วันเสาร์ที่ 15 สิงหาคม พ.ศ. 2552

มุมมองที่ถูกจำกัด MO Memoir : วันเสาร์ที่ ๒๐ มิถุนายน ๒๕๕๒

ผมได้เคยตั้งคำถามแก่นิสิตเรื่องการหาความเข้มข้นของสารละลายตัวอย่างที่เป็นกรดในการสอนวิชาเคมีวิเคราะห์ สำหรับนิสิตภาควิชาวิศวกรรมเคมีไว้ดังนี้

คำถามที่
1
ถ้ามีตัวอย่างที่เป็นสารละลายกรด HCl ให้บอกวิธีหาความเข้มข้นของกรด HCl ในสารละลาย
ตัวอย่าง

คำถามที่
2
ถ้ามีตัวอย่างที่เป็นสารละลายกรด HNO3 ให้บอกวิธีหาความเข้มข้นของกรด HNO3 ในสารละลาย
ตัวอย่าง

คำตอบของคำถามทั้ง
2 ข้อนั้นไม่ยาก "ก็เอาไปไทเทรตกับสารละลายมาตรฐาน NaOH"


แต่ถ้าถามคำถามใหม่เป็น


คำถามที่
3
ถ้ามีตัวอย่างที่เป็นสารละลายผสมระหว่างกรด HCl และ HNO3 ให้บอกวิธีหาความเข้มข้นของ
กรดแต่ละชนิดในสารละลายตัวอย่าง

ปรากฏว่ามีนิสิตจำนวนไม่น้อยที่บอกว่าไม่สามารถหาได้ เพราะกรดทั้ง
2 ชนิดเป็นกรดแก่แตกตัวให้โปรตอน 100% จุดยุติของการไทเทรตจึงอยู่ที่เดียวกัน ดังนั้นจึงไม่สามารถแยกแยะได้ไม่ว่าจะใช้อินดิเคเตอร์หรือพีเอชมิเตอร์หาจุดยุติในการไทเทรต


ทีนี้ถ้าลองเอาคำถามที่
1 มาถามใหม่เป็น


คำถามที่
4
ถ้ามีตัวอย่างที่เป็นสารละลาย
กรด HCl ให้บอกวิธีหาความเข้มข้นของกรด HCl ในสารละลายตัวอย่าง

ปรากฏว่ามีคนที่ให้คำตอบที่ไม่ใช่ "นำไปไทเทรตกับสารละลายมาตรฐาน NaOH" แต่เป็น "นำไปไทเทรตกับสารละลายมาตรฐาน AgNO3" กับ "นำไปตกตะกอนกับสารละลาย AgNO3 แล้วหาปริมาณตะกอนที่ได้"

นี่คือตัวอย่างของมุมมองที่ถูกจำกัด เมื่อตัวอย่างถูกระบุชื่อว่าเป็น "กรด" ผู้คนก็มักคิดไปถึงการแตกตัวให้โปรตอน ดังนั้นการหาความเข้มข้นของสารตัวอย่างนั้นจึงมุ่งเน้นไปที่การหาปริมาณโปรตอนที่แตกตัวออกมา เวลาไปค้นคว้าหาคำตอบก็จะมุ่งเน้นแต่บทเรียนที่เกี่ยวกับการไทเทรตกรด-เบสเท่านั้น ผลที่ได้ก็คือ "หาไม่เจอ" แต่ถ้าเราไม่ยึดมั่นอยู่ตรงคำว่ากรด ลองมองว่า HCl เป็นสารประกอบตัวหนึ่งซึ่งเมื่อละลายน้ำแล้วจะแตกตัวให้ไอออน H3O+ กับ Cl- ดังนั้นถ้าเราสามารถหาปริมาณของไอออน H3O+ หรือ Cl- ตัวใดตัวหนึ่งได้ เราก็จะสามารถทราบความเข้มข้นของสารละลายตัวอย่าง HCl ได้

อีกตัวอย่างหนึ่งที่แต่ละคนคงจะได้เคยเรียนมาแล้วในวิชาวิทยาศาสตร์คือเรื่องการขยายตัวของโลหะ เป็นที่ทราบกันว่าเมื่อโลหะมีอุณหภูมิสูงขึ้นก็จะเกิดการขยายตัว ตัวอย่างที่นิยมยกให้เห็นกันได้แก่การวางรางรถไฟ (หวังว่าคนจะเคยเห็นรถไฟและรางรถไฟบ้างนะ) ซึ่งจะสอนกันว่าในการวางรางนั้นจะต้องเว้นระยะห่างไว้เล็กน้อยระหว่างรางแต่ละเส้นที่นำมาเรียงต่อกัน ทั้งนี้เพื่อให้มีที่ว่างสำหรับให้เหล็กรางแต่ละเส้นขยายตัวเมื่อมีอุณหภูมิสูงขึ้น เพราะถ้าไม่เว้นที่ว่างดังกล่าวจะทำให้รางเกิดการโก่งซึ่งอาจเป็นอันตรายถึงทำให้รถไฟตกรางได้

การเว้นช่องว่างให้เหล็กรางรถไฟขยายตัวเป็นเพียงแค่ "วิธีการหนึ่ง" เท่านั้นในการป้องกันไม่ให้รางโก่ง แต่โดยวิธีการสอนของบ้านเราจึงทำให้ผู้เรียนคิดว่าเป็น "วิธีการเพียงวิธีเดียวเท่านั้น" ในการป้องกันรางโก่ง

ถ้าใครมีโอกาสขึ้นรถไฟลอยฟ้า (BTS) หรือรถใต้ดินก็ขอให้สังเกตรางรถไฟดังกล่าว จะเห็นว่าไม่มีการเว้นช่องว่างไว้ให้เหล็กรางขยายตัวเลย แต่จะทำการเชื่อมเหล็กรางเป็นเส้นเดียวกันยาวตลอด (ไม่แน่ใจเหมือนกันว่าเป็นระยะทางยาวเท่าใด) และก็ไม่มีปัญหารางเกิดการโก่งตัวเมื่อมีการขยายตัวด้วย (โดยเฉพาะรถไฟลอยฟ้าที่ต้องเจอกับอุณหภูมิที่เปลี่ยนแปลงมากกว่า เพราะเจอทั้งแดดจัดและอากาศเย็น) จะว่าไปแล้วเทคนิคการวางรางแบบเชื่อมเป็นเส้นยาวดังกล่าวมามานานแล้ว (ก่อนสงครามโลกครั้งที่ 2) ซึ่งการที่ไม่มีการเว้นช่องว่างจะทำให้รถไฟวิ่งได้ราบเรียบขึ้นและสามารถใช้ความเร็วที่สูงขึ้นได้ (รถจักรไอน้ำของอังกฤษสามารถทำความเร็วได้ถึง 200 กิโลเมตรต่อชั่วโมงเมื่อประมาณ 70 ปีที่แล้ว)

ถ้าเรามองปัญหาใหม่ว่า)การโก่งของรางรถไฟคือการเกิดการเคลื่อนที่ "ทางด้านข้าง" ของรางรถไฟ ถ้าเราสามารถป้องกันไม่ให้รางเกิดการเคลื่อนที่ทางด้านข้างได้ รางก็จะไม่เกิดการโก่ง การป้องกันไม่ให้รางเกิดการเคลื่อนที่ทางด้านข้างทำได้โดยการตรึงงานเอาไว้ให้แน่น เช่นในกรณีการวางรางของรถไฟลอยฟ้าหรือรถไฟฟ้าใต้ิดินที่วางรางบนพื้นคอนกรีต ถ้าเป็นการวางรางบนพื้นดินทั่วไปก็ต้องมีการปรับเปลี่ยนไม้หมอนและเิ่ิพิ่มปริมาณหินที่วางกองอยู่ทางด้านข้างทั้งสองด้านของราง ในขณะเดียวกันก็ต้องให้ตัวรางไม่มีการขยายตัว (หรือมีให้น้อยที่สุด) โดยการเปลี่ยนการขยายตัวเป็นแรงกดอัดที่กระทำต่อตัวราง ดังนั้นก็ต้องเพิ่มขนาดของรางให้ใหญ่ขึ้นเพื่อให้รับแรงกดอัดดังกล่าวได้ ถ้านึกภาพไม่ออกก็ให้ลองไปทบทวนในวิชา Mechanic of meterial เรื่องการรับแรงของโครงสร้างที่เป็นเสา (นิสิตป.ตรี วิศวเคมี จะเรียนกันตอนปี 2 เทอมปลาย)


ไม่มีความคิดเห็น: