สรุปผลการสอบวันจันทร์ที่ ๑๑ เมษายน ๒๕๕๔ MO Memoir : Monday 11 April 2554

แม้ว่าการสอบเมื่อเช้ายังไม่เสร็จสมบูรณ์ แต่ก็ถือได้ว่าการสอบของสาวน้อยหน้าใสจากบางละมุงผ่านไปด้วยดี ส่วนที่เหลือคิดว่าไม่น่าจะมีปัญหาใด ๆ คาดว่าภายในสัปดาห์แรกหลังสงกรานต์ทุกอย่างก็คงจะเสร็จสิ้น

Memoir ฉบับนี้ก็เลยขอสรุปประเด็นคำถามที่สำคัญบางประเด็นที่เกิดขึ้นในห้องสอบมาเล่าสู่กันฟัง เพื่อให้คนที่ไม่สามารถเข้าร่วมรับฟังกันการสอบได้ ได้รับทราบกัน

๑. การล้าง Cl^-

ตัวเร่งปฏิกิริยาของเรานั้น เมื่อเตรียมเสร็จแล้วเราต้องการให้มีไอออนอยู่เพียง ๓ ชนิดเท่านั้น กล่าวคือเป็นไอออนบวก ๒ ตัวได้แก่ Si⁴⁺ และ Ti⁴⁺ และไอออนลบ ๑ ตัวได้แก่ O^2-

O^2- นั้นอาจเป็นโครงสร้างที่เกิดขึ้นในระหว่างการเกิดเป็นผลึก หรือเกิดจากการเผา เช่นเมื่อเราเผาหมู่ OH^- หรือ NO₃^- หรือเกลือของกรดอินทรีย์ เช่น CH3COO^- หมู่เรานี้จะสลายตัว (ส่วนที่สลายตัวจะกลายเป็นแก๊สออกไป) กลายเป็น O^2- ได้

แต่ในกรณีของหมู่ Cl^- นั้น เราไม่สามารถเผาไล่หมู่ Cl^- ให้เป็นไอระเหยออกไป ดังนั้นเราจำเป็นต้องล้างหมู่ดังกล่าวออกให้หมดในระหว่างการเตรียมตัวเร่งปฏิกิริยา

ส่วน Na⁺ ที่ใส่เข้าไปในตอนเตรียมนั้น ก็ถูกล้างออกไปด้วย

๒. การล้างด้วย HNO₃

การล้างด้วยกรด HNO₃ นั้นเป็นการล้างสารประกอบ (เช่นออกไซด์บางชนิด) ที่ไม่ใช่ตัวเร่งปฏิกิริยาหลักที่เราต้องการ (TS-1)

สารประกอบเหล่านี้อาจเกิดขึ้นจากปฏิกิริยาข้างเคียงที่เราไม่ต้องการ หรือเกิดจากสารปนเปื้อนที่มีอยู่ในสารตั้งต้นที่เราใช้ทำปฏิกิริยา หรือปนเปื้อนจากตัวอุปกรณ์เอง

ในงานที่ผ่านมานั้นเราพบว่าการล้างด้วยกรด HNO₃ ไม่ได้ทำให้ตัวเร่งปฏิกิริยา TS-1 ของเราเสื่อมสภาพแต่อย่างไร (โครงสร้าง SiO₂ มันทนต่อกรดอยู่แล้ว ยกเว้นแต่จะใช้กรดกัดแก้ว) แต่กลับทำให้ได้ตัวเร่งปฏิกิริยาที่มีความว่องไวมากขึ้น ทั้งนี้เนื่องจากตัวเร่งปฏิกิริยาพื้นที่ผิวมากขึ้น โดยกรด HNO₃ เข้าไปชะล้างสารประกอบออกไซด์ที่ไปอุดตันอยู่ตามรูพรุนของ TS-1 ออกไป ทำให้รูพรุนเหล่านั้นเปิดออก พื้นที่ผิวจึงเพิ่มมากขึ้น

๓. ผลของความเร็วรอบการปั่นกวน

ความเร็วรอบการปั่นกวนส่งผลต่อความเร็วในการละลายเข้าไปในเฟสน้ำของเบนซีน

ถ้ากวนช้าเบนซีนก็จะใช้เวลานานกว่าที่จะละลายเข้าไปในเฟสน้ำจนอิ่มตัว ถ้าจะเปรียบเทียบให้เห็นภาพก็คงเป็นเหมือนการใส่กาแฟสักช้อนลงไปในน้ำร้อน ถ้าเราไม่ทำการกวนน้ำนั้น กาแฟก็สามารถละลายเข้าไปในน้ำจนหมดได้ แต่จะใช้เวลานานกว่าการใช้ช้อนกวนน้ำ

๔. การมีแผ่น baffle

สำหรับผู้ที่เรียนเรื่องถังปั่นกวนนั้น จะเรียนกันมาว่าการมีแผ่น baffle ในถังปั่นกวนจะช่วยให้การผสมกันนั้นดีขึ้น แต่การมีแผ่น baffle นั้นเหมาะแก่การผสมของเหลวต่างชนิดกันให้ละลายเข้าเป็นเนื้อเดียวกัน

ในกรณีของการปั่นกวนของเหลวที่มีของแข็งแขวนลอยอยู่นั้น (เช่นในกรณีของเราที่มีตัวเร่งปฏิกิริยาแขวนลอยอยู่ในชั้นน้ำ การติดตั้งแผ่น baffle จะทำให้เกิดมุมอับที่อนุภาคของแข็งสามารถจะไปตกตะกอนสะสมอยู่ ทำให้ของแข็งเหล่านั้นไม่ได้ถูกกวนผสมในเฟสของเหลว

๕. ค่า conversion ของ H₂O₂

ที่ถูกต้องนั้นเราต้องบอกว่าเป็นค่า conversion ของH₂O₂ ไปเป็นผลิตภัณฑ์อินทรีย์ (conversion of H₂O₂ to organic product(s)) ซึ่งในกรณีของเรานั้นมีอยู่เพียงผลิตภัณฑ์เดียวคือฟีนอล

ในภาวะที่ไม่มีตัวเร่งปฏิกิริยา H₂O₂ เป็นสารที่สลายตัวได้อย่างช้า ๆ ที่อุณหภูมิสูงขึ้นก็สลายตัวได้เร็วขึ้น แต่ก็ไม่ได้หมายความว่าภายในเวลาการทำปฏิกิริยา ๒ ชั่วโมงมันจะสลายตัวไปจนหมด (ลองคิดดูว่าขวดที่ใช้อยู่นั้นซื้อมาตั้งแต่เมื่อไร ปัจจุบันก็ยังมีความเข้มข้นประมาณได้ว่าเท่าเดิม)

เนื่องจากเราถือว่า H₂O₂ เป็นสารตั้งต้นที่ไม่สามารถนำกลับ (recycle) มาใช้ใหม่ได้ ดังนั้นสิ่งสำคัญที่เรามองก็คือทำอย่างไรจึงจะสามารถใช้ H₂O₂ ที่ใส่เข้าไปใน reactor ให้ได้มากที่สุด

ตัวอย่างเช่นถ้าเราได้ค่า conversion ของ H₂O₂ เป็น 30% H₂O₂ ส่วนที่เหลืออีก 70% นั้นไม่ว่าจะยังคงเหลืออยู่โดยไม่สลายตัว หรือสลายตัวไปจนหมด ก็ถือว่ามีค่าเท่ากัน เพราะถึงแม้เหลืออยู่ก็ไม่สามารถนำกลับมาใช้ใหม่ได้

๖. Calibration curve

ประเด็นที่กรรมการสอบยกมานั้นเป็นประเด็นที่สำคัญที่ผมต้องยอมรับว่าคาดไม่ถึงเหมือนกัน

กล่าวคือในการแสดงผลตัวเลขของ Excel นั้นเราสามารถกำหนดความละเอียดของค่าที่แสดงได้

ตัวอย่างเช่นถ้าเรากำหนดให้ไม่ต้องแสดงจุดทศนิยม ให้แสดงเป็นเลขจำนวนเต็มเท่านั้น ถ้าหากค่าที่แท้จริงนั้นเป็นค่าที่มีจุดทศนิยม เครื่องก็จะทำการปัดเศษให้เป็นเลขจำนวนเต็มที่ใกล้ที่สุด เช่นตัวเลขในช่วง 1.51-2.49 จะถูกปัดเป็น 2

นั่นคือถ้าเครื่องแสดงผลออกมาเป็น 2 (ไม่มีจุดทศนิยม) แต่ว่าตัวเลขที่เป็นจริงนั้นอาจเป็นได้ตั้งแต่ 1.51-2.49 ซึ่งทำให้ผลการคำนวณนั้นผิดพลาดไปได้ถึง 25%

แต่ถ้าเครื่องแสดงผลออกมาเป็น 2.0 (มีทศนิยม 1 ตำแหน่ง) แสดงว่าตัวเลขที่เป็นจริงนั้นอาจเป็นได้ตั้งแต่ 1.95-2.04 ซึ่งค่าความคลาดเคลื่อนจะอยู่ประมาณ 2.5%

ดังนั้นตรงจุดนี้สิ่งที่ต้องกลับไปตรวจสอบคือค่าตัวเลขถ้าให้ความละเอียดถึงทศนิยมตำแหน่งที่ 2 นั้นจะเป็นเท่าไร และคงต้องทำการคำนวณค่า conversion กันใหม่อีกที