การปั่นกวนของแข็งให้แขวนลอยในของเหลว ตอนที่ ๒ ขนาดของ magnetic bar กับเส้นผ่านศูนย์กลางภาชนะ (การทำวิทยานิพนธ์ภาคปฏิบัติ ตอนที่ ๕๗) MO Memoir : Wednesday 20 November 2556

บ่อยครั้งที่การทดลองที่กระทำในห้องปฏิบัติการนั้นจะใช้ระบบปั่นกวน โดยใช้เครื่อง magnetic stirrer ทำการปั่นกวนของเหลว สำหรับการปั่นกวนของแข็งให้แขวนลอยในของเหลวด้วยการใช้ magnetic stirrer นั้น มีหลายปัจจัยที่ต้องคำนึงเพื่อให้ผลการทดลองนั้นสามารถกระทำซ้ำได้ ตัวอย่างของปัจจัยเหล่านี้ได้แก่
 

- รูปร่างภาชนะที่ใช้

- ขนาดของแท่งแม่เหล็กที่ใช้เมื่อเทียบกับขนาดของภาชนะ

- ระดับความสูงของของเหลวในภาชนะที่ทำการปั่นกวน

เครื่องปฏิกรณ์ autoclave ที่กลุ่มเราใช้ทำการทดลองปฏิกิริยา hydroxylation นั้นใช้บีกเกอร์ขนาด 100 ml เป็นแม่แบบ รูปร่างภายในของเครื่องปฏิกรณ์จึงมีลักษณะเป็นทรงกระบอกที่มีพื้นแบนราบ ในการทดลองนั้นเราจะใส่ magnetic bar (หรือแท่งแม่เหล็กสำหรับปั่นกวน) ไว้ภายในเครื่องปฏิกรณ์ และขนาดของ magnatic bar ที่เราใช้นี้เองที่สามารถส่งผลต่อผลการทดลองที่จะได้รับ เพราะมันส่งผลต่อประสิทธิภาพในการทำให้ของแข็งแขวนลอยในของเหลว

 รูปที่ ๑ magnetic bar ที่ใช้ในการทดลอง

เพื่อแสดงให้เห็นผลของขนาดของ magnetic bar เทียบกับขนาดเส้นผ่านศูนย์กลางของภาชนะที่ใช้ เมื่อวานผมก็เลยทำการทดลองอย่างง่ายขึ้นมา (โดยมีสาวน้อยจากเมืองโอ่งมังกรช่วยหาอุปกรณ์ให้) รูปที่ ๑เป็น magnetic bar สองแท่งที่ใช้ในการทดลอง แท่งหนึ่งนั้นเป็นแท่งสั้น ส่วนอีกแท่งหนึ่งนั้นความยาวจะน้อยกว่าขนาดเส้นผ่านศูนย์กลางภายในของบีกเกอร์ขนาด 250 ml อยู่เล็กน้อย
 

ในการทดลองนั้นผมนำเอง SiO₂ ใส่ลงไปในน้ำ จากนั้นก็ใส่ magnetic bar ลงไป โดยพยายามวางให้ตำแหน่งศูนย์กลางการปั่นกวนนั้นอยู่ที่ตรงกลางของก้นบีกเกอร์ จากนั้นก็เริ่มทำการปั่นกวน ผลการทดลองที่ได้แสดงไว้ในรูปที่ ๒ และวิดิโอที่แนบมา

รูปที่ ๒ (บน) เมื่อใช้ magnetic bar แท่เล็กจะเห็นอนุภาค SiO₂ มากองอยู่ที่ขอบบีกเกอร์ (ตรงลูกศรชี้) แต่เมื่อใช้ magnetic bar แท่งใหญ่ (ล่าง) อนุภาค SiO₂ จะกระจายไปทั่วโดยไม่มีการกองหยุดนิ่ง

จะเห็นว่าสำหรับบีกเกอร์ที่มีผนังตั้งฉากกับส่วนก้นบีกเกอร์นั้น เมื่อ magnetic bar เริ่มหมุนปั่นกวน SiO₂ จะถูกเหวี่ยงไปทางด้านข้างโดยบางส่วนจะวิ่งไปที่ขอบก้นและบางส่วนก็จะถูกเหวี่ยงลอยขึ้นไป สำหรับ magnetic bar แท่งสั้นนั้น แรงเหวี่ยงที่เกิดขึ้นบริเวณขอบระหว่างส่วนก้นและส่วนผนังของบีกเกอร์ (ที่เป็นมุมฉาก) จะไม่รุนแรง ทำให้ SiO₂ ส่วนหนึ่งไปจับกลุ่มกองรวมกันอยู่ที่บริเวณขอบนั้น โดยมีแค่เพียงบางส่วนที่ฟุ้งกระจายแขวนลอยในน้ำ
 

แต่สำหรับ magnetic bar แท่งยาวนั้น บริเวณขอบมุมดังกล่าวจะโดนส่วนปลายของ magnetic bar หมุนกวาดตลอดเวลา ทำให้ของแข็งไม่สามารถกองสะสมอยู่ ณ บริเวณดังกล่าวได้ ของแข็งทั้งหมดจะถูกเหวี่ยงให้แขวนลอยอยู่ในน้ำ ดังนั้นในกรณีนี้ประสิทธิภาพในการทำให้ของแข็งแขวนลอยของ magnetic bar แท่งยาวจึงสูงกว่าของ magnetic bar แท่งสั้น

แต่ทั้งนี้ไม่ได้หมายความว่าการใช้ magnetic bar แท่งสั้นจะมีปัญหาเสมอไป เพราะยังมีปัจจัยเรื่องรูปร่างของก้นภาชนะที่ต้องนำมาพิจารณาอีก เอาไว้มีโอกาสถ่ายทำวิดิโอเรื่องนี้เมื่อไรจะนำมาเผยแพร่อีกที

วิดิโอการปั่นกวนด้วย magnetic bar แท่งสั้น
วิดิโอการปั่นกวนด้วย magnetic bar แท่งยาว