แนวทางหัวขอการทำวิทยานิพนธ์นิสิตรหัส ๖๔ (ตอนที่ ๗) MO Memoir : Tueday 25 April 2566

เอกสารฉบับนี้แจกจ่ายเป็นการภายใน ไม่นำเนื้อหาลง blog

เมื่อกรดเปอร์ฟอร์มิก (Performic acid) ระเบิด MO Memoir : Monday 5 September 2565

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

รูปที่ ๑ ปฏิกิริยาการสังเคราะห์กรดเปอร์ฟอร์มิก

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

รูปที่ ๒ บทความเกี่ยวกับการระเบิดของกรดเฟอร์ฟอร์มิก เผยแพร่ในปีค.ศ. ๑๙๕๒ (พ.ศ ๒๔๙๕) หรือเมื่อ ๗๐ ที่แล้ว

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

MO Memoir : Saturday 11 June 2565 Deflagration ระหว่างการเทไฮโดรเจนเปอร์ออกไซด์

เวลาที่ไอผสมระหว่างเชื้อเพลิงกับอากาศถูกจุดให้ลุกไหม้ ณ ตำแหน่งหนึ่ง เปลวไฟจะขยายตัวออกจากตำแหน่งที่ถูกจุดให้ลุกไหม้นั้น (เช่นในเครื่องยนต์เบนซิน เปลวไฟจะถูกจุดด้วยประกายไฟจากหัวเทียน และแผ่ขยายออกจากบริเวณนั้น) เนื่องด้วยปฏิกิริยาการเผาไหม้เป็นปฏิกิริยาคายความร้อน ความร้อนที่คายออกมาจึงทำให้อัตราการเผาไหม้เพิ่มสูงขึ้น ทำให้อัตราเร็วในการขยายตัวของเปลวไฟเพิ่มสูงขึ้นเรื่อย ๆ ในช่วงที่ความเร็วในการเผาไหม้ของเปลวไฟนี้ต่ำกว่าความเร็วเสียว จะเรียกการเผาไหม้แบบนี้ว่า "Deflagration" แต่ถ้าความเร็วขึ้นสูงถึงความเร็วเสียงเมื่อใดก็จะเรียกว่า "Detonation"

เรื่องที่นำมาเล่าในวันนี้นำมาจากบทความเรื่อง "Deflagration reactor accident" เป็นเหตุการณ์เกิดในประเทศฝรั่งเศสเมื่อวันที่ ๒๗ เดือนสิงหาคม ค.ศ. ๒๐๑๕ (พ.ศ. ๒๕๕๘) เวลาประมาณบ่ายสองโมงในโรงงานผลิต softening ROQUAT SM 75 เหตุเกิดในขณะที่คนงานกำลังเทสารละลายไฮโดรเจนเปอร์ออกไซด์ (41%) 32 กิโลกรัมจาก manhole ทางด้านบน ลงไปในถังสแตนเลสขนาดความจุ 3000 ลิตร ผลจากเปลวไฟที่เกิดขึ้นทำให้มีผู้เสียชีวิต ๑ รายและบาดเจ็บ ๒ ราย (ดูบทความได้ที่ https://www.aria.developpement-durable.gouv.fr/accident/52727_en/?lang=en)

รูปที่ ๑ สาเหตุที่ทำให้เกิดอุบัติเหตุ

ก่อนเกิดเหตุ ใน reactor มีไขมันสัตว์ที่ผ่านการเติมไฮโดรเจน (ในบทความในรูปที่ ๑ ใช้คำว่า hydrogenated tallow) ที่มีปริมาณโลหะ Ni ไม่ปรกติ (Ni เป็นตัวเร่งปฏิกิริยาสำหรับการเติมไฮโดรเจนเข้าไปที่ตำแหน่งพันธะคู่ C=C เพื่อให้กลายเป็นพันธะเดี่ยว C-C ส่วนปริมาณ Ni ที่ไม่ปรกติในที่นี้น่าจะหมายถึงมากผิดปรกติ) ข้อ 1. ในรูปที่ ๑ กล่าวว่า oxygenated water ที่เติมลงไป (คงหมายถึงสารละลายไฮโดรเจนเปอร์ออกไซด์) เกิดการสลายตัวปลดปล่อยแก๊สออกซิเจนออกมา อุณหภูมิ reactor ขณะนั้นอยู่ที่ประมาณ 73-74ºC ตามด้วยการจุดระเบิดของไอระเหยของโซโพรพานอล ในขณะนั้นฝา reactor เปิดอยู่ (บทความใช้คำว่า reactor cover ซึ่งน่าจะหมายถึง manhole ที่คนงานเทสารละลายไฮโดรเจนเปอร์ออกไซด์ลงไป) ทำให้เปลวไฟพุ่งออกมาจากช่องเปิดนั้น คนงานที่ยืนอยู่ตรงช่องเปิดเสียชีวิต ในขณะที่อีกสองคนที่อยู่ทางด้านซ้ายและขวานั้นได้รับบาดเจ็บในระดับที่แตกต่างกันออกไป

ตัวเร่งปฏิกิริยาสำหรับการเติมไฮโดรเจนนั้นคือ "โลหะ" นิเกิล แต่ตัวเร่งปฏิกิริยานี้เมื่อสัมผัสกับอากาศก็จะกลายเป็นสารประกอบนิเกิลออกไซด์ได้อย่างรวดเร็ว โดยตัวนิเกิลออกไซด์นี้สามารถเร่งการสลายตัวของไฮโดรเจนเปอร์ออกไซด์ได้ เนื่องจากใน reactor นั้นมีเชื้อเพลิงคือไอระเหยของไอโซโพรพานอลอยู่แล้ว ออกซิเจนที่เกิดจากการสลายตัวของไฮโดรเจนเปอร์ออกไซด์จึงเข้าไปเพิ่มความเข้มข้นของออกซิเจนใน reactor และด้วยการที่ไฮโดรเจนเปอร์ออกไซด์ที่ใช้มีความเข้มข้นสูงเกินกว่าที่ควรเป็น (คือ 42% แทนที่จะเป็น 30%) จึงทำให้ปฏิกิริยาการสลายตัวเกิดได้รุนแรงและรวดเร็วขึ้น (ปฏิกิริยาการสลายตัวคายความร้อนออกมา) ทำให้ในขณะนี้บรรยากาศใน reactor มีองค์ประกอบสำหรับการเผาไหม้ 2 องค์ประกอบแล้วก็คือเชื้อเพลิงและสารออกซิไดซ์ ขาดอีกหนึ่งก็คือแหล่งพลังงานที่จะมาจุดระเบิด

ในข้อ 1. ใช้คำว่า "self-ignition" ซึ่งคำนี้มันจะไปตรงกับการจุดระเบิดด้วยตนเองที่จะเกิดได้เมื่ออุณหภูมิของไอผสมนั้นสูงมากพอ (คือไม่ต้องมีเปลวไฟหรือประกายไฟช่วย) แต่ในข้อ 3. กลับกล่าวถึงการเกิดประจุไฟฟ้าสถิตย์ที่เกิดจากการเทของเหลว (ซึ่งได้แก่ไฮโดรเจนเปอร์ออกไซด์) ลงไปใน reactor ในรูปแบบ "violent form) ซึ่งคงเป็นการเทจากภาชนะบรรจุให้ของเหลวตกอย่างอิสระลงไปบนผิวของเหลวใน reactor การเทแบบนี้จะทำให้เกิดการแตกกระจายของของเหลวด้านล่าง ซึ่งช่วยเสริมการเกิดไฟฟ้าสถิตย์ ที่เมื่อสะสมมากพอก็จะเกิดประกายไฟที่สามารถจุดระเบิดไอผสมได้ วิธีการที่ปลอดภัยกว่าคือการเทผ่านกรวยและท่อที่ควรนำไฟฟ้าได้ เพื่อที่จะได้ระบายประจุที่เกิดจากการไหลของของเหลวภายในตัวท่อออกจากระบบกรวยและท่อที่ใช้ โดยปลายท่อนั้นจุ่มลงไปใต้ของเหลว เรื่องราวเกี่ยวกับการเกิดประจุไฟฟ้าสถิตย์นี้อ่านเพิ่มเติมได้ในบทความดังต่อไปนี้

"ไฟฟ้าสถิตกับงานวิศวกรรมเคมี (๑) ตัวอย่างการเกิด" MO Memoir วันเสาร์ที่ ๑๔ พฤษภาคม ๒๕๖๐

"ไฟฟ้าสถิตกับงานวิศวกรรมเคมี (๒) ของเหลวนำไฟฟ้า ของเหลวไม่นำไฟฟ้า" MO Memoir ฉบับวันพฤหัสบดีที่ ๑๘ พฤษภาคม ๒๕๖๐

"ไฟฟ้าสถิตกับงานวิศวกรรมเคมี (๓) ทฤษฏีพื้นฐานการเกิด" MO Memoir ฉบับวันศุกร์ที่ ๒ มิถุนายน ๒๕๖๐

"ไฟฟ้าสถิตกับงานวิศวกรรมเคมี (๔) ตัวอย่างการทำงานภาคปฏิบัติ" MO Memoir ฉบับวันพุธที่ ๗ มิถุนายน ๒๕๖๐

เมื่อไฮโดรเจนเปอร์ออกไซด์ (H2O2) ผสมกับเบส MO Memoir : Saturday 2 April 2565

เบสสามารถเร่งให้ไฮโดรเจนเปอร์ออกไซด์สลายตัวเร็วขึ้น และในกรณีของไฮโดรเจนเปอร์ออกไซด์ความเข้มข้นสูงความร้อนที่คายออกมาจากการสลายตัวจะไปเร่งให้ไฮโดรเจนเปอร์ออกไซด์สลายตัวได้เองโดยไม่ต้องพิ่งเบส เหตุการณ์นี้เคยเล่าไว้ครั้งหนึ่งแล้วในเรื่อง "การระเบิดจากไฮโดรเจนเปอร์ออกไซด์ปนเปื้อนเบส" เมื่อวันเสาร์ที่ ๑๙ กุมภาพันธ์ ๒๕๖๕

เรื่องที่นำมาเล่าในวันนี้นำมาจากบทความเรื่อง "Bursting of a hydrogen peroxide tank" ที่ดาวน์โหลดได้ทางหน้าเว็บ "https://www.aria.developpement-durable.gouv.fr/accident/19454_en/?lang=en" โดยเป็นเหตุการณ์ที่เกิดเมื่อวันที่ ๘ กันยายนปีค.ศ. ๑๙๙๘ (พ.ศ. ๒๕๔๑)

เวลาประมาณ ๑๖.๓๐ น ณ ถังบรรจุไฮโดรเจนเปอร์ออกไซด์ความจุ 85 m³ ไฮโดรเจนเปอร์ออกไซด์เกิดการสลายตัวและเดือดล้นถังออกมา ทางโรงงานจึงได้ทำการเติมกรดฟอสฟอริก (H₃PO₄) 30 ลิตรเข้าไปในถังเพื่อทำให้ไฮโดรเจนเปอร์ออกไซด์ในถังมีเสถียรภาพ แต่ไม่ประสบความสำเร็จ จึงได้ทำการถ่ายไฮโดรเจนเปอร์ออกไซด์ในถังลงสู่พื้นที่รองรับ (ในบทความใช้คำว่า containment basin ซึ่งอาจเป็นแอ่งหรือบริเวณที่ให้ของเหลวในถังไหลระบายออกอยู่เฉพาะ ณ บริเวณนี้) และทำการเจือจางด้วยน้ำ ในขณะเดียวกันก็หล่อเย็นผนังด้านนอกของถังเก็บด้วยน้ำ

รูปที่ ๑ ส่วนหนึ่งของคำบรรยายเหตุการณ์ที่เกิด

ต่อมาเวลาประมาณ ๑๗.๓๐ น มีลำไฮโดรเจนเปอร์ออกไซด์พุ่งออกจาก manhole ที่เปิดอยู่ของถัง ถังเกิดการระเบิดและไฮโดรเจนเปอร์ออกไซด์กระจายเป็นบริเวณกว้างประมาณ 30 เมตร (รูปที่ ๑)

การสอบสวนพบว่าการสลายตัวเกิดจากสารละลายอัลคาไลน์ (alkaline solution) จากกระบวนการผลิตที่เข้ามาปนเปื้อนในถังเก็บไฮโดรเจนเปอร์ออกไซด์ผ่านทางท่อ vent ร่วม บทความไม่ได้ให้รายละเอียดว่าสารละลายอัลคาไลน์ไหลเข้ามาทางท่อ vent ร่วมได้อย่างไร แต่บอกว่าหลังจากเกิดเหตุแล้วได้มีการดัดแปลงท่อ vent ร่วมนี้ไม่ให้สามารถดูดสารละลายอัลคาไลน์จากกระบวนการผลิตเข้ามาได้ (แสดงว่าการออกแบบเดิมมีปัญหา ทำให้เกิดการดูดสารละลายอัลคาไลน์จากกระบวนการผลิตไหลเข้ามาในท่อ vent ร่วมนี้ และสารละลายบางส่วนได้ไหลเข้าไปในถังเก็บไฮโดรเจนเปอร์ออกไซด์

รูปที่ ๒ และ ๓ เป็นน้ำพุที่พุ่งผ่านรูเจาะบนฝาขวดพลาสติก HDPE เมื่อทำการผสมสารละลายไฮโดรเจนเปอร์ออกไซด์ (H₂O₂ (เข้มข้น 50%) 70 ml + น้ำ 30 ml) และสารละลายเบสเข้าด้วยกัน (การทดสอบผลของเบสที่มีต่อการสลายตัวของไฮโดรเจนเปอร์ออกไซด์เมื่อสัปดาห์ที่ผ่านมา) รูปที่ ๒ เป็นการผสมสารละลาย NaOH (0.1 M) 30 ml ส่วนรูปที่ ๓ เป็นการผสมสารละลาย Na₂CO₃ (0.05 M) 30 ml ในกรณีของสารละลาย NaOH นั้นพบว่าปฏิกิริยาเกิดในเวลาเพียงประมาณ 10 นาที ส่วนในกรณีของสารละลาย Na₂CO₃ นั้นพบว่าปฏิกิริยาเกิดหลังตั้งทิ้งไว้ประมาณ 3 ชั่วโมง 

รูปที่ ๒ น้ำพุที่เกิดจากสารละลาย H₂O₂ + NaOH พุ่งขึ้นสูงประมาณ 1.50 เมตร

 รูปที่ ๓ น้ำพุที่เกิดจากสารละลาย H₂O₂ + Na₂CO₃ พุ่งขึ้นสูงประมาณ 1 เมตรเศษ

เมื่อไฮโดรเจนเปอร์ออกไซด์ (H2O2) ผสมกับกรดไนตริก (HNO3) MO Memoir : Thursday 24 March 2565

ทั้งกรดไนตริก (Nitric acid HNO₃) และไฮโดรเจนเปอร์ออกไซด์ (Hydrogen peroxide H₂O₂) ต่างเป็นสารออกซิไดซ์ (oxidising agent) และเป็นสารอันตรายทั้งคู่ และถ้านำสารละลายความเข้มข้นสูงของสารทั้งสองมาผสมกันในสัดส่วนที่พอเหมาะ อันตรายก็จะเพิ่มขึ้นไปอีก (รูปที่ ๑)

รูปที่ ๑ สัดส่วนความเข้มข้นของกรดไนตริกและไฮโดรเจนเปอร์ออกไซด์ที่ไม่ทำปฏิกิริยากัน (Unreactive) และที่มีโอกาสเกิดปฏิกิริยารุนแรง (Highly Reactive) รูปนี้นำมาจากเอกสาร HYDROGEN PEROXIDE REACTION HAZARDS : Technical Data Sheet ของบริษัท Solvay

แต่ก็มีบางงานที่สารทั้งสองต้องมาทำปฏิกิริยากัน เช่นการควบคุมการปลดปล่อยแก๊สไนโตรเจนออกไซด์ (NOx) โดยให้แก๊สปล่อยทิ้งที่มีไนโตรเจนออกไซด์ผสมอยู่นั้นทำปฏิกิริยากับสารละลายไฮโดรเจนเปอร์ออกไซด์ ทำให้เกิดกรดไนตริกดังสมการ

2NO + 3H₂O₂ -----> 2HNO₃ + 2H₂O

2NO₂ + H₂O₂ -----> 2HNO₃

ในปฏิกิริยานี้ความเข้มข้นไฮโดรเจนเปอร์ออกไซด์จะลดลง ในขณะที่ความเข้มข้นของกรดไนตริกนั้นจะเพิ่มสูงขึ้น

กรดไนตริกเองยังถูกใช้ทำ "passivation" คือการล้างสิ่งปนเปื้อนและออกซิไดซ์พื้นผิวที่จะสัมผัสกับไฮโดรเจนเปอร์ออกไซด์ เพื่อให้พื้นผิวนั้นไม่ไปทำให้ไฮโดรเจนเปอร์ออกไซด์สลายตัว (เครื่องแก้วที่ใช้กันในห้องปฏิบัติการเคมีก็สามารถทำให้ไฮโดรเจนเปอร์ออกไซด์สลายตัวได้) ในงานนี้หลังจากทำการ passivation แล้วต้องล้างกรดไนตริกออกจากพื้นผิวให้หมดก่อนที่จะทำการบรรจุไฮโดรเจนเปอร์ออกไซด์เข้าระบบ

แต่ก็มีงานหนึ่งที่จงใจผสมกรดไนตริกความเข้มข้นสูงและไฮโดรเจนเปอร์ออกไซด์ความเข้มข้นสูงเข้าด้วยกัน นั่นคือการย่อยสลายตัวอย่างทางชีวภาพเพื่อทำการวิเคราะห์หาปริมาณธาตุ เทคนิคดังกล่าวทำการผสมกรดไนตริกกับไฮโดรเจนเปอร์ออกไซด์และตัวอย่างที่ต้องการย่อยสลายในภาชนะที่ทำจากเทฟลอน (PTFE) รับความดันได้ (ทำในระบบปิด) และให้ความร้อนด้วยเครื่องไมโครเวฟ เทคนิคนี้จะใช้เวลาสั้นกว่าเทคนิคแบบเดิมที่ทำในภาชนะเปิดและให้ความร้อนด้วยเตา

บทความเรื่อง " "Spontaneous Reaction for Acid Dissolution of Biological Tissues in Closed Vessels" โดย R.N. Sah และ R.O Miller" ทำศึกษาการย่อยสลายตัวอย่างด้วยวิธีการที่กล่าวมาข้างต้น ในงานวิจัยนี้ใช้กรดไนตริกเข้มข้น 70%w/w และไฮโดรเจนเปอร์ออกไซด์ 30% ผลการทดลองพบว่าที่บางสัดส่วนของการผสมนั้น กรดไนตริกและไฮโดรเจนเปอร์ออกไซด์ทำปฏิกิริยากันอย่างรุนแรงจนความดันในภาชนะที่ใช้ย่อยสลายตัวอย่างนั้นเพิ่มสูงขึ้นมากอย่างรวดเร็วดังแสดงในรูปที่ ๒ ข้างล่าง

รูปที่ ๒ การเพิ่มความดันอย่างกระทันหันเนื่องจากกรดไนตริกและไฮโดรเจนเปอร์ออกไซด์ความเข้มข้นสูงทำปฏิกิริยากัน (จากบทความเรื่อง "Spontaneous Reaction for Acid Dissolution of Biological Tissues in Closed Vessels" โดย R.N. Sah และ R.O Miller, Anal. Chem. 64,230 (1992)

สิ่งที่น่าสนใจคือ ข้อมูลในรูปที่ ๑ ที่กล่าวว่ากรดไนตริกเข้มข้นและไฮโดรเจนเปอร์ออกไซด์เข้มข้นสามารถทำปฏิกิริยากันได้อย่างรุนแรง มีการเผยแพร่ในปีค.ศ. ๑๙๓๘ (เสียดายที่ทางผมไม่สามารถหาบทความต้นฉบับได้ เนื่องจากทางมหาวิทยาลัยไม่ได้บอกรับวารสารดังกล่าว) ส่วนปฏิกิริยารุนแรงในรูปที่ ๒ นั้นมีการเผยแพร่ในปีค.ศ. ๑๙๙๒ หรือห่างจากบทความแรกถึง ๕๔ ปี ที่ทางคณะผู้วิจัยนั้นรายงานเหมือนว่าเป็นการค้นพบสิ่งใหม่ สาเหตุหนึ่งคาดว่าอาจเป็นเพราะการเผยแพร่ในปีค.ศ. ๑๙๓๘ นั้นตีพิมพ์ในวารสารที่ไม่ได้มีการบอกรับเป็นวงกว้าง

จุดที่ยังเป็นข้อสงสัยอยู่คือผลิตภัณฑ์ที่เกิดจากการทำปฏิกิริยาระหว่างไฮโดรเจนเปอร์ออกไซด์และกรดไนตริกคืออะไร ทำไมจึงทำให้เกิดการคายความร้อนอย่างรุนแรงจนเกิดแก๊สจำนวนมาก ปฏิกิริยาหนึ่งที่มีรายงานว่าเป็นไปได้คือการเกิดกรด pernitric acid หรือ peroxynitric acid (HO(NO₃) แต่ข้อมูลของกรดตัวนี้ก็ไม่มีรายละเอียดใด ๆ มากนัก อีกความเป็นไปได้หนึ่งคืออาจไม่มีปฏิกิริยาเข้ามาเกี่ยวข้อง แต่การละลายเข้าด้วยกันมีการคายความร้อนในปริมาณมากออกมา และความร้อนนี้ไปเร่งการสลายตัวของไฮโดรเจนเปอร์ออกไซด์และกรดไนตริกที่ทำให้มีการคายความร้อนและเกิดแก๊สขึ้น

รูปที่ ๓ นำมาจากบทความเรื่อง "Seven workers injured due to nitric acid vapor intoxication" จากเว็บ https://www.aria.developpement-durable.gouv.fr/accident/52762_en/?lang=en เป็นเหตุการณ์ที่คนงานเข้าใจผิด หยิบถังบรรจุไฮโดรเจนเปอร์ออกไซด์ที่ยังมีไฮโดรเจนเปอร์ออกไซด์หลงเหลืออยู่ เพื่อนำไปใช้บรรจุกรดไนตริกเข้มข้น โดยในช่วงเช้าหลังจากเติมกรดลงไป โอเปอร์เรเตอร์พบว่าถังบรรจุ (ถังพอลิเอทิลีน) มีอาการบวม เลยคลายฝาปิดเพื่อระบายแก๊สออก โดยทำอย่างนี้อยู่สองครั้งระหว่างขนถังบรรจุที่เติมกรดแล้วไปยังบริเวณจัดเก็บ และในช่วงสายวันเดียวกัน ถังดังกล่าวก็เกิดการระเบิดทำให้มีกรดและไอกรดกระจายออกมา

รูปที่ ๓ คำบรรยายเหตุการณ์ที่เกิดจากการเติมกรดไนตริกเข้มข้นลงในถังบรรจุไฮโดรเจนเปอร์ออกไซด์โดยอุบัติเหตุ (เหจุเกิดเมื่อวันที่ ๒๖ เมษายน ค.ศ. ๒๐๑๓)

เหตุการณ์นี้แสดงให้เห็นถึงการไม่มีการติดฉลากที่เหมาะสม ทำให้มีการหยิบถังบรรจุผิดใบ และอาจรวมไปถึงการใช้ถังบรรจุที่มีลักษณะ (เช่นสี รูปร่าง และขนาด) ที่เหมือนกัน ซึ่งเป็นการเพิ่มโอกาสที่จะทำงานผิดพลาด

สิ่งที่น่าตั้งคำถามอีกข้อหนึ่งก็คือ เมื่อบรรจุกรดลงไปในถังแล้ว ความดันในถังเพิ่งสูงขึ้นจนทำให้ถังบวมออก ทำไมโอเปอร์เรเตอร์จึงไม่เฉลียวใจว่ามีความผิดปรกติเกิดขึ้น โอเปอร์เรเตอร์ทำเพียงแค่คลายฝาปิดให้ความดันในถังลดลงแล้วก็ปิดฝากลับคืนเดิม การที่ความดันในถังเพิ่มขึ้นจนถังบวมนั้นเกิดขึ้นเป็นครั้งแรก หรือว่าก่อนหน้านี้เคยเกิดเหตุการณ์ทำนองเดียวกันนี้มาแล้ว แต่ไม่เกิดผลกระทบที่รุนแรงตามมา ก็เลยคิดว่าไม่เป็นอะไร

เมื่อรอยแตกบนพอลิโพรพิลีนหุ้มแกนใบพัดกวน ทำให้ไฮโดรเจนเปอร์ออกไซด์สลายตัว MO Memoir : Saturday 19 March 2565

"เหล็กกล้า" เป็นโลหะที่มีราคาถูกและหาได้ง่าย สามารถรับแรงได้ดี แต่ก็มีข้อเสียคือทำปฏิกิริยากับสารเคมีได้หลากหลายชนิดและไม่ทนอุณหภูมิสูงมาก "แก้ว" เป็นวัสดุที่หาได้ง่ายและทนต่อสารเคมี แต่ก็มีปัญหาเรื่องการไม่ทนต่อการเปลี่ยนแปลงอุณหภูมิอย่างรวดเร็ว ไม่ทนต่อการสั่นสะเทือน และไม่สามารถรับแรงดึง หรือแรงบิดได้ดี การใช้แก้วเป็นชั้นสัมผัสผิวภายในโดยมีโลหะเป็นตัวรับความดันอยู่ทางด้านนอกจึงเป็นทางเลือกหนึ่งสำหรับการทำงานกับสารเคมีที่ทำปฏิกิริยากับโลหะ แต่ถ้าอุณหภูมิการทำงานไม่สูงและไม่ได้ทำงานที่ความดันสูง การใช้ภาชนะหรือระบบท่อที่ทำจากพอลิเมอร์ก็เป็นอีกทางเลือกหนึ่ง ส่วนตัวอุปกรณ์ต่าง ๆ ที่ต้องการความแข็งแรงเชิงกด (เช่นเพลาใบพัดกวนและตัวใบพัด) ก็ใช้พอลิเมอร์ปิดคลุมผิวโลหะเอาไว้

สารเคมีที่ทำปฏิกิริยากับโลหะได้ง่าย เช่นไฮโดรเจนเปอร์ออกไซด์นั้น สามารถบรรจุใช้ถังพลาสติกได้ แต่เมื่อต้องทำการผสมของเหลวในถังที่จำเป็นต้องใช้ใบพัดกวน เพื่อให้ระบบใบพัดกวนมีความแข็งแรง ตัวเพลาและใบพัดจึงต้องทำจากโลหะ และเพื่อไม่ให้โลหะที่ใช้ทำตัวเพลาและใบพัดทำปฏิกิริยากับสารเคมีที่ทำการผสม ก็จำเป็นต้องเคลือบตัวเพลาและใบพัดนั้นด้วยพอลิเมอร์ที่เหมาะสม ในกรณีเช่นนี้ตัวเพลาและตัวใบพัดไม่จำเป็นต้องทำจากโลหะที่ทนต่อสารเคมี เพราะหน้าที่นั้นยกให้ส่วนที่เป็นพอลิเมอร์ปิดคลุมผิวไปแล้ว

เรื่องที่นำมาเล่าในวันนี้นำมาจากบทความเรื่อง "Emission of acid fumes at a chemical plant" จากเว็บ https://www.aria.developpement-durable.gouv.fr/accident/49106_en/?lang=en ที่เป็นเหตุการณ์ที่เกิดขึ้นเมื่อวันที่ ๑๒ มกราคม ค.ศ. ๒๐๑๗ (พ.ศ. ๒๕๖๐) ในประเทศฝรั่งเศส

เวลาประมาณ ๑๕.๓๐ น เกิดปฏิกิริยาคายความร้อนที่ควบคุมไม่ได้ในถังผสมขนาด 10 m³ ที่ขณะนั้นบรรจุสารผสมสำหรับการผลิต detergent ที่ประกอบด้วย น้ำ, ไฮโดรเจนเปอร์ออกไซด์, sulphonic acid และกรดกำมะถัน ปริมาตรรวมประมาณ 5500 ลิตร (หรือ 5.5 m³) ทำให้ของเหลวในถังกลายเป็นฟองฟู่และมีไอกรดระบายออกมานอกถังและมีของเหลวประมาณครึ่งหนึ่งล้นออกมานอกถัง

รูปที่ ๑ ข้อมูลในเอกสารระบุว่าชั้นปิดคลุมผิวโลหะนั้นทำจากพอลิโพรพิลีน (PP)

จากการตรวจสอบของเหลวที่หลงเหลืออยู่ในถังพบว่าสัดส่วนของกรดนั้นสูงกว่าที่ควรเป็น และไฮโดรเจนเปอร์ออกไซด์หายไป นอกจากนี้ยังพบเหล็กในปริมาณที่สูงผิดปรกติ (รูปที่ ๑)

ไอออนบวกของโลหะหลายชนิด (รวมทั้งเหล็ก) เป็นตัวเร่งปฏิกิริยาที่ทำให้ไฮโดรเจนเปอร์ออกไซด์สลายตัวได้เร็วขึ้น และเนื่องจากปฏิกิริยาการสลายตัวนั้นคายความร้อน จึงทำให้ปฏิกิริยานั้นเร่งตนเองได้ ในกรณีที่สารละลายไฮโดรเจนเปอร์ออกไซด์มีความเข้มข้นต่ำ น้ำที่ผสมอยู่ในสารละลายจะรับเอาความร้อนนั้นเอาไว้ สารละลายจะอุ่นขึ้นแต่จะไม่เดือดก่อนที่ไฮโดรเจนเปอร์ออกไซด์สลายตัวหมด

แต่เนื่องจากความร้อนที่คายออกมาจากการสลายตัวของไฮโดรเจนเปอร์ออกไซด์นั้นมากพอที่จะทำให้น้ำที่เป็นของเหลวเดือดกลายเป็นไอได้ (สิ่งที่ทำให้ของเหลวมีสัดส่วนที่เป็นกรดสูงขึ้น) ดังนั้นในกรณีของสารละลายไฮโดรเจนเปอร์ออกไซด์ความเข้มข้นสูง ความร้อนที่คายออกมาจะทำให้น้ำ (ที่มีอยู่น้อย) เกิดการเดือดกลายเป็นฟองฟู่ ทำให้ระดับของเหลวในภาชนะบรรจุเพิ่มสูงขึ้น (รูปที่ ๒) และถ้าภาชนะบรรจุนั้นไม่สามารถระบายแก๊สที่เกิดขึ้นได้ทันเวลา (ออกซิเจนที่เกิดจากการสลายตัวของไฮโดรเจนเปอร์ออกไซด์ และไอน้ำที่เกิดจากการเดือดของน้ำ) ภาชนะก็จะระเบิดเนื่องจากความดันที่สูงเกินได้

รูปที่ ๒ การเดือดของสารละลายไฮโดรเจนเปอร์ออกไซด์เข้มข้น 50 %wt เมื่อใส่เกลือ FeSO₄ ลงไป (ที่ใช้ตัวนี้เพราะเกลือของเหล็กในแลปมีแค่ตัวนี้) ปริมาตรเริ่มต้นอยู่ที่ประมาณ 15 ml ในบีกเกอร์ขนาด 100 ml ในระหว่างการเดือดนั้นวัดอุณหภูมิได้สูงกว่า 90ºC การทดลองนี้กระทำไปช่วงก่อนกลางเดือดกุมภาพันธ์ที่ผ่านมา

ในเหตุการณ์นี้พบว่า "พอลิโพรพิลีน (PP หรือ polypropylene)" ที่หุ้มตัวเพลาใบพัดนั้นเกิดการเสี่อมสภาพ มีรอยแตกยาวประมาณ 50 cm และด้วยสารผสมในถังนั้นมีกรดอยู่ กรดจึงเข้าไปกัดกร่อนเนื้อโลหะให้ละลายออกมา ไอออนเหล็กที่ละลายออกมาจึงทำหน้าที่เป็นตัวเร่งปฏิกิริยาที่เร่งการสลายตัวของไฮโดรเจนเปอร์ออกไซด์

บทความเมื่อสัปดาห์ที่แล้ว (วันเสาร์ที่ ๑๒ มีนาคม ๒๕๖๕ เรื่อง "ไฮโดรเจนเปอร์ออกไซด์กับพอลิโพรพิลีน") ได้อธิบายเอาไว้ว่าทำไมโพรพิลีนจึงไม่ทนต่อไฮโดรเจนเปอร์ออกไซด์ แต่เนื่องจากการเสื่อมสภาพนั้นเกิดขึ้นอย่างช้า ๆ แต่ก็เร็วพอที่จะเกิดความเสียหายมากพอก่อนการตรวจสอบความเรียบร้อยครั้งถัดไป สิ่งที่น่าแปลกสำหรับกรณีนี้คือ ทำไมจึงเลือกใช้พอลิโพรพิลีนมาเป็นวัสดุปิดคลุมเนื้อเหล็ก ทั้ง ๆ ที่มันมีข้อมูลเผยแพร่กันทั่วไปแล้วว่ามันไม่เหมาะสม

ไฮโดรเจนเปอร์ออกไซด์กับพอลิโพรพิลีน MO Memoir : Saturday 12 March 2565

เมื่อจำเป็นต้องเปลี่ยนอุปกรณ์ทดลองจากที่ทำจากแก้วมาเป็นทำจากพลาสติก พลาสติกที่ใช้ก็ต้องเป็นพอลิเอทิลีนความหนาแน่นสูง (HDPE) แต่อุปกรณ์จำนวนไม่น้อยที่เห็นขายกันทางหน้าเว็บนั้นมักจะบอกว่าทำจากพอลิโพรพิลีน (PP) ก็เลยมีคนถามมาว่าทำไมถึงใช้ PP หรือพอลิเอทิลีนชนิดอื่นไม่ได้ (เช่นชนิดความหนาแน่นต่ำหรือ LDPE) ทำไมต้องเป็น HDPE

ไฮโดรเจนเปอร์ออกไซด์ (Hydrogen peroxide H₂O₂) เป็นสารเคมีตัวหนึ่งที่ต้องเลือกชนิดวัสดุที่ต้องสัมผัสกับมันให้ดี เพราะมันมีทั้งวัสดุที่ไม่ทนต่อการออกซิไดซ์ของไฮโดรเจนเปอร์ออกไซด์ และวัสดุที่ไปเร่งการสลายตัวของไฮโดรเจนเปอร์ออกไซด์ ในเอกสาร "Hydrogen peroxide ; Materials of construction. Technical Data Sheet" ของบริษัท Solvay กล่าวไว้ว่า เหล็กกล้าไร้สนิมที่ใช้งานกันทั่วไป (เบอร์ 304, 304L, 316 และ 316L) และอะลูมิเนียมความบริสุทธิ์สูง ที่ผ่านการทำ "Passivation" พื้นผิวอย่างเหมาะสม สามารถนำมาใช้เป็นถังเก็บไฮโดรเจนเปอร์ออกไซด์ได้

(การทำ passivation พื้นผิวคือการให้พื้นผิวทำปฏิกิริยากับสารเคมีบางชนิดก่อน เพื่อให้เกิดเป็นโครงสร้างที่ทนต่อการกัดกร่อนหรือเฉื่อยต่อสารเคมีที่สัมผัส หรือกำจัดสิ่งปนเปื้อน (ที่อาจมี) ออกไป อย่างเช่นในกรณีของไฮโดรเจนเปอร์ออกไซด์นี้ อาจต้องให้พื้นผิวนั้นสัมผัสกับกรดไนตริก (HNO₃) ที่ความเข้มข้นสูงมากพอเป็นระยะเวลานานพอ)

รูปที่ ๑ รูปนี้นำมาจากเอกสาร "Hydrogen peroxide ; Materials of construction. Technical Data Sheet" ของบริษัท Solvay ที่กล่าวไว้ว่า HDPE เหมาะสำหรับไฮโดรเจนเปอร์ออกไซด์เข้มข้นไม่เกิน 50%

รูปที่ ๒ แสดง repeating unit ของพอลิเอทิลีน (PE) และพอลิโพรพิลีน (PP) ความแตกต่างที่สำคัญคือ PP มีหมู่ -CH₃ เข้ามาแทนที่อะตอม H 1 อะตอม ทำให้อะตอม C ที่มีหมู่ -CH₃ มาเกาะนั้นมีโครงสร้างเป็น tertiary C atom คืออะตอม C ที่เกาะกับอะตอม C อื่น 3 อะตอม เหลืออะตอม H เกาะอยู่เพียงอะตอมเดียว (ตัวสีแดงในรูป) และอะตอม H ตัวนี้เป็นตัวที่ทำให้เกิดปัญหา เพราะมันหลุดออกจากอะตอม C ได้ง่ายกว่าอะตอม H ที่ทำหน้าอื่น (พันธะมีความแข็งแรงต่ำกว่าพันธะ C-H ที่ตำแหน่งอื่น) ทำให้มันว่องไวในการทำปฏิกิริยา

รูปที่ ๒ พอลิโพรพิลีน (PP) มี tertiary C atom มาก ทำให้มีตำแหน่งที่ว่องไวในการทำปฏิกิริยามากกว่าพอลิเอทิลีน (PE)

ในบทความเรื่อง "Aqueous hydrogen peroxide-induced degradation of polyolefins: A greener process for controlled-rheology polypropylene" โดย G. Moad และคณะ (ในวารสาร Polymer Degradation and Stability Vol 117 (2015) หน้า 97-108) ได้แสดงให้เห็นว่าไฮโดรเจนเปอร์ออกไซด์เป็นสารที่มีความสามารถในการตัดสายโซ่โมเลกุลพอลิโพรพิลีนให้สั้นลง โดยปฏิกิริยาจะเกิดที่อะตอม H ของ tertiary C atom (รูปที่ ๓) ทำให้พอลิโพรพิลีนเสื่อมคุณภาพลง

รูปที่ ๓ อนุมูลอิสระที่เกิดจากการสลายตัวของเปอร์ออกไซด์จะเข้าทำปฏิกิริยาที่อะตอม H ของ tertiary C (ซึ่งเป็นพันธะ C-H ที่มีพลังงานพันธะต่ำกว่า

พอลิเอทิลีนความหนาแน่นสูง (HDPE) เองก็มีอะตอม H ของ tertiary C atom เช่นกัน ซึ่งอาจเกิดจากการใช้ co-mononer (โมเลกุลที่ใหญ่กว่าเอทิลีน เช่นโพรพิลีน บิวทีน) ผสมเข้าไปในระหว่างการสังเคราะห์เพื่อเพิ่มความยืดหยุ่นและปรับความหนาแน่น แต่ไม่ได้มีมากเหมือนพอลิโพรพิลีน ส่วนพอลิเอทิลีนความหนาแน่นต่ำ (LDPE) โครงสร้างสายโซ่โมเลกุลมันมีการแตกกิ่งก้านออกไป ทำให้มีจำนวนอะตอม H ของ tertiary C atom มากกว่า จึงเกิดปฏิกิริยาได้มากกว่า

การระเบิดจากไฮโดรเจนเปอร์ออกไซด์ปนเปื้อนเบส MO Memoir : Saturday 19 February 2565

ไฮโดรเจนเปอร์ออกไซด์ (hydrogen peroxide H₂O₂) ที่ใช้กันทั่วไปมักจะสารละลายในน้ำ ความเข้มข้นของสารละลายขึ้นอยู่กับวัตถุประสงค์ของการใช้งาน สำหรับการใช้งานทั่วไปในครัวเรือน (เช่น ฆ่าเชื้อโรค หรือทำน้ำยาบ้วนปาก) ความเข้มข้นจะอยู่ประมาณ 3-6 %wt (สำหรับการใช้งานงานอย่างเช่นทำน้ำยาบ้วนปาก ต้องนำมาเจือจางให้มีความเข้มข้นต่ำลงอีก) ถ้าเป็นการใช้งานเพื่อเป็นสารตั้งต้นในอุตสาหกรรม ความเข้มข้นจะอยู่ที่ระดับ 30 หรือ 35 %wt ขึ้นไป และถ้าใช้เป็นเชื้อเพลิงหรือองค์ประกอบของเชื้อเพลิง ความเข้มข้นก็จะอยู่ที่ระดับประมาณ 70 %wt ขึ้นไป

ไฮโดรเจนเปอร์ออกไซด์มีความเป็นกรดที่แรงกว่าน้ำ (pKa = 11.75 ในขณะที่ของน้ำอยู่ที่ 15.74) ดังนั้นถ้ามีเบสปนอยู่ ไฮโดรเจนเปอร์ออกไซด์จะจ่ายโปรตอนให้เบสและกลายเป็น perhydroxyl anion (HOO^-) ซึ่งจะทำให้ไฮโดรเจนเปอร์ออกไซด์สลายตัวเร็วขึ้น (รูปที่ ๑)

รูปที่ ๑ กลไกการสลายตัวของ H₂O₂ ที่เกิดจาก perhydroxyl anion โดย perhydroxyl anion ที่เกิดขึ้นจะเข้าไปจับกับโมเลกุล H₂O₂ อีกโมเลกุลหนึ่ง (รูปกลาง) เกิดการสลายตัวเป็น (รูปขวา) โมเลกุล O₂, H₂O และ hydroxide ion (OH_-) ที่สามารถไปทำให้โมเลกุล H₂O₂ อีกโมเลกุลหนึ่งกลายเป็น perhydroxyl anion ได้อีก ทำให้ปฏิกิริยการสลายตัวดำเนินต่อไปได้เรื่อย ๆ (ภาพจากบทความเรื่อง "The role of perhydroxyl ions in the reaction of hydrogen peroxide", โดย J. Inczedy และ L. Erdey ดาวน์โหลดได้ที่ https://pp.bme.hu/ch/article/download/3609/2714)

เรื่องที่นำมาเล่าในวันนี้ยังคงเป็นเรื่องที่นำมาจาก เอกสาร "Hydrogen peroxide accidents and incidents : What we can learn from History" ที่จัดทำโดย B. Green และคณะ (รูปที่ ๒) โดยเป็นเหตุการณ์การระเบิดของถังโลหะเก็บไฮโดรเจนเปอร์ออกไซด์ขนาด 300 แกลลอน (บทความนี้เป็นของสหรัฐอเมริกา ดังนั้นแกลลอนในที่นี้คือ US gallon ซึ่งเท่ากับ 3.78 ลิตร ถ้าเป็นของอังกฤษที่เรียก Imperial gallon จะเท่ากับ 4.55 ลิตร ดังนั้นถังใบนี้ก็จะมีขนาดประมาณ 1134 ลิตรหรือ 1 ลูกบาศก์เมตรเศษ)

ถังโลหะดังกล่าวเป็นถังเก็บไฮโดรเจนเปอร์ออกไซด์ที่ผ่านการใช้งานแล้วที่ปนเปื้อนเบส (พวกไฮดรอกไซด์ OH^-) โดยสารละลายไฮโดรเจนเปอร์ออกไซด์ในถังดังกล่าวผ่านการใช้งานมาแล้วและนำมาเก็บไว้เพื่อรอการเอากลับไปใช้งานใหม่ รายงานไม่ได้กล่าวว่าไฮโดรเจนเปอร์ออกไซด์นั้นมีความเข้มข้นเท่าใด คาดว่าในช่วงเวลา ๓ เดือนที่มีการหมุนเวียนใช้งานนั้นคงทำให้เกิดการสะสมของเบสในปริมาณที่มากพอจนทำให้ระบบระบายความดันของถังนั้นระบายความดันไม่ทัน ทำให้ความดันในถึงสูงจนทำให้ตัวถังระเบิด (ระบบระบายความดันดังกล่าวคงออกแบบมาเพื่อระบายแก๊สที่อาจเกิดจากการสลายตัวตามปรกติของไฮโดรเจนเปอร์ออกไซด์ ที่ไม่สามารถรองรับปริมาณแก๊สที่เกิดจากการสลายตัวอย่างรวดเร็วได้)

รูปที่ ๒ คำบรรยายเหตุการณ์ถังเก็บไฮโดรเจนเปอร์ออกไซด์ปนเปื้อนเบสเกิดการระเบิด

ปฏิกิริยาการสลายตัวของ H₂O₂ 2 โมเลกุล กลายเป็น H₂O 2 โมเลกุลและแก๊ส O₂ 1 โมเลกุลนั้นคายความร้อนออกมาประมาณ 2885 kJ/kg ในขณะที่ความร้อนในการทำให้น้ำที่เป็นของเหลวที่จุดเดือดกลายเป็นไอน้ำนั้นต้องการความร้อนประมาณ 2257 kJ/kg ดังนั้นถ้าสารละลาย H₂O₂ มีความเข้มข้นมากพอ ความร้อนที่เกิดขึ้นจากการสลายตัวจะมากเพียงพอที่จะทำให้น้ำนั้นเดือดกลายเป็นไอได้ ทำให้ความภาชนะบรรจุเพิ่มขึ้นรวดเร็วขึ้นไปอีก

เมื่อไฮโดรเจนเปอร์ออกไซด์พบเจอกับไม้หมอนรองรางรถไฟ MO Memoir : Saturday 12 February 2565

อุบัติเหตุเดียวกัน แหล่งที่มาของข้อมูลก็มาจากหน่วยงานเดียวกัน แต่พอต่างคนเอามาเขียนย่อแล้ว กลับได้ความหมายที่ไม่ค่อยจะเหมือนกัน เรื่องนี้ทำให้นึกถึงตอนเรียนโท-เอกอยู่ต่างประเทศ ที่อาจารย์ที่ปรึกษามักจะถามเสมอว่า ได้ไปอ่านบทความต้นเรื่องแล้วหรือยัง เพราะบทความที่อ้างต่อ ๆ กันมานั้น มันผิดเพี้ยนมากไปจากเดิมได้ง่าย

เหตุการณ์นี้เกิดที่เมือง Heleana, Montana ประเทศสหรัฐอเมริกาเมื่อวันที่ ๒ กุมภาพันธ์ ค.ศ. ๑๙๘๙ (พ.ศ. ๒๕๓๒) เวลาประมาณ ๔.๓๐ น ซึ่งเป็นวันและเวลาที่อากาศหนาวจัด (อุณหภูมิประมาณ -28ºF ถึง -18ºF หรือ -16ºC ถึง -10ºC) โดยขบวนรถไฟขบวนหนึ่งที่ลากตู้บรรจุสารเคมีที่มีทั้ง ไฮโดรเจนเปอร์ออกไซด์ (H₂O₂) เข้มข้น 70%, เม็ดพลาสติกพอลิเอทิลีน (ในตู้ที่อยู่ติดกับตู้บรรทุกไฮโดรเจนเปอร์ออกไซด์) และไอโซโพรพิลแอลกอฮอล์ (H₃CCH(OH)CH₃) ขณะที่กำลังไต่ขึ้นเนินลาดเอียงนั้น เครื่องทำความร้อนในส่วนของหัวรถจักรมีปัญหา จึงทำให้ต้องหยุดขบวนรถบนทางที่ลาดเอียงนั้น และมีการปลดหัวรถจักรออกจากขบวนรถ และหลังจากที่ปลดหัวรถจักรออกจากตู้ที่ลากมาเสร็จสิ้นแล้ว ระบบเบรคของตู้พ่วงเกิดการคลายตัว (ระบบเบรคทำงานด้วยการใช้แรงดันอากาศ) ทำให้ตู้ลากพ่วงที่เป็นตู้บรรทุกสารเคมีนั้นไหลลงเนินไปชนกับหัวรถจักรที่จอดอยู่ที่ลานจอดด้านล่างของเนิน (ความเร็วในการชนประมาณไว้ว่าอยู่ระหว่าง 24-40 km/hr)

ผลของการชนทำให้ตู้บรรจุสารละลายไฮโดรเจนเปอร์ออกไซด์ได้รับความเสียหาย เกิดการรั่วไหลของไฮโดรเจนเปอร์ออกไซด์ ตามด้วยเพลิงไหม้และการระเบิดตามมา

ประเด็นที่จะนำมาเล่าในวันนี้คือเพลิงไหม้และการระเบิดเกิดได้อย่างไร

รูปที่ ๑ นำมาจากเอกสาร "Hydrogen peroxide accidents and incidents : What we can learn from History" จัดทำโดย B. Green และคณะ ในเอกสารนี้กล่าวว่า NTSB (ย่อมาจาก National Transportation Safety Board ของประเทศสหรัฐอเมริกา) เชื่อว่าไฮโดรเจนเปอร์ออกไซด์ (ที่รั่วออกมาเนื่องจากถังบรรจุได้รับความเสียหายจากการชน) ทำปฏิกิริยากับสารปนเปื้อนบนพื้น (บทความใช้คำว่า ground) ทำให้เกิดเพลิงลุกไหม้ ความร้อนจากเปลวไฟทำให้เม็ดพลาสติกพอลิเอทิลีนในตู้ที่อยู่ติดกันนั้นปล่อยปล่อยสารอินทรีย์ที่ระเหยง่ายออกมา ทำให้เกิดการระเบิดที่รุนแรงเพียงพอที่จะทำให้เกิดการระเบิดครั้งที่สอง

รูปที่ ๑ คำบรรยายเหตุการณ์ในเอกสาร "Hydrogen peroxide accidents and incidents : What we can learn from History" ที่จัดทำโดย B. Green และคณะ

รูปที่ ๒ เป็นคำบรรยายเหตุการณ์ในเอกสาร "Comparison of selected highway and railways accidents to the 10CFR71 hypothetical accident sequence and NRC risk assessments" จัดทำโดย D.J. Ammerman และคณะ ในปีค.ศ. ๒๐๐๓ (พ.ศ. ๒๕๔๖) ในเอกสารนี้กล่าวว่า มีตู้รถที่บรรทุกไฮโดรเจนเปอร์ออกไซด์ (ที่เป็นสารออกซิไดซ์) และไอโซโพรพิลแอลกอฮอล์ ส่วนการระเบิดนั้นเชื่อว่าเกิดจากปฏิกิริยาระหว่างไฮโดรเจนเปอร์ออกไซด์และเม็ดพลาสติกพอลิเอทิลีน

รูปที่ ๒ คำบรรยายเหตุการณ์จากเอกสาร "Comparison of selected highway and railways accidents to the 10CFR71 hypothetical accident sequence and NRC risk assessments" จัดทำโดย D.J. Ammerman และคณะ

รูปที่ ๓ นำมาจากเอกสาร "Forward through the 90s : Selected issues in the transportation by rail of hazardous materials: ที่เป็นรายงานนำเสนอต่อ Senate committee on commerce, science, and transportation and the house committee on energy and commerce ประเทศสหรัฐอเมริกา ในเอกสารนี้กล่าวว่าการชนทำให้ถังบรรจุไฮโดรเจนเปอร์ออกไซด์ทะลุและไฮโดรเจนเปอร์ออกไซด์เกิดการผสมกับน้ำมันดีเซลที่รั่วไหลออกมา ทำให้เกิดไฟลุกไหม้และการระเบิด

รูปที่ ๓ คำบรรยายเหตุการณ์จากเอกสาร "Forward through the 90s : Selected issues in the transportation by rail of hazardous materials:

สามบทความนี้ให้สาเหตุการเกิดเพลิงไหม้และการระเบิดที่แตกต่างกัน บทความแรกกล่าวว่าเพลิงลุกไหม้เกิดจากปฏิกิริยาระหว่างไฮโดรเจนเปอร์ออกไซด์และสิ่งปนเปื้อนบนพื้น (ไม่มีการระบุ) บทความที่สองบอกว่าการระเบิดเกิดจากปฏิกิริยาระหว่างไฮโดรเจนเปอร์ออกไซด์และเม็ดพลาสติกพอลิเอทิลีน แต่มีการกล่าวถึงไอโซโพรพานอลด้วย (กล่าวมาทำไม) ส่วนบทความที่สามบอกว่าเพลิงลุกไหม้เกิดจากปฏิกิริยาระหว่างไฮโดรเจนเปอร์ออกไซด์กับน้ำมันดีเซลที่รั่วไหลออกมา

ทีนี้ลองมาดูสิ่งที่เขียนไว้ในรายงานของ NTSB ในหน้า ๖๓ ที่เป็นการวิเคราะห์กลไกการเกิดระเบิดดูบ้าง น่าเสียดายที่รายงานฉบับที่ NTSB เปิดให้ดาวน์โหลดนี้รูปภาพไม่ชัดเจน แต่ภาพหลังการชนกันนั้นมีทั้งตู้บรรทุกที่อยู่บนรางและตกรางโดยวางขวางกับราง และดูเหมือนว่าจะมีการปีนก่ายกันด้วย โดยตู้ที่บรรทุกไฮโดรเจนเปอร์ออกไซด์นั้นขึ้นไปเกยก่ายอยู่บนตู้ที่บรรทุกเม็ดพลาสติกพอลิเอทิลีน โดยไปอยู่เหนือบริเวณช่องสำหรับบรรจุเม็ดพลาสติกที่ถูกปิดอยู่ (ภาษาอังกฤษใช้คำว่า covered hopper ซึ่งน่าจะเปิดออกหรือได้รับความเสียหายจนของเหลวสามารถรั่วไหลเข้าไปภายในได้หลังการชน)

รูปที่ ๔ คำบรรยายเหตุการณ์ในเอกสารการสอบสวนของ NTSB "Collision and derailment of Montana rail link freight train with locomotive units and hazardous materials release. Helena, Montana, February 2, 1989" ดาวน์โหลดได้ที่ https://www.ntsb.gov/investigations/AccidentReports/Reports/RAR8905.pdf

ด้วยการที่ถังบรรจุไฮโดรเจนเปอร์ออกไซด์ได้รับความเสียหายจนของเหลวภายในรั่วไหลออกมา โดยเชื่อว่าไฮโดรเจนเปอร์ออกไซด์บางส่วนได้รั่วไหลเข้าไปในตู้ที่บรรทุกเม็ดพลาสติกและอีกส่วนได้ตกลงไปบนพื้น รายงานกล่าวว่าเปลวไฟน่าจะเกิดจากปฏิกิริยาระหว่างไฮโดรเจนเปอร์ออกไซด์ 70% กับ "ไม้" หมอนรองรางรถไฟที่ได้รับการปรับสภาพด้วยน้ำยาพวก "creosote-coal tar solution" (ไม่มีการกล่าวถึงน้ำมันดีเซล) ทำให้เกิดเพลิงลุกไหม้ลนบริเวณช่องบรรจุเม็ดพลาสติก ทำให้เม็ดพลาสติกหลอมเหลวและปลดปล่อยไอสารเคมีออกมาจนมีความเข้มข้นมากพอที่เกิดการระเบิดได้

ตรงนี้ของแทรกข้อมูลเพิ่มนิดนึง หมอนรองรางรถไฟหรือที่เราเรียกกันว่า "ไม้หมอน" นั้นปัจจุบันมีทั้งที่ยังคงเป็นไม้ เป็นคอนกรีต คอนกรีตร่วมกับเหล็ก และเป็นเหล็ก ในบ้านเราช่วงหลังก็เห็นใช้แต่หมอนคอนกรีตกันหมดแล้ว หมอนรองรางรถไฟนี้ใน wikipedia กล่าวว่าถ้าเป็นอเมริกันจะเรียกว่า "crosstie" ถ้าเป็นแคนาดาจะเรียก "railway tie" และถ้าเป็นอังกฤษจะเรียก "railway sleeper"

พอลิเอทิลีนความหนาแน่นสูง (High Density Polyethylene หรือ HDPE) นั้นทนต่อไฮโดรเจนเปอร์ออกไซด์ สามารถใช้ทำถังบรรจุไฮโดรเจนเปอร์ออกไซด์ได้อย่างปลอดภัย ในขณะที่พอลิโพรพิลีน (Polypropylene หรือ PP) และพอลิเอทิลีนความหนาแน่นต่ำ (Low Density Polyethylene หรือ LDPE) ไม่ทนต่อไฮโดรเจนเปอร์ออกไซด์ ทั้งนี้เป็นเพราะพอลิเมอร์สองตัวหลังนี้มีจำนวนอะตอม C ที่เป็น tertiary carbon atom มาก และอะตอม H ของอะตอม C ตัวนี้ว่องไวในการทำปฏิกิริยา จึงทำให้สายโซ่พอลิเมอร์ถูกตัดออกเป็นสายโซ่สั้น ๆ ได้ง่าย (ไม่ใช่การเกิดเพลิงลุกไหม้)

ส่วนเรื่องที่ว่าไม้ที่ได้รับการปรับสภาพด้วยน้ำยา "creosote-coal tar solution" ที่เป็นน้ำยารักษาเนื้อไม้นั้นสามารถลุกติดไฟได้ง่ายเมื่อเจอกับไฮโดรเจนเปอร์ออกไซด์ความเข้มข้นสูง ก็เคยเล่าไว้ครั้งหนึ่งแล้วในบทความเรื่อง "เพลิงไหม้พาเลทไม้จากการรั่วไหลของไฮโดรเจนเปอร์ออกไซด์ (H₂O₂)" เมื่อวันเสาร์ที่ ๑ มกราคม ๒๕๖๕ ที่ผ่านมา

การระเบิดเกิดขึ้นสองครั้งด้วยกัน โดยเริ่มจากเพลิงที่ลุกไหม้ลนบริเวณช่องบรรจุเม็ดพลาสติกนั้น ทำให้เม็ดพลาสติกหลอมและปลดปล่อยสารอินทรีย์ที่เป็นไอระเหยออกมา (ในขณะเดียวกันความร้อนที่เกิดก็น่าจะทำให้ไฮโดนเจนเปอร์ออกไซด์ที่รั่วเข้าไปในถังบรรจุเม็ดพลาสติกนั้นสลายตัวและให้แก๊สออกซิเจนออกมาด้วย) เมื่อไอสารอินทรีย์สะสมจนมีปริมาณมากพอก็ทำให้เกิดการระเบิดขึ้น (ในรายงานเรียกว่าเป็น vapour phase explosion) การระเบิดครั้งแรกนี้รุนแรงมากพอที่จะทำให้เกิดการระเบิดครั้งที่สอง (ที่ในรายงานเรียกว่าเป็น condensed phase explosion) ที่รุนแรงกว่าที่เกิดจากสารผสมระหว่างไฮโดรเจนเปอร์ออกไซด์และเม็ดพลาสติกหลอมเหลวที่อยู่อยู่ในตัวรถ ทำให้ตัวรถฉีกขาดกระจายไปทั่ว

หมายเหตุ : ในสภาพแวดล้อมที่มีความเข้มข้นออกซิเจนสูง แม้แต่สารที่ลุกติดไฟได้ยากก็จะลุกติดไฟได้ง่ายมากขึ้น และยังสามารถเกิดการระเบิดได้ง่ายมากขึ้นด้วย ซึ่งในเหตุการณ์นี้การระเบิดที่รุนแรงครั้งที่สองน่าจะเกิดจากแก๊สออกซิเจนที่เกิดจากการสลายตัวของไฮโดรเจนเปอร์ออกไซด์นั้นสะสมอยู่ในถังบรรจุเม็ดพลาสติกจนมีความเข้มข้นสูงมาก จึงทำให้แทนที่เม็ดพลาสติกจะลุกไหม้ก็กลับกลายเป็นการระเบิดแทน

ในย่อหน้าแรกของรูปที่ ๔ รายงานใช้คำว่า "most likely" คือไม่ได้ฟังธงลงไปว่าไม่มีความเป็นไปได้อย่างอื่นอีก เพียงแต่สภาพที่เกิดเหตุและข้อมูลในอดีตที่เคยมีมานั้น บ่งบอกว่าสถานการณ์นี้มีความเป็นไปได้มากที่สุด และเข้ากับข้อมูลจากพยานบุคคลในที่เกิดเหตุและความเสียหายที่เกิดขึ้น

ณ จุดนี้ก็คงจะเห็นแล้วว่าการไปอ่านตัวบทความต้นฉบับนั้นสำคัญอย่างไร

เพลิงไหม้สัมภาระจากการรั่วไหลของไฮโดรเจนเปอร์ออกไซด์ MO Memoir : Saturday 15 January 2565

ปฏิกิริยาการออกซิไดซ์ (oxidation) เป็นปฏิกิริยาคายความร้อน และถ้าเกิดขึ้นอย่างรวดเร็วบนวัตถุที่ลุกไหม้ได้ก็จะทำให้เกิดการลุกติดไฟได้ ปฏิกิริยาการออกซิไดซ์ที่เกิดขึ้นอย่างช้า ๆ ในพื้นที่เปิดนั้นอาจคายความร้อนออกมาในปริมาณที่เราไม่รู้สึก แต่ถ้าเกิดขึ้นในบริเวณที่ปิดที่การระบายความร้อนเกิดได้ไม่ดี ทำให้เกิดการสะสมความร้อน ความร้อนที่สะสมก็จะเร่งให้ปฏิกิริยานั้นเกิดเร็วขึ้น จนอาจทำให้วัสดุนั้นลุกติดไฟได้ ปรากฏการณ์นี้เป็นที่ทราบดีว่าเกิดได้กับผ้าขี้ริ้วที่ใช้เช็ดทำความสะอาด ที่ถ้านำผ้าขี้ริ้วนั้นมาใช้ทำความสะอาดน้ำมันบางชนิด (เช่นน้ำมันที่ใช้เคลือบผิวไม้) การกองผ้าขี้ริ้วหลังการใช้งานเอาไว้อย่างไม่เหมาะสม สามารถทำให้ผ้าขี้ริ้วนั้นลุกติดไฟได้จากความร้อนที่ปลดปล่อยออกมาจากปฏิกิริยาระหว่างน้ำมันกับอากาศ (รูปที่ ๑)

รูปที่ ๑ เอกสารคำเตือนเรื่องการป้องกันการลุกติดไฟด้วยตนเองของผ้าขี้ริ้วที่ชุ่มไปด้วยน้ำมันบางชนิด (จาก https://www.bendoregon.gov/home/showdocument?id=16299)

เรื่องที่นำมาเล่าในวันนี้นำมาจากเอกสารการสอบสวนอุบัติเหตุที่เกิดขึ้นกับอากาศยานที่จัดทำโดย NTSB (National Transportation Safety Board) เป็นกรณีเลขที่ DCA-99-MZ-001 ที่เกิดบนสายการบิน Northwest Airlines เที่ยวบินที่ 957 เมื่อวันที่ ๒๘ ตุลาคม ค.ศ. ๑๙๙๘ (พ.ศ. ๒๕๔๑) เหตุการณ์เริ่มจากการรั่วไหลของไฮโดรเจนเปอร์ออกไซด์เข้มข้น 35 % ที่ไปปสัมผัสกับถุงไปรษณีย์ (รูปที่ ๒) ก่อนที่จะทำให้เกิดการลุกไหม้ของไปรษณีย์ภัณฑ์ (ที่เป็นกระดาษ)

เหตุการณ์เริ่มจากผู้โดยสารรายหนึ่งนำกระติกน้ำแข็ง (รูปที่ ๓) ที่ใส่ขวดพลาสติกบรรจุไฮโดรเจนเปอร์ออกไซด์ (รูปที่ ๔) จำนวนสองขวดโดยไม่ได้แจ้งให้เจ้าหน้าที่ทราบว่ากระติกน้ำแข็งดังกล่าวบรรจุสิ่งของอะไรอยู่ (จะว่าไปผู้โดยสารก็ไม่รู้ด้วยว่าสิ่งของที่ตนเองขนนั้นมีอันตรายอย่างไร) กระติกน้ำแข็งดังกล่าวถูกบรรจุไว้ในห้องเก็บสัมภาระของเที่ยวบินที่ 957 ที่เดินทางจาก Florida ไปยัง Tennessee ที่ใช้เวลาประมาณหนึ่งชั่วโมงนั้นไม่มีปัญหาอะไร ปัญหาเริ่มมาพบในระหว่างการขนถ่ายสัมภาระไปยังเครื่องบินลำที่สอง

รูปที่ ๒ คำบรรยายเหตุการณ์ที่เกิด

เมื่อเที่ยวบินที่ 957 ลงจอดที่ Tennessee พนักงานภาคพื้นดินจำนวนสองนายได้ขึ้นไปบนเครื่องเพื่อถ่ายสัมภาระส่วนหนึ่งไปยังเครื่องบินลำที่สอง (เที่ยวบินที่ 7 ที่จะบินไปยัง Seattle) ในขณะที่ขึ้นไปขนถ่ายสัมภาระนั้นพนักงานทั้งสองสังเกตเห็นว่ามีสัมภาระบางส่วนเปียกของเหลว และมีของเหลวใสอยู่บนพื้น แต่พนักงานทั้งสองเข้าใจว่าของเหลวนั้นคือน้ำที่รั่วไหลมาจากกระติกน้ำแข็งหรือจากการขนส่งปลาเขตร้อน

ประมาณ 10 นาทีหลังการขนถ่ายสัมภาระ พนักงานที่ทำหน้าที่ขนสัมภาระที่เปียกและถุงไปรษณีย์รายงานว่ารู้สึกปวดเสียวที่มือ และกลายเป็นสีขาว โดยในช่วงเวลานั้นสัมภาระบางส่วน (ที่เปียก) ได้ถูกลำเลียงขึ้นไปบนเที่ยวบินที่ 7 แล้ว

(หมายเหตุ : ไฮโดรเจนเปอร์ออกไซด์เข้มข้นเวลาถูกผิวหนังจะทำให้รู้สึกปวดเสียว แต่มันไม่ได้เกิดทันทีที่สัมผัส จะเกิดขึ้นหลังจากสัมผัสแล้วสักพัก และผิวหนังตรงนั้นจะกลายเป็นสีขาวเหมือนกับโดนป้ายน้ำยาลบคำผิด (รูปที่ ๕ ที่เป็นมือผมเอง ที่ไปโดนไฮโดรเจนเปอร์ออกไซด์ที่เปียกอยู่บนพื้นผิวด้านนอกของบีกเกอร์) รอยสีขาวนี้ล้างน้ำไม่ออก แต่ทิ้งไว้สักพักก็จะหายไป (ประมาณหนึ่งชั่วโมง)

รูปที่ ๓ กระติกน้ำแข็งที่บรรจุขวดไฮโดรเจนเปอร์ออกไซด์ ซึ่งก็แปลกใจเหมือนกันว่าของเหลวข้างในมันรั่วออกมาได้อย่างไร หรือว่าในระหว่างการขนส่งนั้นกระติกไม่ได้วางตั้ง แต่วางนอน เลยทำให้ของเหลวไหลซึมออกทางฝาปิดได้

จากการร้องเรียนของพนักงานขนสัมภาระ สายการบินจึงได้ทำการติดต่อหน่วยดับเพลิงของทางสนามบิน ซึ่งได้เดินทางมายังเครื่องบิน พนักงานขนสัมภาระผู้หนึ่งเข้าไปนำกะติกน้ำแข็งออกจากเที่ยวบินที่ 7 แต่เมื่อได้รับแจ้งว่ากระติกน้ำแข็งใบดังกล่าวอาจบรรจุสารเคมีอันตราย จึงได้ออกจากพื้นที่และไปหาแพทย์

หลังจากที่พนักงานขนสัมภาระคนดังกล่าวจากไป นักบินของเที่ยวบินดังกล่าวก็เข้ามาและเห็นเจ้าหน้าที่ฉุกเฉินและของสายการบินรอบเครื่องบิน จึงได้สอบถามว่าเกิดเหตุอะไร เมื่อทราบแล้วจึงถามต่อว่าแล้วกระติกน้ำแข็งใบดังกล่าวอยู่บนเครื่องหรือไม่ เจ้าหน้าที่สายการบิน (จำนวนหลายคน) ที่อยู่บริเวณนั้นรู้ว่ากระติกใบดังกล่าวไม่ได้อยู่บนเครื่องบิน จึงบอกนักบินไปว่ากระติกใบดังกล่าวไม่ได้อยู่บนเครื่อง นักบินจึงเข้าใจว่าเครื่องบินของเขานั้นไม่ได้รับผลกระทบอะไรจากเหตุการณ์ จึงออกเดินทางตามกำหนดการ

ตรงนี้มีประเด็นที่แสดงให้เห็นว่ามีปัญหาเรื่องการสื่อสารกันอยู่ คือทั้งพนักงานสายการบินและนักบินเข้าใจว่าเมื่อกระติกน้ำแข็งใบดังกล่าวไม่ได้อยู่บนเครื่อง (โดยไม่รู้ว่ามันถูกขนขึ้นเครื่องก่อนที่จะถูกนำออกมา) เครื่องบินก็ไม่ได้รับผลกระทบใด ๆ แต่ในความเป็นจริงนั้นก่อนหน้านั้นช่วงที่กระติกใบดังกล่าวอยู่บนเครื่อง สารเคมีที่รั่วไหลออกมาก็ได้เปียกกระเป๋าสัมภาระบางใบและถุงไปรษณีย์บางถุงแล้ว

จากการตรวจสอบ ณ ที่เกิดเหตุว่าในกระติกน้ำแข็งใบนั้นบรรจุอะไร และก็พบขวดบรรจุไฮโดรเจนเปอร์ออกไซด์ 35% ที่เสียหาย และก็ได้มีการแจ้งไปยังสนามบินปลายทางของเที่ยวบินที่ 7 ว่าเที่ยวบินที่ 7 อาจบรรจุสารเคมีอันตรายไปด้วย และให้ผู้ขนถ่ายสัมภาระระมัดระวังและใช้ถุงมือยางป้องกันมือ ซึ่งเที่ยวบินที่ 7 เดินทางไปถึงปลายทางได้โดยไม่มีเหตุการณ์อะไร

รูปที่ ๔ ขวดบรรจุไฮโดรเจนเปอร์ออกไซด์ที่เสียหาย (บรรจุขวดพลาสติก)

แต่เมื่อเจ้าหน้าที่ขนถ่ายสัมภาระเปิดประตูห้องเก็บสัมภาระก็พบกลุ่มควันลอยออกมาแต่ไม่มีเปลวไฟ เจ้าหน้าที่คนหนึ่งเข้าไปลากเอากระเป๋าเดินทางที่มีกลุ่มควันลอยออกมาออกมานอกเครื่อง และเจ้าหน้าที่ดับเพลิงก็ฉีดน้ำใส่กระเป๋าใบนั้นให้ชุ่ม (คงเป็นความโชคร้ายของเจ้าของกระเป๋าเดินทางใบนั้น)

รูปที่ ๕ ปื้นสีขาวบนนิ้วมือที่สัมผัสกับสารละลาย H₂O₂ 35 %wt สีดังกล่าวคงอยู่เพียงแค่ประมาณชั่วโมงก่อนหายไป

ไฮโดรเจนเปอร์ออกไซด์ (Hydrogen peroxide H₂O₂) สามารถทำการออกซิไดซ์สารอินทรีย์ได้หลากหลาย ส่วนความเร็วในการเกิดปฏิกิริยานั้นขึ้นอยู่กับปัจจัยหลายอย่าง ในกรณีที่สารเคมีนั้นมีส่วนผสมของโลหะบางชนิดหรือเมื่อไฮโดรเจนเปอร์ออกไซด์สัมผัสกับสารประกอบบางชนิด (เช่นสนิมเหล็ก) ไฮโดรเจนเปอร์ออกไซด์ก็จะสลายตัวได้รวดเร็วขึ้นพร้อมทั้งปลดปล่อยแก๊สออกซิเจนและความร้อนออกมา ที่สามารถทำให้วัสดุนั้นลุกไหม้ได้ แต่สิ่งนี้จะเกิดได้เมื่อไฮโดรเจนเปอร์ออกไซด์นั้นมีความเข้มข้นสูงมากพอ (ประมาณ 30% ขึ้นไป ส่วนไฮโดรเจนเปอร์ออกไซด์ที่ขายเป็นยาล้างแผลนั้นเข้มข้นเพียง 3%)

ในเหตุการณ์นี้อาจเป็นเพราะภายในกระเป๋าเดินทางนั้นเป็นพื้นที่ที่การถ่ายเทอากาศไม่ดี สิ่งที่เป็นเชื้อเพลิงที่บรรจุอยู่ในกระเป๋าเดินทางจึงไม่สามารถเกิดการลุกไหม้จนเกิดเปลวไฟได้ แต่เป็นการลามไหม้อย่างช้า ๆ ที่ทำให้เกิดควัน

เพลิงไหม้ใต้พื้นยกจากการรั่วไหลของไฮโดรเจนเปอร์ออกไซด์ MO Memoir : Thursday 6 January 2565

พื้นยก (Raised floor) เป็นโครงสร้างพื้นที่ยกขึ้นสูงจากพื้นอาคาร ทำให้มีช่องว่างระหว่างพื้นอาคารเดิมและใต้พื้นยก ห้องทำงานบางแบบจะนิยมทำพื้นแบบนี้เพราะทำให้สามารถเดินสายไฟหรือระบบท่อต่าง ๆ ได้สะดวก (เช่นในห้องศูนย์คอมพิวเตอร์ ห้องควบคุม ห้องที่ต้องมีการวางสายระบบจำนวนมาก (เช่นสายไฟ สายแลน) หรือห้องสะอาด (clean room))

เรื่องที่นำมาเล่าในวันนี้นำมาจากวารสาร NFPA Journal ฉบับเดือน พฤศจิกายน/ธันวาคม ปีค.ศ. ๒๐๑๑ หน้า ๒๒ เป็นเรื่องเกี่ยวกับเหตุการณ์ไฟไหม้ใต้ raised floor ของห้อง clean room แห่งหนึ่ง โดยเกิดจากปฏิกิริยาระหว่างไฮโดรเจนเปอร์ออกไซด์เข้มข้น 30% รั่วไหลออกจากท่อ และสัมผัสกับกาวที่สะสมอยู่ใต้พื้นยก รายละเอียดต่าง ๆ แสดงไว้ในรูปที่ ๑ ข้างล่าง

รูปที่ ๑ คำบรรยายเหตุการณ์ที่เกิด

ไฮโดรเจนเปอร์ออกไซด์ความเข้มข้นสูงเป็นสารออกซิไดซ์ที่ต้องใช้ความระมัดระวังในการใช้งานตัวหนึ่ง ปฏิกิริยาการออกซิไดซ์สารนั้นอาจไม่ได้เกิดแบบรุนแรง แต่อาจเกิดแบบค่อยเป็นค่อยไป (ขึ้นอยู่กับโครงสร้างโมเลกุลสารที่มันทำปฏิกิริยาด้วย) และถ้าอยู่ในที่ไม่มีการระบายความร้อนได้ดีพอ ความร้อนที่ปฏิกิริยาคายออกมาก็อาจสะสมมากพอจนทำให้สารนั้นหรือสารอื่นที่ติดไฟได้ที่สัมผัสอยู่ ลุกติดไฟได้ (เช่นในกรณีของพาเลทไม้ในตอนที่แล้ว)

จากข้อมูลนี้วันนี้ก็เลยทดลองเอาไฮโดรเจนเปอร์ออกไซด์เข้มข้น 50% หยดลงบน ผ้าขี้ริ้ว (ที่ใช้เช็ดโต๊ะในห้องแลป), สำลี และกระดาษทิชชู (ที่ต่างใช้เป็นที่ซับของเหลว) แล้วลองวัดอุณหภูมิดู ผลออกมาก็คือไม่สามารถสังเกตเห็นการเกิดปฏิกิริยาใด ๆ แม้ว่าจะตั้งทิ้งไว้พักหนึ่งก็ตาม (ประมาณ ๑๐ นาที) ที่ทำการทดลองนี้ก็เพราะเกรงว่าหากมีอุบัติเหตุไฮโดรเจนเปอร์ออกไซด์หกในระหว่างการทำลอง และมีการนำเอาวัสดุเหล่านี้มาซับสารเคมีที่หก จะเกิดปฏิกิริยาทันทีหรือไม่

แต่ทางที่ดีถ้าใช้วัสดุเหล่านี้ซับไฮโดรเจนเปอร์ออกไซด์ที่หก ก็ควรละล้างวัสดุเหล่านี้ด้วยน้ำเปล่าในปริมาณมากเพื่อชะเอาไฮโดรเจนเปอร์ออกไซด์ออกไป เพราะเกรงว่าถ้าหากวางผ้าขี้ริ้วกองทิ้งไว้โดยไม่ได้ล้าง หรือทิ้งกระดาษทิชชูหรือสำลีลงในถังขยะ อาจเกิดไฟลุกไหม้ถ้าหากว่ามันเกิดปฏิกิริยากันจริงและความร้อนที่ปฏิกิริยาคายออกมานั้นสามารถสะสมจนทำให้วัสดุนั้นลุกติดไฟได้

รูปที่ ๒ ทดลองหยดไฮโดรเจนเปอร์ออกไซด์เข้มข้น 50% ลงบน (จากซ้ายไปขวา) ผ้าขี้ริ้ว, สำลี และกระดาษทิชชู ผลออกมาคือไม่เห็นการเกิดปฏิกิริยาใด ๆ หรือการเปลี่ยนแปลงอุณหภูมิ แต่เพื่อความปลอดภัยก็ได้ทำลายตัวอย่างด้วยการล้างด้วยน้ำสะอาดในปริมาณมากก่อนทิ้งไป