหม้อย่างรุนแรง

การปฐมพยาบาล
เมื่อสูดดมสาร
ถ้าสูดดมเข้าไปให้ย้ายผู้ป่วยไปที่ที่มีอากาศบริสุทธิ์  ถ้าผู้ป่วยไม่หายใจ ให้การช่วยหายใจ  ถ้าผู้ป่วยหายใจลำบากทำการให้ออกซิเจน

เมื่อสัมผัสสาร

ในกรณีที่สารถูกผิวหนัง ให้ล้างออกด้วยน้ำปริมาณมาก เป็นเวลาอย่างน้อย 15 นาที ถอดเสื้อและรองเท้าที่เปื้อนสาร  หลังจากนั้นไปพบแพทย์

เมื่อสารเข้าตา

ในกรณีที่สารเข้าตา ให้ล้างด้วยน้ำปริมาณมาก เป็นเวลาอย่างน้อย 15 นาที  ต้องแน่ใจว่าได้ล้างตาอย่างเพียงพอ โดยใช้นิ้วมือแยกเปลือกตาออกจากกันระหว่างล้าง หลังจากนั้นไปพบแพทย์

เมื่อกลืนกิน

เมื่อกลืนกินสารเข้าไป ในกรณีที่ผู้ป่วยยังมีสติอยู่ให้ใช้น้ำบ้วนปาก  หลังจากนั้นไปพบแพทย์ ห้ามทำให้อาเจียน

ข้อปฏิบัติการใช้สาร

อย่าหายใจเอาไอระเหยเข้าไป  ระวังอย่าให้เข้าตา, โดนผิวหนัง, หรือเสื้อผ้า  หลีกเลี่ยงการได้รับสารเป็นเวลานานหรือซ้ำหลายครั้ง

การเก็บรักษา

ปิดภาชนะให้สนิท เก็บให้ห่างจากความร้อนและเปลวไฟ

ตอนนี้เราก็รู้จักเจ้ากรด อะซิติกกันแล้ว ต่อจากนี้เรามาทำความรู้จักกับน้ำส้มสายชูกันนะคะ ว่าน้ำส้มสายชูมีกระบวนการผลิตอย่างไร แบ่งเป็นกี่ประเภท 

กระบวนการผลิตน้ำส้มสายชู

กระบวนการผลิตน้ำส้มสายชู มีหลายขั้นตอน และขั้นตอนเหล่านั้นก็ขึ้นกับชนิดของวัตถุดิบเริ่มต้นที่ใช้ในการผลิต จุลินทรีย์ที่สำคัญในการสร้างกรดอะซิติก คือแบคทีเรียชื่อ Acetobacter ซึ่งสามารถเปลี่ยนเอทิลแอลกอฮอล์เป็นกรดอะซิติกได้ ดังนั้น ในการผลิตน้ำส้มสายชูต้องใช้วัตถุดิบเริ่มต้นเป็นเอทิลแอลกอฮอล์ หรือถ้าไม่ใช้ก็ต้องเปลี่ยนให้เป็นเอทิลแอลกอฮอล์ก่อน

ปฏิกิริยาการเกิดน้ำส้มสายชูจากวัตถุดิบที่เป็นข้าว/แป้ง และผลไม้ต้องผลิตให้เป็นเหล้าไวน์เสียก่อน ดังปฏิกิริยาต่อไปนี้

ประเภทของน้ำส้มสายชู

น้ำส้มสายชูจัดเป็นอาหารที่กำหนดคุณภาพหรือมาตรฐาน ตามประกาศกระทรวงสาธารณสุข (ฉบับที่ 204) พ.ศ.2543 เรื่อง น้ำส้มสายชู 

ประเภทของน้ำส้มสายชูนั้นแบ่งออกเป็น 3 ชนิด ได้แก่

น้ำส้มสายชูหมัก 

คือน้ำส้มสายชูที่ได้จากการหมัก เมล็ดธัญพืช เช่น ข้าว ข้าวโพด ผลไม้  เช่น สับปะรด แอปเปิ้ล หรือ น้ำตาล กากน้ำตาล  (molass)  วัตถุดิบที่มีน้ำตาล (sugar) เช่น ผลไม้ต่างๆ เป็นอาหารของยีสต์ได้โดยตรง ส่วนวัตถุดิบที่มีสตาร์ซ  (starch) เช่น ข้าวจะต้องเปลี่ยนเป็นโมเลกุลของน้ำตาลก่อน

การผลิตน้ำส้มสายชูหมัก เป็นการหมักสองขั้นตอน คือ 

• การหมักน้ำตาล ให้เกิดแอลกอฮอล์  (alcoholic fermentation) โดยใช้ยีสต์ (yeast)
• การหมักแอลกอฮอล์ให้เกิดกรดอะซีกติก (acetic acid fermentation) ด้วยแบคทีเรียในกลุ่ม  Acetobacter และ  Gluconobacter ในภาวะที่มีออกซิเจน

ผลไม้ที่ใช้ในการหมักควรมีน้ำตาลประมาณร้อยละ 8-10 เมื่อหมักให้เกิดแอลกอฮอล์แล้ว ควรจะได้แอลกอฮอล์ราวร้อยละ 4.5-5.5 โดยปริมาตร ซึ่งถ้านำไปหมักน้ำส้มแล้ว จะได้น้ำส้มสายชูที่มีกรดน้ำส้มประมาณร้อยละ 4.0-5.2 (สำหรับในการหมักให้เกิดแอลกอฮอล์และการหมักน้ำส้มที่เป็นไปอย่างปรกติ)

น้ำส้มสายชูที่หมัก จะใส ไม่มีตะกอน ยกเว้นตะกอนที่เกิดขึ้นตามธรรมชาติ มีกลิ่นหอมตามกลิ่นของวัตถุดิบ มีรสชาติดี มีรสหวานของน้ำตาลที่ตกค้างมีกลิ่นของวัตถุดิบที่ใช้ในการหมัก ความเข้มข้นขึ้นอยู่กับชนิดและปริมาณน้ำตาลของวัตถุดิบที่ใช้ในการหมัก และมีปริมาณกรดน้ำส้ม (acetic acid) ไม่น้อยกว่า 4%

น้ำส้มสายชูกลั่น 

เป็นผลิตภัณฑ์ที่ได้จากการนำเอทิลแอลกอฮอล์กลั่นเจือจาง (dilute distilled alcohol) มาหมักกับเชื้อน้ำส้มสายชู หรือเมื่อหมักแล้วนำไปกลั่น (distillation) หรือได้จากการนำน้ำส้มสายชูหมักมากลั่น น้ำส้มสายชูกลั่นจะต้องมีลักษณะใส ไม่มีตะกอน และมีปริมาณกรดน้ำส้มไม่น้อยกว่า 4%

น้ำส้มสายชูเทียม 

เป็นผลิตภัณฑ์ที่ได้จากการนำเอากรดน้ำส้ม (acetic acid) ซึ่งสังเคราะห์ขึ้นทางเคมี เป็นกรดอินทรีย์มีฤทธิ์เป็นกรดอ่อนมีความเข้มข้นประมาณ 95% มาเจือจางจนได้ปริมาณกรด 4-7% ลักษณะใส ไม่มีสี กรดน้ำส้มที่นำมาเจือจางจะต้องมีความบริสุทธิ์สูงเหมาะสมที่จะนำมาเป็นอาหารได้ และน้ำที่ใช้เจือจางต้องเหมาะสมที่จะใช้ดื่มได้

นอกจากน้ำส้มสายชูทั้งสามชนิดที่กล่าวมาข้างต้น ยังมีพ่อค้าหัวใสที่ลักลอบขายน้ำส้มสายชูอีกชนิดหนึ่ง ซึ่งถือว่าอันตรายสำหรับผู้บริโภค นั่นคือ น้ำส้มสายชูปลอม

น้ำส้มสายชูปลอมได้จากนำกรดน้ำส้มชนิดเข้มข้น (glacial acetic acid) หรือ "หัวน้ำส้ม" ซึ่งปกติจะใช้ในอุตสาหกรรมฟอกหนัง สิ่งพิมพ์ สิ่งทอ มาเจือน้ำ น้ำส้มดังกล่าวแม้ว่าจะเป็นกรดน้ำส้มแต่ไม่มีความบริสุทธิ์เพียงพอที่จะนำมาบริโภคได้ ไม่ได้มีวัตถุประสงค์ที่ใช้เป็นอาหาร มีโลหะหนัก หรือวัตถุเจือปนอื่นๆ มีราคาถูกมากเมื่อเปรียบเทียบกับน้ำส้มสายชูที่เป็นอาหารได้ และหากปริมาณกรดน้ำส้มสูงเกินไปจะเกิดอันตรายต่อผู้บริโภค คือ อาจทำให้เกิดอาการท้องร่วงอย่างรุนแรงเนื่องจากผนังลำไส้ไม่ดูดซึมอาหาร รวมทั้งได้มีการนำเอากรดแร่อิสระบางอย่าง เช่น กรดกำมะถัน หรือ กรดซัลฟิวริก (sulphuric acid) ซึ่งเป็นกรดแก่มาเจือจางด้วยน้ำมากๆ แล้วบรรจุขวดขาย นับว่าเป็นอันตรายอย่างยิ่งเพราะกรดกำมะถันเป็นกรดที่มีสรรพคุณกัดกร่อนรุนแรงมากจะทำให้เกิดอันตรายต่อระบบทางเดินอาหารและตับ น้ำส้มสายชูเหล่านี้จึงไม่ปลอดภัยที่จะนำมาบริโภค

ที่มาข้อมูล :  จุฬาลงกรณ์มหาวิทยาลัย, มหาวิทยาลัย. (ม.ป.ป.). เอกสารข้อมูลความปลอดภัย. สืบค้นเมื่อ 8 ธันวาคม, 2559, จาก http://www.chemtrack.org/MSDSSG/Trf/msdst/msdst64-19-7.html พิมพ์เพ็ญ พรเฉลิมพงศ์ และ นิธิยา รัตนาปนนท์.(ม.ป.ป.). น้ำส้มสายชู. สืบค้นเมื่อ 8 ธันวาคม, 2559, จาก http://www.foodnetworksolution.com/wiki/word/1183/vinegar-น้ำส้มสายชู

ประโยชน์และโทษของแอลกอฮอล์

แอลกอฮอล์  เป็นสารเคมีที่เราใช้กันอยู่ในชีวิตประจำวัน  ไม่ว่าจะเป็นภาคอุตสาหกรรม  ในภาคครัวเรือน แอลกอฮอล์เป็นสารประกอบอินทรีย์ประเภทหนึ่ง ซึ่งแอลกอฮอล์มีทั้งประโยชน์และโทษ ดังนั้นเราจึงต้องศึกษาข้อมูลเพื่อการนำแอลกอฮอล์มาใช้ให้เกิดประโยชน์สูงสุด และเกิดอันตรายน้อยสุดหรือไม่เกิดเลย และเป็นการดูแลตัวเองหากต้องใช้หรือสัมผัสกับแอลกอฮอล์โดยตรง

แอลกอฮอล์ที่ใช้กันทั่วไปนั้นมีอยู่สองชนิดที่มีความสำคัญ  คือ  เอทานอล (เอทิลแอลกอฮอล์) และ เมทานอล (เมทิลแอลกอฮอล์)

ประโยชน์และโทษของเมทานอลหรือเมทิลแอลกอฮอล์ (CH₃OH)

สูตรโครงสร้าง :

Methanol

น้ำหนักโมเลกุล :  32.04 amu. สถานะทางกายภาพ :   ของเหลว ไม่มีสี จุดเดือด/ข่วงการเดือด : 64 - 65 oC  ที่ความดัน 760 mmHg จุดหลอมเหลว/ช่วงการหลอมเหลว :  -98 oC   การละลายน้ำ :  ผสมเป็นเนื้อเดียว ข้อมูลเกี่ยวกับอันตราย เป็นสารไวไฟสูง เป็นพิษเมื่อสูดดม, สัมผัสทางผิวหนัง และเมื่อกลืนกิน มาตรการปฐมพยาบาล เมื่อสูดดมสาร

ถ้าสูดดมเข้าไป ให้ย้ายผู้ป่วยไปที่ที่มีอากาศบริสุทธิ์ ถ้าผู้ป่วยไม่หายใจ ให้การช่วยหายใจ ถ้าผู้ป่วยหายใจลำบากทำการให้ออกซิเจน

เมื่อสัมผัสสาร

ในกรณีที่สารถูกผิวหนัง ให้ล้างออกด้วยน้ำปริมาณมาก เป็นเวลาอย่างน้อย 15 นาที  ถอดเสื้อและรองเท้าที่เปื้อนสาร  หลังจากนั้นให้ไปพบแพทย์ 

เมื่อสารเข้าตา

ในกรณีที่สารเข้าตา ให้ล้างตาด้วยน้ำปริมาณมาก เป็นเวลาอย่างน้อย 15 นาที  ต้องแน่ใจว่าได้ล้างตาอย่างเพียงพอ โดยใช้นิ้วมือแยกเปลือกตาออกจากกันระหว่างล้าง หลังจากนั้นให้ไปพบแพทย์ 

เมื่อกลืนกิน

เมื่อกลืนกินสารเข้าไป ในกรณีที่ผู้ป่วยยังมีสติอยู่ให้ใช้น้ำบ้วนปาก และไปพบแพทย์ทันที

ข้อปฏิบัติการใช้สารและการเก็บรักษา

ข้อปฏิบัติการใช้สาร

อย่าหายใจเอาไอระเหยเข้าไป  หลีกเลี่ยงการสัมผัสกับดวงตา, ผิวหนัง และเสื้อผ้า  หลีกเลี่ยงการได้รับสารเป็นเวลานานหรือซ้ำหลายครั้ง

การเก็บรักษา

ปิดภาชนะให้สนิท  เก็บให้ห่างจากความร้อน, ประกายไฟ, และเปลวไฟ

เมทานอลเป็นแอลกอฮอล์ที่มีจำนวนอะตอมของคาร์บอนน้อยที่สุด เตรียมได้จากการเผาไม้ชนิดหนึ่งเรียกว่า ไม้แอลกอฮอล์  (wood alcohol) ที่อุณหภูมิสูงในสภาวะที่ปราศจากอากาศ และในระดับอุตสาหกรรมสามารถเตรียมเมทานอลได้จากปฏิกิริยาระหว่างคาร์บอนมอนอกไซด์กับไฮโดรเจนภายใต้อุณหภูมิและความดันสูง โดยมีโลหะออกไซด์ เช่น Fe₂O₃, ZnO/Cr₂O₃ เป็นตัวเร่งปฏิกิริยา ดังสมการ

ประโยชน์ของเมทานอล

• นำมาใช้เป็นตัวทำละลายอินทรีย์ในอุตสาหกรรมการทำเฟอร์นิเจอร์ เช่น สีทาไม้ น้ำมันเคลือบเงา
• ใช้เป็นเชื้อเพลิง
• ใช้เป็นสารตั้งต้นในการผลิตพลาสติก ยา และสารประกอบอินทรีย์ชนิดอื่น เช่น ฟอร์มาลดีไฮด์

อันตรายของเมทานอล

เมทานอลเป็นสารที่มีอันตรายต่อร่างกายมาก โดยเมทานอลสามารถดูดซึมได้ทางผิวหนัง ลมหายใจ ผู้ที่สูดดมเข้าไปจะรู้สึกระคายเคื่องต่อทางเดินหายใจ ทำให้หลอดลมอักเสบ มีอาการระคายเคืองต่อเยื่อบุตาหรืออาจทำให้ตาบอด  ถ้าเมทานอลเข้าสู่ร่างกายจะถูกออกซิไดซ์กลายเป็นฟอร์มาลดีไฮด์ (HCHO) ซึ่งจะทำให้เกิดอาการปวดศีรษะ ตาบอดหรือเป็นอันตรายถึงชีวิตได้

ประโยชน์และโทษของเอทานอลหรือเอทิลแอลกอฮอล์ (CH₃CH₂OH)

สูตรโครงสร้าง

Ethanol

น้ำหนักโมเลกุล : 46.07 AMU

สถานะทางกายภาพ :   ของเหลวใส  ไม่มีสี

จุดเดือด/ข่วงการเดือด : 78 - 80 ^oC  ที่ความดัน 760 mmHg

การละลายน้ำ :  ผสมเป็นเนื้อเดียว

ข้อมูลเกี่ยวกับอันตราย

เป็นสารไวไฟสูง

การปฐมพยาบาลเมื่อสัมผัสสาร

เมื่อสูดดมสาร

ถ้าสูดดมเข้าไป ให้ย้ายผู้ป่วยไปที่ที่มีอากาศบริสุทธิ์ ถ้าผู้ป่วยไม่หายใจ ให้การช่วยหายใจ  ถ้าผู้ป่วยหายใจลำบากทำการให้ออกซิเจน

เมื่อสัมผัสสาร

ในกรณีที่สัมผัสกับสารให้ล้างผิวหนังทันทีด้วยสบู่และน้ำปริมาณมาก

เมื่อสารเข้าตา

ในกรณีที่สารเข้าตา ให้ล้างตาด้วยน้ำปริมาณมาก เป็นเวลาอย่างน้อย 15 นาที

เมื่อกลืนกิน

เมื่อกลืนกินสารเข้าไป ในกรณีที่ผู้ป่วยที่ยังมีสติอยู่ให้ใช้น้ำบ้วนปาก  หลังจากนั้นให้ไปพบแพทย์ 

ข้อปฏิบัติการใช้สารและการเก็บรักษา

ข้อปฏิบัติการใช้สาร

หลีกเลี่ยงการหายใจเอาไอระเหยเข้าไป หลีกเลี่ยงการสัมผัสกับดวงตา, ผิวหนัง และเสื้อผ้า หลีกเลี่ยงการได้รับสารเป็นเวลานานหรือซ้ำหลายครั้ง 

การเก็บรักษา

ปิดภาชนะให้สนิท เก็บให้ห่างจากความร้อน, ประกายไฟ, และเปลวไฟ  เก็บในที่แห้งและเย็น  
เอทานอลหรือเอทิลแอลกอฮอล์เป็นของเหลวไม่มีสี มีกลิ่นเฉพาะตัว ระเหยได้ ติดไฟง่าย เวลาติดไฟจะไม่มีเขม่า สามารถละลายน้ำได้ เอทานอลเป็นแอลกอฮอล์ที่เตรียมได้จากการหมักน้ำตาลจากผลไม้หรือแป้งที่ได้จากธัญญาพืชในที่ไม่มีออกซิเจน โดยใช้เอนไซม์ในยีสต์หรือแบคทีเรียช่วยเร่งปฏิกิริยาจะได้เอทานอลดังสมการ 

เอทานอนที่ได้จากวัตถุดิบต่างกันจะมีชื่อเรียกต่างกัน เช่น ถ้าใช้น้ำองุ่นในการหมักจะเรียกว่า ไวน์ (wine) ถ้าใช้มันฝรั่ง (แป้ง) ในการหมักจะเรียกว่าเหล้าหรือ   ว๊อดก้า (Vodka) แต่ถ้าใช้ข้าวบาร์เลย์หรือข้าวฮอพในการหมักจะเรียกว่าเบียร์

เอทานอลที่ได้จากการหมักน้ำตาลหรือยีสต์นี้จะนำมาบริโภคในรูปของไวน์ เบียร์ และเหล้า แต่การบริโภคเครื่องดื่มที่มีเอทานอลเป็นองค์ประกอบในปริมาณมากเป็นประจำ จะส่งผลให้เกิดอันตรายต่อระบบประสาท ตับ และเกิดอาการเสพติด

ในอุตสาหกรรมสามารถเตรียมเอทานอลได้จากปฏิกิริยาระหว่างอีทีนกับน้ำ ภายใต้อุณหภูมิและความดันสูงโดยมีกรดเข้มข้นเป็นตัวเร่งปฏิกิริยา ดังสมการ

ประโยชน์ของเอทานอล

• นำมาบริโภคในรูปของไวน์ เบียร์ และเหล้า

ที่มา : https://sites.google.com/a/email.kmutnb.ac.th/beer-nayata/

• สามารถใช้เป็นตัวทำละลายในการผลิตน้ำหอมและยา
• ใช้เป็นสารฆ่าเชื้อโรค
• ใช้เป็นสารตั้งต้นในการผลิตสีย้อม เครื่องสำอาง และสารประกอบอินทรีย์ที่สำคัญชนิดอื่นๆ เช่น กรดแอซิติก
• สามารถนำเอทานอลผสมกับน้ำมันเบนซินออกเทน 91 ในอัตราส่วนเอทานอล 1 ส่วนกับเบนซิน 9 ส่วน เป็นน้ำมันแก๊สโซฮอล์เพื่อใช้เป็นเชื้อเพลิงสำหรับยานพาหนะ ในปัจจุบันได้มีการพัฒนารถยนต์ให้สามารถใช้เชื้อเพลิงที่มีเอทานอล 20 เปอร์เซนต์ เรียกเชื้อเพลิงนี้ว่า E20 สำหรับรถบางรุ่นสามารถใช้น้ำมันเบนซินที่มีส่วนผสมของเอทานอลมากถึง 85 เปอร์เซนต์ ซึ่งเรียกเชื้อเพลิงนี้ว่า E85

ที่มาข้อมูล :

• จุฬาลงกรณ์มหาวิทยาลัย, มหาวิทยาลัย. (ม.ป.ป.). เอกสารข้อมูลความปลอดภัย. สืบค้นเมื่อ 8 ธันวาคม, 2559, จาก http://www.chemtrack.org/MSDSSG/Trf/msdst/msdst67-56-1.html
• จุฬาสงกรณ์มหาวิทยาลัย, มหาวิทยาลัย. (ม.ป.ป.). เอกสารข้อมูลความปลอดภัย. สืบค้นเมื่อ 8 ธันวาคม, 2559, จาก http://www.chemtrack.org/MSDSSG/Trf/msdst/msdst64-17-5.html
• นาตยา งามโรจนวณิชย และนุชสรา ฉ่ำผิว. (ม.ป.ป.). เคมีอินทรียตอนสารประกอบแอลกอฮอล. สืบค้นเมื่อ 8 ธันวาคม, 255, จาก http://www.phukhieo.ac.th/obec-media/2555/manual/%A4%D9%E8%C1%D7%CD%E0%A4%C1%D5/61_%CA%D2%C3%BB%C3%D0%A1%CD%BA%E1%CD%C5%A1%CD%CE%CD%C5%EC.pdf

สมบัติทางกายภาพและสมบัติทางเคมีของแอลกอฮอล์

แอลกอฮอล์เป็นสารอินทรีย์ที่พบได้ทั่วไปในชีวิตประจำวัน เราอาจพบแอลกอฮอล์ผสมอยู่ในเครื่องดื่ม เช่น เหล้า เบียร์ อาจจะพบแอลกอฮอล์ในน้ำยาล้างแผล ในเครื่องสำอาง หรือใช้เป็นตัวทำละลายต่างๆ แล้วเราทราบไหมคะว่าแอลกอฮล์มีสมบัติอย่างไรบ้าง ทำไมเราจึงสามารถนำแอลกอฮอล์มาใช้ประโยชน์ได้หลากหลาย สำหรับบทความนี้จะขอกล่าวถึงในส่วนของสมบัติต่างๆของแอลกอฮอล์กันนะคะ

แอลกอฮอล์มีหมู่ฟังก์ชันคือหมู่ไฮดรอกซิล (hydroxyl group) มีสูตรทั่วไปเป็น R-OH เมื่อ R คือ หมู่ แอลคิล (alkyl group) ซึ่งอาจมีวงแหวนเบนซีนเป็นส่วนประกอบได้แต่หมู่ -OH จะต้องไม่ต่ออยู่กับวงแหวนเบนซีนโดยตรง (ถ้าต่อโดยตรงจะเป็นสารประกอบพวกฟีนอล) 

สมบัติทางกายภาพของสารประกอบแอลกอฮอล์ (Physical Properties of Alcohols)

การละลายน้ำของแอลกอฮอล์ (Solubility of Alcohols) 

แอลกอฮอล์สามัญที่พบโดยทั่วไปที่มีจำนวนคาร์บอนไม่เกิน 12 อะตอม ส่วนใหญ่จะเป็นของเหลวที่อุณหภูมิห้อง สำหรับเมทานอลและเอทานอลจะเป็นของเหลวที่ระเหยง่ายและมีกลิ่นผลไม้เฉพาะตัว ส่วนแอลกอฮอล์ที่มีจำนวนคาร์บอนสูงขึ้นไปตั้งแต่บิวทานอลไปจนถึงเดคานอล (decanols) จะเป็นของเหลวหนืด และไอโซเมอร์ (isomer) บางตัวที่มีโซ่กิ่งมากจะมีสถานะเป็นของแข็งที่อุณหภูมิห้อง
เนื่องจากแอลกอฮอล์มีหมู่ไฮดรอกซิล (-OH) ซึ่งเป็นส่วนที่มีขั้ว จึงทำให้แอลกอฮอล์เป็นโมเลกุลมีขั้วโดยผลของการเหนี่ยวนำของออกซิเจน (O) ที่มีสภาพไฟฟ้าลบสูงกว่าคาร์บอน (C) และไฮโดรเจน (H) จึงทำให้ออกซิเจนมีประจุเป็นลบเล็กน้อย ส่วนคาร์บอนและไฮโดรเจนเป็นบวกเล็กน้อย

เมื่อแอลกอฮอล์ละลายน้ำ หมู่ –OH ในแอลกอฮอล์จะไม่แตกตัวเป็นไฮดรอกไซด์ไอออน (OH^–) เช่นเดียวกับ OH^– ในโลหะไฮดรอกไซด์ เช่น NaOH เนื่องจากพันธะระหว่างหมู่ –OH กับหมู่แอลคิลในแอลกอฮอล์เป็นพันธะโคเวเลนต์ แต่พันธะระหว่างหมู่ OH^– กับโลหะไอออนเป็นพันธะไอออนิก โมเลกุลของแอลกอฮอล์มีทั้งส่วนที่มีขั้วคือหมู่ –OH และส่วนที่ไม่มีขั้วคือหมู่แอลคิล 

สภาพขั้วของน้ำและแอลกอฮอล์

ที่มา : http://www.keyword-suggestions.com/YWxjb2hvbCBwb2xhcml0eQ/

ตารางแสดงสมบัติทางกายภาพของแอลกอฮอล์บางชนิด

จากตารางแสดงสมบัติทางกายภาพของแอลกอฮอล์ แอลกอฮอล์ที่มีคาร์บอน 1-3 อะตอมสามารถละลายน้ำได้ดี ทั้งนี้เนื่องจากแอลกอฮอล์เป็นโมเลกุลมีขั้วและมีหมู่ไฮดรอกซิล (-OH) อยู่ในโมเลกุลแอลกอฮอล์จึงสามารถเกิดพันธะไฮโดรเจนกับน้ำได้ ดังนั้นจึงทำให้แอลกอฮอล์ละลายน้ำได้ แต่เมื่ออะตอมของคาร์บอนเพิ่มขึ้นแอลกอฮอล์จะละลายน้ำได้น้อยลง ทั้งนี้เนื่องจากเมื่อโมเลกุลมีขนาดใหญ่ขึ้นและมีส่วนของหมู่แอลคิลที่ไม่ละลายน้ำเพิ่มมากขึ้น สภาพขั้วของโมกุลจะอ่อนลง ส่งผลให้การละลายน้ำได้น้อยลง

รูปแสดงพันธะไฮโดรเจนระหว่างแอลกอฮอล์กับน้ำ

ที่มา : http://silverbullet.in/chapters/lessonsummary/2219/2183

จุดเดือดของแอลกอฮอล์ (Boiling Point of Alcohols)

ที่มา : http://www.middleschoolchemistry.com/multimedia/chapter5/lesson1

ตารางเปรียบเทียบจุดเดือดระหว่างแอลกอฮอล์กับแอลเคน

จากตารางเมื่อแอลกอฮอล์มีจำนวนคาร์บอนเพิ่มขึ้น จุดเดือดจะสูงขึ้น เพราะการเพิ่มจำนวนอะตอมของคาร์บอนทำให้มวลโมเลกุลของแอลกอฮอล์เพิ่มขึ้น ทำให้แรงยึดเหนี่ยวระหว่างโมเลกุลมากขึ้นด้วย

เมื่อเปรียบเทียบจุดเดือดของแอลกอฮอล์กับแอลเคนที่มีมวลโมเลกุลใกล้เคียงกันพบว่า จุดเดือดของแอลกอฮอล์จะมีค่าสูงกว่าแอลเคน เนื่องจากแอลกอฮอล์เป็นโมเลกุลที่มีขั้ว จึงมีทั้งแรงลอนดอนและแรงดึงดูดระหว่างขั้วเป็นแรงยึดเหนี่ยวระหว่างโมเลกุล นอกจากนี้แอลกอฮอล์ยังสามารถเกิดพันธะไฮโดรเจนระหว่างโมเลกุลได้ โดยเกิดแรงดึงดูดระหว่างประจุที่เป็นลบเล็กน้อยของออกซิเจนกับประจุที่เป็นบวกเล็กน้อยของไฮโดรเจนของอีกโมเลกุลหนึ่ง ส่วนแอลเคนมีเพียงแรงลอนดอนเท่านั้น ดังนั้นจุดเดือดของแอลกอฮอล์จึงสูงกว่าแอลเคนที่มีมวลโมเลกุลใกล้เคียงกัน

รูปแสดงพันธะไฮโดรเจนของหมู่ไฮดรอกซิลซึ่งเป็นหมู่ฟังก์ชันของแอลกอฮอล์

ที่มา : https://commons.wikimedia.org/wiki/File:H-bonding_alcohol.png

ปฏิกิริยาเผาไหม้ (Combustion Reaction)

ที่มา : https://sites.google.com/site/ellesmerealevelchemistry/module-4-core-organic-chemistry/4-2-alcohols-haloalkanes-and-analysis/4-2-1-alcohols/4-2-1-b-c-combustion-and-oxidation-of-alcohols

แอลกอฮอล์สามารถติดไฟได้ดี ไม่มีเขม่าและควัน ได้ผลิตภัณฑ์เป็นแก๊สคาร์บอนไดออกไซด์และน้ำ ซึ่งเป็นปฏิกิริยาคายพลังงาน ดังสมการ

CH₃CH₂OH(l) + 3O₂(g)            ®      2CO₂(g)                    + 3H₂O(g)

           เอทานอล      ออกซิเจน                แก๊สคาร์บอนไดออกไซด์         น้ำ

ความเป็นกรดหรือเบสของแอลกอฮอล์

ที่มา : https://play.google.com/store/apps/details?id=com.priantos.litmuspaper

แอลกอฮอล์มีสมบัติเป็นกลาง เนื่องจากเมื่อทำการทดสอบความเป็นกรดเบสของแอลกอฮอล์ด้วยกระดาษลิตมัสสีแดงและสีน้ำเงิน พบว่ากระดาษลิตมัสไม่เปลี่ยนสี จึงสามารถสรุปได้ว่า แอลกอฮอล์มีสมบัติที่เป็นกลาง

ปฏิกิริยาการแทนที่ด้วยโลหะที่ว่องไว (active metal)

แอลกอฮอล์สามารถเกิดปฏิกิริยาการแทนที่กับโลหะที่ว่องไว เช่น โซเดียม (Na) โดยโลหะ Na จะเข้าไปแทนที่อะตอมของไฮโดรเจน (H) ในหมู่ไฮดรอกซิล (-OH) ได้แก๊สไฮโดรเจนออกมา ดังสมการ

CH₃CH₂OH(l) +2Na(g)            ®      2CH₃CH₂ONa(l)                    + H₂(g)

           เอทานอล      โซเดียม                     โซเดียมเอทอกไซด์             แก๊สไฮโดรเจน

ปฏิกิริยาออกซิเดชัน (Oxidation reaction) ด้วยสารละลายโพแทสเซียมเปอร์แมงกาเนต (KMnO₄)

แอลกอฮอล์ปฐมภูมิและทุติยภูมิสามารถฟอกจางสีของสารละลายโพแทสเซียมเปอร์แมงกาเนตใน

สภาวะเบสได้ 

จากการทดลอง ขั้นแรกเติมน้ำกลั่นลงในหลอดทดลอง 2 มิลลิลิตร จากนั้นหยดเมทานอลลงไป 5 หยด เขย่า และเติมสารละลาย 5% โซเดียมไฮดรอกไซด์ (NaOH) ลงไป 2 หยด เขย่าหลอดทดลอง จากนั้นเติมสารละลายโพแทสเซียมเปอร์แมงกาเนต (KMnO₄) 5 หยด เขย่าหลอดทดลอง พบว่าสีม่วงของสารละลายโพแทสเซียมเปอร์แมงกาเนต (KMnO₄) หายไป เกิดเป็นตะกอนสีน้ำตาลขึ้น

จากผลการทดลองที่เกิดขึ้น สีม่วงของ KMnO₄ หายไปและเกิดเป็นตะกอนสีน้ำตาลขึ้นเนื่องจากแอลกอฮอล์จะไปรีดิวซ์สารละลายโพแทสเซียมเปอร์แมงกาเนต (KMnO₄) ให้กลายเป็นแมงกานีสไดออกไซด์ (MnO₂) สารละลายโพแทสเซียมเปอร์แมงกาเนต (KMnO₄) จึงเปลี่ยนจากสีม่วงเกิดเป็นตะกอนสีน้ำตาลของแมงกานีสไดออกไซด์ (MnO₂) ดังสมการ

ที่มาข้อมูล : 

• นาตยา งามโรจนวณิชย และนุชสรา ฉ่ำผิว. (ม.ป.ป.). เคมีอินทรียตอนสารประกอบแอลกอฮอล. สืบค้นเมื่อ 8 ธันวาคม, 2559, จาก http://www.phukhieo.ac.th/obec-media/2555/manual/%A4%D9%E8%C1%D7%CD%E0%A4%C1%D5/61_%CA%D2%C3%BB%C3%D0%A1%CD%BA%E1%CD%C5%A1%CD%CE%CD%C5%EC.pdf

มาทำความรู้จักแอลกอฮอล์กัน (ชนิดของแอลกอฮอล์และการเรียกชื่อแอลกอฮอล์)

ที่มา : https://www.breastfeedingbasics.com/qa/does-drinking-beer-increase-milk-supply
เมื่อพูดถึงคำว่าแอลกอฮอล์หลายคนก็จะคิดว่าแอลกอฮอล์ก็คือเหล้านั่นเอง แต่ความจริงแล้วความคิดนี้เป็นความคิดที่ผิดนะคะ เนื่องจากเหล้าไม่ใช่แอลกออฮอล์และแอลกออฮอล์ก็ไม่ได้มีเฉพาะเหล้าเท่านั้นแอลกอฮอล์เป็นสารอินทรีย์ประเภทหนึ่ง ซึ่งแอลกอฮอล์ที่นิยมนำมาใช้งานได้แก่ เอทานอล (Ethanol) หรือเอทิลแอลกอฮอล์ (Ethyl alcohol) ซึ่งเป็นแอลกอฮอล์ที่รับประทานได้ และเมทานอล (Methanol) หรือเมทิลแอลกอฮอล์ (Methyl alcohol) เป็นแอลกอฮอล์ที่รับประทานไม่ได้ ในบทความนี้จะขอกล่าวถึงโครงสร้างของแอลกอฮอล์ หลักการเรียกชื่อแอลกอฮอล์และไอโซเมอร์ของแอลกอฮอล์กันก่อนนะคะ

หมู่ฟังก์ชันของแอลกอฮอล์

แอลกอฮอล์เป็นสารอินทรีย์ชนิดหนึ่งที่มีหมู่ – OH (หมู่ไฮดรอกซิล (hydroxyl group)

มีสูตรทั่วไปเป็น R – OH (R เป็นหมู่แอลคิล (alkyl group) อาจมีวงแหวนเบนซีนเป็นส่วนประกอบได้ แต่หมู่ไฮดรอกซิลจะต้องไม่สร้างพันธะกับวงแหวนเบนซีนโดยตรง เช่น

benzyl alcohol

Phenol

การจำแนกประเภทของแอลกอฮอล์

จำแนกตามการจัดเรียงตัวของคาร์บอนอะตอมภายในโมเลกุลได้ 3 ประเภทดังนี้

แอลกอฮอล์ปฐมภูมิ (primary alcohol) หมายถึง แอลกอฮอล์ที่มีหมู่ไฮดรอกซิล (-OH) สร้างพันธะกับคาร์บอนอะตอมที่ต่ออยู่กับไฮโดรเจน 2 หรือ 3 อะตอม หรือเรียกได้อีกอย่างว่า primary carbon (1^o –carbon) แอลกอฮอล์ปฐมภูมิ สัญลักษณ์คือ 1^๐ alcohol 

ตัวอย่างเช่น เมทานอล, 1-propanol

C ตำแหน่งที่หนึ่ง (เลือกโครงสร้างหลักที่มี C ต่อกันยาวที่สุดและมีหมู่ –OH อยู่ด้วย) ต่ออยู่กับ H 2 อะตอม จัดเป็น primary carbon และเป็นตำแหน่งที่มีหมู่ไฮดรอกซิลมาต่ออยู่ 1 หมู่ ดังนั้น 1-propanol จึงเป็น primary alcohol

แอลกอฮอล์ทุติยภูมิ (secondary alcohol) หมายถึง แอลกอฮอล์ที่มีหมู่ไฮดรอกซิล (-OH) สร้างพันธะกับคาร์บอนอะตอมที่ต่ออยู่กับไฮโดรเจน 1 อะตอม หรือเรียกได้อีกอย่างว่า secondary carbon (2^o –carbon) แอลกอฮอล์ทุติยภูมิ สัญลักษณ์คือ 2^๐ alcohol 

ตัวอย่างเช่น 1-methyl-1-propanol

C ตำแหน่งที่หนึ่งต่ออยู่กับ H 1 อะตอม จัดเป็น secondary carbon และเป็นตำแหน่งที่มีหมู่ไฮดรอกซิลมาต่ออยู่ 1 หมู่ ดังนั้น 1-methyl-1-propanol จึงเป็น secondary alcohol

แอลกอฮอล์ตติยภูมิ (tertiary alcohol) หมายถึง แอลกอฮอล์ที่มีหมู่ไฮดรอกซิล (-OH) สร้างพันธะกับคาร์บอนอะตอมที่ไม่มีไฮโดรเจนต่ออยู่ หรือเรียกได้อีกอย่างว่า tertiary carbon (3^o –carbon) สัญลักษณ์คือ 3^๐ alcohol 

ตัวอย่างเช่น 2-methyl-2-propanol

อะตอม C ในตำแหน่งที่สองเป็นตำแหน่งที่ไม่มี H เกาะอยู่ จัดเป็น tertiary carbon และเป็นตำแหน่งที่มีหมู่ไฮดรอกซิลมาต่ออยู่ 1 หมู่ ดังนั้น 2-methyl-2-propanol

จึงเป็น tertiary alcohol

การเรียกชื่อของแอลกอฮอล์ (Nomenclature of Alcohols)

ระบบสามัญ (Common Names of Alcohols)

ชื่อสามัญของแอลกอฮอล์จะเรียกโดยใช้ชื่อสามัญของหมู่แอลคิล (alkyl) ตามด้วยคำ ว่า “แอลกอฮอล์ (alcohol)” นิยมใช้เรียกแอลกอฮอล์ที่เป็นโมเลกุลเล็กๆ เช่น 

CH₃ – OH  ชื่อ : Methyl alcohol         
CH₃ – CH₂ – OH   ชื่อ : Ethyl alcohol      
CH₃ – CH₂ – CH₂ – OH   ชื่อ : Propyl alcohol

                                           

ระบบ IUPAC ซึ่งเป็นอักษรย่อจาก International Union of Pure and Applied Chemistry

มีหลักการเรียกชื่อดังนี้

• เรียกชื่อโซ่คาร์บอนที่ยาวที่สุดที่มีหมู่ –OH ต่ออยู่ตามจำนวนคาร์บอน หลังจากนั้นให้ตัด – e ออก แล้วเติม – ol เพื่อใช้เป็นชื่อหลัก (root name)
• ระบุตำแหน่งของคารบ์อนแต่ละตัวในโซ่หลักโดยเริ่มจากปลายที่ใกล้กับหมู่ –OH มากที่สุด แล้วให้ระบุตำแหน่งของหมู่ –OH ให้เหมาะสม กล่าวคือให้มีตำแหน่งที่ตํ่าที่สุด (อย่าลืมว่าหมู่ –OH มีความสำคัญมากกว่าพันธะคู่หรือพันธะสาม)
• เรียกชื่อหมู่แทนที่ทุกหมู่ พร้อมทั้งระบุตำแหน่งเหมือนกับการเรียกชื่อแอลเคนและแอลคีน

ตัวอย่างการเรียกชื่อแอลกอฮอล์ตามระบบ IUPAC

1-butanol  

             

             2-butanol

2-pentanol

3-methyl-1-pentanol

4-bromo-3-methyl-2-heptanol

สำหรับแอลกอฮอล์ที่เป็นวง (cyclic alcohol) จะเรียกชื่อโดยการเติมคำนำ หน้าว่า cyclo- และคาร์บอนที่มีหมู่ –OH ต่ออยู่จะนับเป็น C 1 เสมอ เช่น

2-cyclohexen-1-ol

ในโครงสร้างมีหมู่ไฮดรอกซิลอยู่ในตำแหน่งที่ 1 และมีพันธะคู่อยู่ในตำแหน่งที่ 2 ของคาร์บอนที่เป็นสายโซ่หลักนั่นก็คือ ไซโคลเฮกเซน

Trans-2-chlorocyclohexanol          

ในการเรียกชื่อแอลกอฮอล์ที่มีพันธะคู่หรือพันธะสามอยู่ในโมเลกุล เราจะใช้คำ ลงท้าย –ol ไม่ว่าจะเป็นสารประกอบแอลคีนหรือแอลไคน์ ทั้งนี้เนื่องมาจากหมู่แอลกอฮอล์มีความสำคัญมากกว่าพันธะคู่หรือพันธะสาม ดังนั้นในการระบุตำแหน่งในโซ่ของโมเลกุลจึงต้องระบุตำแหน่งให้หมู่ – OH มีตำแหน่งที่ตํ่าที่สุดแล้วจึงระบุตำแหน่งของพันธะคู่หรือพันธะสาม ซึ่งการระบุตำแหน่งของหมู่ – OH ให้ใส่ไว้หน้าคำลงท้าย     –ol ซึ่งจะทำให้สามารถระบุตำแหน่งของพันธะคู่หรือพันธะสามได้ก่อนชื่อหลัก แต่เมื่อปี คศ. 1997 ได้มีการปรับปรุงกฎ IUPAC โดยอนุญาตให้มีการระบุตำแหน่งโดยใส่ตัวเลขไว้หน้าคำ ลงท้าย –en หรือ –yn ซึ่งการเรียกชื่อทั้งสองระบบ มีตัวอย่างแสดงไว้ดังนี้

2-propynol

ในโครงสร้างมีพันธะสามอยู่ในตำแหน่งที่ 2 ของคาร์บอนและมีหมู่ไฮดรอกซิลอยู่ในตำแหน่งที่ 1 ของคาร์บอนที่เป็นสายโซ่หลัก

2-butenol 

ในโครงสร้างมีพันธะคู่อยู่ในตำแหน่งที่ 2 ของคาร์บอนและมีหมู่ไฮดรอกซิลอยู่ในตำแหน่งที่ 1 ของคาร์บอนที่เป็นสายโซ่หลัก

การเรียกชื่อสารประกอบไดออล (Nomenclature of Diols)

สำหรับแอลกอฮอล์ที่มีหมู่ –OH 2 หมู่จะมีชื่อว่า “ไดออล (diols)” หรือ “ไกลคอล (glycols)” การเรียกชื่อจะเรียกเหมือนแอลกอฮอล์ทั่วไปเพียงแต่จะใช้คำ ลงท้ายเป็น - diol แทน – ol โดยไม่ต้องตัด –e ออกจากชื่อ     แอลเคน และจะต้องระบุตำแหน่งของหมู่ –OH ทั้งสองด้วย ซึ่งระบบนี้เป็นระบบที่นิยมใช้กันมากที่สุดและเป็นระบบที่ดีที่สุดที่ใช้สำหรับเรียกชื่อสารประกอบไดออล(ระบบ IUPAC) เช่น

1,2-ethanediol

1,4-butenediol

ไอโซเมอร์ของแอลกอฮอล์

ไอโซเมอร์ของแอลกอฮอล์ ซึ่งมีลักษณะคล้ายกับไอโซเมอร์ของแอลคีน และแอลไคน์ สารประกอบแอลกอฮอล์มีหมู่ฟังก์ชันคือ หมู่ไฮดรอกซิล (-OH) เพราะฉะนั้นเมื่อเปลี่ยนตำแหน่งของหมู่ไฮดรอกซิลในโมเลกุลแอลกอฮอล์ จะทำให้โครงสร้างของโมเลกุลเปลี่ยน ซึ่งจะทำให้สามารถหาไอโซเมอร์ที่เป็นไปได้ทั้งหมดของสารประกอบแอลกอฮอล์ เช่น C₄H₉OH จะมีไอโซเมอร์ของสารประกอบแอลกอฮอล์ 4 โครงสร้าง ดังนี้

1-butanol

2-butanol

2-methyl-2-propanol

2-methyl-1-propanol

ที่มาข้อมูล : 

• นาตยา งามโรจนวณิชย และนุชสรา ฉ่ำผิว. (ม.ป.ป.). เคมีอินทรียตอนสารประกอบแอลกอฮอล. สืบค้นเมื่อ 8 ธันวาคม, 255, จาก http://www.phukhieo.ac.th/obec-media/2555/manual/%A4%D9%E8%C1%D7%CD%E0%A4%C1%D5/61_%CA%D2%C3%BB%C3%D0%A1%CD%BA%E1%CD%C5%A1%CD%CE%CD%C5%EC.pdf

พันธะในโมเลกุลของน้ำ (พันธะไฮโดรเจน)

ที่มา : http://www.actukine.com/Pourquoi-les-cervicalgiques-n-aiment-pas-le-froid_a5001.html

เมื่อนำน้ำใส่ขวดแช่ไว้ในช่องแช่แข็งทิ้งไว้ เมื่อเวลาผ่านไปทำไมขวดน้ำบวมและแตกได้ ทั้งๆที่น้ำถูกเปลี่ยนเป็นของแข็ง แรงยึดเหนี่ยวระหว่างโมเลกุลเพิ่มขึ้น ปริมาตรน้ำในขวดน่าจะลดลง ?

จากคำถามด้านบน เชื่อว่าหลายคนก็เคยมีข้อสงสัย วันนี้เราจะมาหาคำตอบกันค่ะ

กรณีสสารทั่วไปจะเป็นอย่างที่เคยศึกษามา นั่นคือ สสารทั่วไปเมื่ออยู่ในสถานะของแข็งโมเลกุลแต่ละโมเลกุลจะอยู่ใกล้ชิดกัน มีแรงยึดเหนี่ยวระหว่างโมเลกุลสูง ปริมาตรลดลง แต่ในกรณีของน้ำกลับไม่เป็นเช่นนั้น เพราะว่าโมเลกุลของน้ำมีแรงยึดเหนี่ยวอีกหนึ่งรูปแบบที่เรียกว่า พันธะไฮโดรเจน จึงทำให้น้ำมีคุณสมบัติแตกต่างจากสารอื่นๆทั่วๆไป

รู้จักพันธะไฮโดรเจน (Hydrogen Bond)

พันธะไฮโดรเจน  คือ  แรงดึงดูดระหว่างโมเลกุลโคเวเลนต์ชนิดหนึ่งที่เกิดจากอะตอมของไฮโดรเจนของโมเลกุลหนึ่งที่มีขั้วยึดเหนี่ยวกับอะตอมของอีกโมเลกุลหนึ่งที่มีขนาดเล็กและมีค่าอิเล็กโตรเนกาติวิตี (EN) สูง เช่น  F , O  และ  N และที่สำคัญอะตอมจะต้องมีอิเล็กตรอนคู่โดดเดี่ยวเหลืออยู่อย่างน้อย 1 คู่ ทำให้อะตอมเหล่านี้มีอำนาจขั้วไฟฟ้าลบสูง จึงมีแรงยึดเหนี่ยวกับอะตอมไฮโดรเจนที่อยู่ข้างเคียงสูงมากตามไปด้วย ดังนั้นพันธะไฮโดรเจนจึงมีความแข็งแรงมากกว่าแวนเดอร์วาลส์ 5-10 เท่า แต่น้อยกว่าพันธะโคเวเลนต์

พันธะไฮโดรเจนเหมือนหรือแตกต่างกับพันธะในโมเลกุลของไฮโดรเจน ?

พันธะไฮโดรเจนแตกต่างกับพันธะในโมเลกุลของไฮโดรเจน เนื่องจากพันธะไฮโดรเจนเป็นแรงยึดเหนี่ยวระหว่างโมเลกุลกับโมเลกุล ในขณะที่พันธะในโมเลกุลของไฮโดรเจนเป็นพันธะโคเวเลนต์ที่เกิดจากอะตอมของไฮโดรเจน 2 อะตอมใช้อิเล็กตรอนร่วมกัน

พันธะในโมเลกุลของไฮโดรเจน(H₂)

ในโมเลกุลของน้ำ (H₂O) ออกซิเจน (O) สามารถสร้างพันธะไฮโดรเจนได้ 2 พันธะต่อ 1 อะตอมโมเลกุลของ H₂O จึงทำให้น้ำเกิดแรงยึดเหนี่ยวระหว่างโมเลกุลมาก จุดเดือดของน้ำจึงมีค่าสูง (100 ^๐C)

การเกิดพันธะไฮโดรเจนในโมเลกุลของน้ำ

ที่มา : https://opentextbc.ca/anatomyandphysiology/chapter/2-2-chemical-bonds/

นอกจากนี้พันธะไฮโดรเจนยังมีลักษณะพิเศษที่แตกต่างจากแรงแวนเดอร์วาลส์ตรงที่พันธะไฮโดรเจนเป็นพันธะในโมเลกุลที่มีทิศทาง ส่วนแรงแวนเดอร์วาลส์เป็นพันธะในโมเลกุลที่ไม่มีทิศทาง ยกตัวอย่าง เมื่อนำน้ำใส่ขวดแช่ในช่องแช่แข็ง เมื่อน้ำกลายเป็นน้ำแข็งขวดจะบวมออกมา เพราะโมเลกุลของน้ำเกิดการขยายตัวคือ ปกติในสถานะของเหลวโมเลกุลแต่ละโมเลกุลจะอยู่ชิดกันมากยึดเหนี่ยวกันด้วยพันธะไฮโดรเจนแต่จัดเรียงตัวกันไม่เป็นระเบียบ แต่เมื่อน้ำกลายเป็นน้ำแข็งโมเลกุลของน้ำจะอยู่ห่างกัน และเกิดเป็นโครงผลึกร่างตาข่ายขึ้นโดยน้ำแต่ละโมเลกุลจะเกิดพันธะไฮโดรเจนกับโมเลกุลข้างเคียงได้ถึง 4 พันธะในลักษณะเป็นรูปทรงสี่หน้าทำให้โครงผลึกของน้ำแข็งมีลักษณะเป็นโพรงปริมาตรของน้ำก็จะเพิ่มขึ้นทั้งที่มวลของน้ำยังเท่าเดิมความหนาแน่นจึงน้อยลง ด้วยเหตุนี้จึงทำให้น้ำแข็งลอยน้ำได้ 

น้ำแข็งมีความหนาแน่นน้อยกว่าน้ำ น้ำแข็งจึงลอยน้ำได้

ที่มา : http://www.clipartkid.com/ice-water-cliparts/