เอกสารฉบับนี้แจกจ่ายเป็นการภายใน
เนื้อหานำลง blog
เพียงบางส่วน
ไฟลที่แนบมาด้วย
๑.
"Kosmotropes and chaotropes" โดย
Martin
Chaplin ดาวน์โหลดมาจากเว็บ
http://www.lsbu.ac.uk/water/kosmos.html
๒.
"Water's hydrogen bond strength" โดย
Martin
Chaplin ดาวน์โหลดมาจากเว็บ
http://arxiv.org/ftp/arxiv/papers/0706/0706.1355.pdf
เนื้อหาในบันทึกฉบับนี้เกี่ยวข้องกับกลุ่มที่ทำวิจัยเรื่อง
Hydroxylation
(ทั้งป.โทและป.ตรีที่ทำซีเนียร์โปรเจค)
โดยผมจะลองตั้งสมมุติฐานเกี่ยวกับผลของไอออนต่าง
ๆ ในน้ำว่าส่งผลต่อการละลายของไฮโดรคาร์บอนได้อย่างไร
ส่วนมันจะจริงหรือเท็จอย่างไรก็ค่อย
ๆ ว่ากันไปตามผลการทดลองและข้อมูลที่เราจะได้รับกันต่อไป
ในระหว่างที่เราจะไม่เจอกัน
๕ วัน ก็ฝากบทความให้พวกคุณไปอ่านเล่นกันก่อนสัก
๒ บทความ ส่วนเรื่องที่ผมเขียนนั้นก็ขอให้พวกคุณพิจารณาดูให้ดีก็แล้วกัน
เพราะความรู้ด้านเคมีฟิสิกัลของผมมันก็อยู่ในกลุ่มสัตว์ประเภทไม่มีขา
(snake ๆ
fish ๆ)
อยู่เหมือนกัน
ขอเข้าเรื่องโดยเริ่มเป็นข้อ
ๆ ไปก็แล้วกัน
๑.
การที่ของเหลวชนิดที่หนึ่งจะละลายเข้าไปได้ในของเหลวชนิดที่สองนั้น
ของเหลวชนิดที่หนึ่งจะต้องสามารถแทรกเข้าไประหว่างโมเลกุลของของเหลวชนิดที่สองได้
๒.
ถ้าแรงยึดเหนี่ยวระหว่างโมเลกุลของของเหลวขนิดที่สองด้วยกันเองสูงมาก
และมากกว่าแรงยึดเหนี่ยวระหว่างโมเลกุลของของเหลวชนิดที่หนึ่งกับของเหลวชนิดที่สอง
ของเหลวชนิดที่หนึ่งก็จะไม่สามารถแทรกเข้าไปในของเหลวชนิดที่สอง
หรือไม่ก็แทรกเข้าไปในของเหลวชนิดที่สองได้น้อยมาก
๓.
ตัวอย่างหนึ่งที่เห็นได้ชัดน่าจะเป็นกรณีของไฮโดรคาร์บอนอิ่มตัวกับน้ำ
โมเลกุลไฮโดรคาร์บอนอิ่มตัวยึดเกาะกันด้วยแรงแวนเดอร์วาลล์
(van der
Waals) ในขณะที่โมเลกุลน้ำยึดเกาะกันด้วยพันธะไฮโดรเจน
(H-bond)
ซึ่งพันธะไฮโดรเจนมีความแข็งแรงสูงกว่าแรงแวนเดอร์วาลล์มาก
ด้วยเหตุนี้จึงทำให้โมเลกุลน้ำชอบที่จะยึดเกาะอยู่ด้วยกันและไม่ค่อยจะยอมให้โมเลกุลไฮโดรคาร์บอนแทรกเข้ามาในโมเลกุลน้ำ
แต่เมื่อเราทำให้น้ำร้อนขึ้น
ความแข็งแรงของพันธะไฮโดรเจนระหว่างโมเลกุลน้ำจะลดลง
(ซึ่งเกิดจากการที่โมเลกุลน้ำอยู่ห่างกันมากขึ้น
และส่งผลให้ที่ว่างระหว่างโมเลกุลเพิ่มมากขึ้น)
ไฮโดรคาร์บอนจึงละลายเข้ามาในน้ำได้มากขึ้นที่อุณหภูมิสูง
๔. การที่โมเลกุลมีไม่มีขั้วประสานเป็นเฟสเดียวกับโมเลกุลมีขั้วได้โดยการใช้สารลดแรงตึงผิว
(surfactant)
ที่โครงสร้างมีทั้งส่วนที่มีขั้วและไม่มีขั้วอยู่ในโมเลกุลเดียวกันนั้น
เป็นอีกเรื่องหนึ่ง
(เช่นที่เราเอาเอทานอลประสานเฟสน้ำกับเบนซีนเข้าด้วยกัน)
อย่าเอาเข้ามายุ่งในเรื่องที่กล่าวในบันทึกฉบับนี้
ซึ่งเรื่องที่กล่าวในบันทึกฉบับนี้จะมุ่งเน้นไปที่ผลของอนุภาคมีประจุ
(ไอออน)
ที่ส่งผลต่อการละลายของโมเลกุลไม่มีขั้ว
(เช่นไฮโดรคาร์บอน)
เข้าไปในโมเลกุลมีขั้ว
(เช่นน้ำ)
เท่านั้น
๕.
เมื่อมีไอออนละลายอยู่ในน้ำ
(จะบวกหรือลบก็ตาม)
ไอออนนั้นก็จะสร้างพันธะระหว่างตัวไอออนเองกับโมเลกุลนั้น
ถ้าความแข็งแรงของพันธะระหว่างไอออนกับโมเลกุลน้ำ
"น้อยกว่า"
ความแข็งแรงของพันธะไฮโดรเจนระหว่างโมเลกุลน้ำด้วยกันเอง
ไอออนตัวนั้นก็จะไม่ค่อยรบกวนพันธะไฮโดรเจนของโมเลกุลน้ำที่อยู่รอบ
ๆ เท่าใดนั้น ไอออนประเภทนี้เรียกว่า
"Chaotropes"
ซึ่งมักเป็นพวกที่มีประจุต่ำ
(เช่น
+1 หรือ
-1)
และ/หรือความหนาแน่นประจุต่ำ
(ไอออนขนาดใหญ่เช่น
K+
Cl- เป็นต้น)
๖.
แต่ถ้าความแข็งแรงของพันธะระหว่างไอออนกับโมเลกุลน้ำ
"สูงกว่า"
ความแข็งแรงของพันธะไฮโดรเจนระหว่างโมเลกุลน้ำ
ไอออนตัวนั้นก็จะไปรบกวนพันธะไฮโดรเจนของโมเลกุลน้ำที่อยู่รอบ
ๆ ไอออนเหล่านี้เรียกว่า
"Kosmotropes"
ซึ่งมักเป็นพวกที่มีประจุสูง
(เช่น
+2)
และ/หรือมีความหนาแน่นประจุสูง
(ไอออนมีขนาดเล็ก
เช่น H+
Na+)
ดูนิยาม
"Chaotropes"
และ
"Kosmotropes"
ที่หน้า
๒ ของเอกสารแนบ ๑ หรือที่หน้า
๑๒ ของเอกสารแนบ ๒
๗.
ตรงนี้ของกล่าวเตือนเอาไว้นิดนึงว่าการที่ไอออนตัวหนึ่งจะเป็น
"Chaotropes"
หรือ
"Kosmotropes"
นั้นเป็นการวัดเปรียบเทียบกับความแข็งแรงของ
"พันธะไฮโดรเจน"
ซึ่งความแข็งแรงของพันธะไฮโดรเจนขึ้นอยู่กับอุณหภูมิด้วย
ดังนั้นจึงอาจมีกรณีที่ไอออนตัวหนึ่งมีคุณสมบัติเป็น
"Choatropes"
ที่อุณหภูมิหนึ่ง
แต่กลายเป็น "Kosmotropes"
ที่อีกอุณหภูมิหนึ่ง
๘.
ถ้าพิจารณาจากปัจจัยการเปลี่ยนแปลงความแข็งแรงของพันธะไฮโดรเจนระหว่างโมเลกุลของน้ำเพียงปัจจัยเดียวก่อน
ไอออนพวก "Kosmotropes"
ที่เข้าไปทำลายพันธะไฮโดรเจนระหว่างโมเลกุลของน้ำด้วยกันเองนั้น
ผมคิดว่าน่าจะส่งผลให้โมเลกุลไฮโดรคาร์บอนแทรกเข้าไปในน้ำได้มากขึ้น
(ละลายได้มากขึ้น
ด้วยเหตุผลทำนองเดียวกันกับที่กล่าวไว้ในข้อ
๓.)
ส่วนไอออนพวก
"Chaotropes"
ที่ไม่เข้าไปทำลายพันธะไฮโดรเจนระหว่างโมเลกุลของน้ำด้วยกันเองนั้นผมคิดว่าไม่น่าที่จะส่งผลอะไรต่อค่าการละลายของไฮโดรคาร์บอนในน้ำ
