กรดเปอร์ฟอร์มิก (Performic acid HC(O)-O-OH) เป็นสารประกอบเปอร์ออกไซด์ตัวหนึ่งที่เตรียมได้จากปฏิกิริยาระหว่างกรดฟอร์มิก (Formic acid HC(O)-OH) กับไฮโดรเจนเปอร์ออกไซด์ (Hydrogen peroxide H2O2) ดังปฏิกิริยาในรูปที่ ๑ ข้างล่าง โดยสามารถใช้กรดเช่นกรดกำมะถัน (Sulphuric acid H2SO4), กรดไนตริก (Nitric acid HNO3), กรดฟอสฟอริก (Phosphoric acid H3PO4) หรือสารประกอบที่มีหมู่เอสเทอร์ (ester R-C(O)-OR') เป็นตัวเร่งปฏิกิริยา
กรดเปอร์ฟอร์มิกถูกใช้เป็นสารฆ่าเชื้อจุลชีพในอุตสาหกรรมอาหารและยาเนื่องจากมีฤทธิ์ในการทำลายเชื้อที่กว้างขวางกว่าไฮโดรเจนเปอร์ออกไซด์และไม่มีสารตกค้างที่เป็นอันตราย และยังถูกใช้ในการสังเคราะห์สารประกอบอีพอกไซด์ (epoxide หรือ cyclic ether) โดยจะเข้าไปออกซิไดซ์ที่ตำแหน่งพันธะ C=C ให้กลายเป็นวงอีพอกไซด์ เช่นการสังเคราะห์อีพอกซิไดซ์ซอยบีน (expoxidised soy bean) ที่ใช้ในอุตสาหกรรมพอลิเมอร์ โดยให้น้ำมันถั่วเหลืองทำปฏิกิริยากับสารผสมระหว่างไฮโดรเจนเปอร์ออกไซด์และกรดฟอร์มิก
ข้อมูลใน wikipedia กล่าวไว้ว่ากรดเปอร์ฟอร์มิกมีฤทธิ์ในการทำความระคายเคืองให้กับผิวหนังต่ำกว่ากรดเปอร์อะซีติก (Peracetic acid H3C-C(O)-O-OH) แต่ที่ความเข้มข้นสูงเกินกว่า 50% จะมีความว่องไวสูงมาก สามารถสลายตัวได้อย่างรวดเร็วหรือระเบิดได้ถ้าได้รับความร้อนจนมีอุณหภูมิ 80-80ºC และสามารถทำปฏิกิริยาได้อย่างรุนแรงจนสามารถลุกติดไฟหรือเกิดการระเบิดได้ถ้าผสมกับสารบางชนิดเช่นฟอร์มัลดีไฮด์ (Formaldehyde H-C(O)-H), เบนซาลดีไฮด์ (Benzaldehyde C6H5-C(O)-H) หรืออะนิลีน (Aniline C6H5-NH2) หรือเมื่อมีการผสมกับผงโลหะ
จากการค้นทางอินเทอร์เน็ตเบื้องต้นเกี่ยวกับอุบัติเหตุที่เกี่ยวข้องกับกรดเปอร์ฟอร์มิกก็พบอยู่เหตุการณ์เดียว เป็นเหตุการณ์ที่เกิดขึ้นเมื่อ ๗๐ ปีที่แล้ว (ค.ศ. ๑๙๕๒ หรือ พ.ศ ๒๔๙๕) ในห้องปฏิบัติการในประเทศแคนาดา โดยปรากฏเป็นข่าวสารในวารสาร Chemical & Engineering News (ที่ย่อว่า C&EN) ดังแสดงในรูปที่ ๒ แม้ว่าจะไม่สามารถเข้าถึงบทความฉบับเต็มในรูปที่ ๒ ได้ (เพราะมหาวิทยาลัยไม่ได้บอกรับวารสารนี้) แต่ก็ไปพบเนื้อหาที่พิจารณาแล้วน่าจะเป็นบทความฉบับเต็มในเว็บอื่นดังนำมาแสดงในรูปที่ ๓ และ ๔ ดังนั้นการบรรยายเหตุการณ์นี้จะอิงจากคำบรรยายในรูปที่ ๓ และ ๔ เป็นหลัก โดยการระเบิดนั้นเกิดจากกรดเปอร์ฟอร์มิกเพียงแค่ 5 ml (แต่เข้มข้นประมาณ 90%) ที่ส่งผลให้ผู้ทำการทดลองได้รับบาดเจ็บที่มือขวา และเศษแก้วยังปลิวเข้าลำตัวและดวงตาข้างหนึ่ง
การเตรียมกรดเปอร์ฟอร์มิกเริ่มจากการผสมไฮโดรเจนเปอร์ออกไซด์เข้มข้น 99% จำนวน 25 กรัม (ก็เรียกว่าใช้ไฮโดรเจนเปอร์ออกไซด์ความเข้มข้นสูงน่าดู) เข้ากับกรดฟอร์มิกเข้มข้น 99% จำนวน 20 กรัม โดยมีกรดกำมะถันเข้มข้น 6.5 กรัมเป็นตัวเร่งปฏิกิริยา หลังจากตั้งทิ้งไว้นาน 2 ชั่วโมงเพื่อให้ปฏิกิริยาเข้าสู่สมดุล ก็นำไปกลั่นที่ความดันลด 5-10 mmHg ที่อุณหภูมิ 30-35ºC (จุดเดือดกรดฟอร์มิกอยู่ที่ประมาณ 100ºC ใกล้เคียงกับน้ำ ในขณะที่ของกรดเปอร์ฟอร์มิกอยู่ที่ 50ºC) ผลิตภัณฑ์ที่กลั่นได้ (ที่เตรียมครั้งละประมาณ 5-10 ml จะถูกเก็บไว้ที่อุณหภูมิ -10 ถึง -15ºC
การใช้ไฮโดรเจนเปอร์ออกไซด์ความเข้มข้นสูงจะลดปริมาณน้ำในสารผสม ทำให้การกลั่นแยกกรดเปอร์ฟอร์มิกออกมานั้นมีน้ำปนมาด้วยน้อยลง จะทำให้ได้กรดเปอร์ฟอร์มิกที่มีความเข้มข้นสูงได้ (ระดับประมาณ 90%) เพราะน้ำจะเป็นตัวทำให้ปฏิกิริยาผันกลับ (รูปที่ ๑)
การเตรียมสารนี้เคยทำมาแล้วหลายครั้งโดยไม่เกิดเหตุการณ์ใด ๆ โดยในครั้งสุดท้ายนี้หลังจากที่ผู้ทำการทดลองช่วงเวลาอันตรายของการเตรียมได้ผ่านพ้นไปแล้ว ก็ทำการถอด face shield เลื่อนเปิดฉากนิรภัยสองชั้นเพื่อจะยื่นมือเข้าไปหยิบฟลาสค์ที่รองรับของเหลวที่กลั่นได้ และในจังหวะนั้นเองที่เกิดการระเบิดขึ้น สาเหตุที่แท้จริงที่ทำให้เกิดการระเบิดนั้นไม่สามารถระบุได้ แต่คาดว่าอาจเป็นเพราะกรดเปอร์อะซีติกที่เตรียมได้นั้นมึความเข้มข้นสูงมากเกินไป
กรดเปอร์ฟอร์มิกสลายตัวได้ 3 รูปแบบด้วยกัน รูปแบบแรกจะกลายเป็นกรดฟอร์มิกและออกซิเจน (ปฏิกิริยาการออกซิไดซ์สารตัวอื่น) รูปแบบที่สองคือการสลายตัวกลับเป็นสารตั้งต้นคือกรดฟอร์มิกและไฮโดรเจนเปอร์ออกไซด์ (ปฏิกิริยาผันกลับ) และรูปแบบที่สามคือการสลายตัวกลายเป็น CO2 และ H2O ที่เป็นปฏิกิริยาที่อันตรายที่สุดเพราะคายพลังงานออกมามากสุด
พึงสังเกตว่าโมเลกุลของกรดเปอร์ฟอร์มิก HC(O)-O-OH สามารถสลายตัวกลายเป็น CO2 และ H2O ได้สมบูรณ์โดยไม่ต้องพึ่งออกซิเจนจากแหล่งอื่น
ความรุนแรงของการระเบิดนั้นทำให้ขวดฟลาสค์ที่ตั้งห่างออกไปหลายฟุตได้รับความเสียหาย แม้แต่ปากขวดของขวดที่มีการพันเทปกาวเอาไว้ก็ยังปลิวออกไป (เดาว่าการพันเทปกาวทำไปเพื่อป้องกันไม่ให้เศษแก้วปลิวกระเด็นเป็นชิ้นเล็กกระจายไปทั่วเวลาที่ฟลาสค์เกิดการระเบิด)
รูปที่ ๓ บทความที่บรรยายเนื้อหาส่วนที่เหลือของรูปที่ ๒
รูปที่ ๔ ตอนต่อของรูปที่ ๓
ไม่มีความคิดเห็น:
แสดงความคิดเห็น