ในฐานะวิศวกรเคมี ก็เลยมองคำตอบของโจทย์ข้อนี้แตกต่างออกไป
ข้างล่างเป็นโจทย์ข้อสอบ A-Level วิชาเคมี ปีพ.ศ. ๒๕๖๘ ข้อ ๑๐ ที่มีคำถามและตัวเลือกดังนี้
นักวิทยาศาสตร์นำสาร P และ Q มาทำปฏิกิริยาได้สาร R และ S ดังสมการ (สมการไม่ได้ดุล)
เมื่อปฏิกิริยาสมบูรณ์พบว่าสาร P ถูกใช้ไปจนหมด ได้ของผสมของสาร Q R และ S หากต้องการแยกของผสมที่ได้ให้บริสุทธิ์ด้วยวิธีการกลั่น สารชนิดใดจะกลั่นออกมาเป็นลำดับแรก และลำดับสุดท้ายตามลำดับ
1. สาร Q และสาร R (ข้อสอบเฉลยข้อนี้)
2. สาร Q และสาร P
3. สาร R และสาร Q
4. สาร S และสาร Q
5. สาร S และสาร R
ก่อนอื่นเรามาทำความรู้จักสารแต่ละตัวและปฏิกิริยาที่เกิดกันก่อนดีกว่า
สาร P เป็นแอลกอฮอล์ C5 (2-pentanol) ที่ความดันบรรยากาศ สารตัวนี้เป็น "ของเหลว" ที่อุณหภูมิห้อง
สาร Q เป็นโอเลฟินส์ C4 (ก็คืออัลคีนนั่นแหละ ตัวนี้ก็คือ isobutene หรือ isobutylene) ที่ความดันบรรยากาศ สารตัวนี้เป็น "แก๊ส" ที่อุณหภูมิห้อง แต่เราสามารถทำให้เป็นของเหลวที่อุณหภูมิห้องได้ด้วยการเพิ่มความดัน
สาร R เป็นอีเทอร์ C9 (tert-butyl 2-pentyl ether) ที่ความดันบรรยากาศสารตัวนี้เป็น "ของเหลว" ที่อุณหภูมิห้อง (ตัวนี้หาจุดเดือดไม่เจอ แต่ตัวที่มีโครงสร้างใกล้กันคือ tert-butyl pentyl ether มีจุดเดือดที่ประมาณ 148ºC)
สาร S เป็นโอเลฟินส์ C5 (2-pentene) ที่ความดันบรรยากาศ สารตัวนี้เป็น "ของเหลว" ที่อุณหภูมิห้องได้ถ้าอุณหภูมิห้องไม่สูงเกินไป เพราะมันมีจุดเดือดประมาณ 36-37ºC แต่ถ้าอุณหภูมิห้องอยู่ที่ราว ๆ 30ºC มันก็สามารถระเหยกลายเป็นไอได้อย่างรวดเร็ว
ทีนี้มาดูปฏิกิริยาที่เกิด สาร R เกิดจากปฏิกิริยาระหว่าง P และ Q เกิดเป็นสารประกอบอีเทอร์ ส่วน S (2-pentene) นั้นเกิดจากปฏิกิริยา hydration (กำจัดน้ำ) ของสาร P (ดังนั้นผลิตภัณฑ์ที่เกิดขึ้นจาการทำปฏิกิริยาควรต้องมี H2O อยู่ด้วย) โดยทั้งสองปฏิกิริยาจะใช้ "กรด" เป็นตัวเร่งปฏิกิริยา (เป็นปฏิกิริยาที่เกิดคู่ขนานกัน) จากที่โจทย์กำหนดสารตั้งต้นมาสองตัว แสดงผลิตภัณฑ์หลักที่ต้องการคือ R โดย S (2-pentene) เป็นผลิตภัณฑ์ที่เกิดจากปฏิกิริยาข้างเคียง
เพื่อที่จะให้ปฏิกิริยาเกิดได้ดีนั้น ควรต้องผสม P และ Q ให้เป็นเฟสเดียวกัน จากนั้นจึงสารผสมไปผ่านตัวเร่งปฏิกิริยา ซึ่งทำให้ให้ P และ Q ผสมเป็นเฟสเดียวกันนั้นอาจทำโดย
(ก) ใช้การเพิ่มความดันเพื่อเปลี่ยนให้ Q เป็นของเหลว ดังนั้นปฏิกิริยาจะเกิดในเฟสของเหลว หรือ
(ข) ใช้การเพิ่มอุณหภูมิเพื่อเปลี่ยนให้ P เป็นแก๊ส ดังนั้นปฏิกิริยาจะเกิดในเฟสของแก๊ส
สำหรับตัวเร่งปฏิกิริยาที่เป็นกรดนั้น ในอุตสาหกรรมจะนิยมใช้กรดที่เป็นของแข็ง (เช่น acidic ion-exchange resin) แล้วให้สารผสมของสารตั้งต้นไหลผ่านอนุภาคของแข็งที่มีความเป็นกรดเหล่านั้น จากนั้นจึงนำสารผสมที่ไหลผ่านตัวเร่งปฏิกิริยาไปแยกเอา สารตั้งต้นที่เหลือ, ผลิตภัณฑ์ที่ต้องการ และผลิตภัณฑ์จากปฏิกิริยาข้างเคียง ออกจากกัน
โจทย์บอกว่าในการทำปฏิกิริยานั้น P ถูกใช้จนหมด สารผสมที่ได้จากการทำปฏิกิริยามีเพียง Q, R และ S
การกลั่นเป็นการแยกสารผสมเนื้อเดียวด้วยการใช้จุดเดือดที่แตกต่างกันของสารแต่ละตัวในสารผสมนั้น โดยทั่วไปเมื่อพูดถึงการกลั่น คนมักจะนึกถึงของเหลวเนื้อเดียวที่มีสารหลายชนิดละลายปนกันอยู่
ทีนี้ลองมาดูโจทย์ที่บอกว่าสารผสมที่ได้จากการทำปฏิกิริยามีเพียง Q, R และ S ถ้าสารผสมนี้เป็นของเหลว ก็แสดงว่าเป็นของเหลวภายใต้ความดัน
ถ้าเป็นแบบนี้ก็จะสามารถแยกสารได้โดยเริ่มจากการลดความดันก่อน เพื่อให้ Q (isobutene) ระเหยกลายเป็นไอออกมา จากนั้นจึงค่อยนำของเหลวที่เหลือที่ประกอบด้วย R และ S ไปกลั่นแยก ซึ่งก็จะได้ S (2-pentene) ระเหยกลายเป็นไอออกมา โดยเหลือ R เป็นของเหลวที่มี H2O ละลายปนอยู่
แต่ถ้าสารผสมของสายผลิตภัณฑ์เป็นไอ การแยกก็จะทำได้ด้วยการค่อย ๆ ลดอุณหภูมิลง เพื่อควบแน่น R (อีเทอร์) ให้กลายเป็นของเหลวก่อน และเมื่อลดอุณหภูมิให้ต่ำลงไปอีกตัว H2O และ S (2-pentene) ก็จะควบแน่นออกมา โดยเหลือ Q อยู่ในเฟสไอ ที่สามารถควบแน่นให้เป็นของเหลวที่อุณหภูมิห้องได้ด้วยการเพิ่มความดัน
สำหรับคนที่เรียนทางวิศวกรรมเคมีแล้ว การเขียนสมการในรูปข้างล่างจะเห็นภาพการเกิดปฏิกิริยาได้ถูกต้องกว่า เพราะเป็นการแยกระหว่างผลิตภัณฑ์หลักที่ต้องการ (R) และผลิตภัณฑ์ที่เกิดจากปฏิกิริยาข้างเคียง (S)
