วันพฤหัสบดีที่ 30 กันยายน พ.ศ. 2564

ผลของอุณหภูมิต่อการแทนที่ตำแหน่งที่ 2 บนวงแหวนเบนซีน MO Memoir : Thursday 30 September 2564

การเกิดปฏิกิริยาเคมีนั้นจำเป็นที่สารตั้งต้นต้องมีสูงถึงพลังงานระดับหนึ่งก่อนที่จะทำให้เกิดการแตกพันธะได้ (ไม่ว่าจะเป็นการแตกพันธะของตัวเอง หรือเป็นผลจากการชนของโมเลกุลอื่น) โดยแต่ละปฏิกิริยานั้นมีความต้องการอุณหภูมิขั้นต่ำ (ที่สามารถทำให้ปฏิกิริยาเกิดได้นั้น) แตกต่างกันไป และถ้าเราต้องการเพิ่มอัตราการเกิดปฏิกิริยาให้สูงขึ้นก็ทำได้ด้วยการเพิ่มอุณหภูมิการทำปฏิกิริยาให้สูงขึ้น แต่การเพิ่มอุณหภูมิให้สูงขึ้นก็อาจทำให้ปฏิกิริยาที่ต้องการพลังงานกระตุ้นที่สูงกว่านั้นเกิดร่วมกับปฏิกิริยาที่ต้องการ (ที่ต้องการพลังงานกระตุ้นที่ต่ำกว่า) ก็ได้

รูปที่ ๑-๓ นำมาจาก https://wps.prenhall.com/wps/media/objects/340/348272/wade_ch17.html เป็นภาพแสดงการเปลี่ยนแปลงพลังงานและการดำเนินไปข้างหน้าของปฏิกิริยา (reaction coordinate) ของปฏิกิริยา nitration ของวงแหวนเบนซีน โดยเป็นการเปรียบเทียบระหว่างกรณีของเบนซีน และเบนซีนที่มีหมู่แทนที่แล้ว 1 หมู่ โดยหมู่แรกที่มาเกาะนั้นเป็นหมู่ที่จ่ายอิเล็กตรอนให้วงแหวนได้หรือเป็นหมู่ที่ไม่สามารถจ่ายอิเล็กตรอนให้วงแหวนได้

รูปที่ ๑ เป็นการเปรียบเทียบระหว่างกรณีของเบนซีนและโทลูอีน หมู่อัลคิลเป็นหมู่ที่ไม่ดึงอิเล็กตรอนออกจากวงแหวนแต่สามารถจ่ายอิเล็กตรอนให้วงแหวนได้ ดังนั้นโทลูอีนจึงมีความว่องไวในการทำปฏิกิริยา nitration สูงกว่าเบนซีน หรือกล่าวอีกนัยหนึ่งคือใช้พลังงานกระตุ้นต่ำกว่า โดยการแทนที่ที่ตำแหน่ง ortho (1,2-) และ para (1,4-) นั้นต้องการพลังงานกระตุ้นที่ต่ำกว่าการแทนที่ที่ตำแหน่ง meta (1,3-) ดังนั้นถ้าใช้อุณหภูมิการทำปฏิกิริยาที่ไม่สูงเกินไปก็จะได้ผลิตภัณฑ์ที่เกิดจากการแทนที่ที่ตำแหน่ง ortho และ para เป็นหลัก แต่ถ้าทำการเร่งอัตราการเกิดปฏิกิริยาด้วยการเพิ่มอุณหภูมิก็จะทำให้ได้ผลิตภัณฑ์ที่เกิดจากการแทนที่ที่ตำแหน่ง meta เพิ่มมากขึ้น

รูปที่ ๑ การเปลี่ยนแปลงพลังงานของปฏิกิริยา nitration ของเบนซีนเทียบกับโทลูอีน (toluene)

รูปที่ ๒ เป็นการเปรียบเทียบระหว่างกรณีของเบนซีนและคลอโรเบนซีน อะตอม Cl นั้นมีค่า electronegativity (En) สูงกว่าอะตอม C จึงเป็นฝ่ายดึงอิเล็กตรอนออกจากวงแหวน แต่ในขณะเดียวกันก็มีอิเล็กตรอนคู่โดดเดี่ยวที่สามารถจ่ายให้กับวงแหวนได้เวลาที่มีหมู่ที่สองเข้ามาดึงอิเล็กตรอนออกจากวงแหวน สองปัจจัยนี้ขัดแย้งกัน แต่ด้วยการที่ผลของการดึงอิเล็กตรอนออกนั้นสูงกว่าผลของการจ่ายคู่อิเล็กตรอน จึงทำให้คลอโรเบนซีนมีความว่องไวในการแทนที่อะตอม H ด้วยหมู่อื่นนั้นต่ำกว่าเบนซีน ดังนั้นการทำปฏิกิริยา nitration ของคลอโรเบนซีนจึงต้องการอุณหภูมิการทำปฏิกิริยาที่เพิ่มขึ้นเมื่อเทียบกับกรณีของเบนซีน ส่วนการแทนที่ตำแหน่งที่สองเกิดจะที่ตำแหน่งใดเป็นหลักนั้นขึ้นอยู่กับว่าใช้อุณหภูมิเท่าใด ถ้าใช้อุณหภูมิไม่สูงมากเกินไปก็จะได้ผลิตภัณฑ์ที่เกิดจากการแทนที่ที่ตำแหน่ง ortho และ para เป็นหลัก แต่ถ้าใช้อุณหภูมิที่สูงขึ้นไปอีก สัดส่วนผลิตภัณฑ์ที่เกิดจากการแทนที่ที่ตำแหน่ง meta ก็จะเพิ่มมากขึ้น

รูปที่ ๒ การเปลี่ยนแปลงพลังงานของปฏิกิริยา nitration ของเบนซีนเทียบกับคลอโรเบนซีน (chlorobenzene)

รูปที่ ๓ เป็นการเปรียบเทียบระหว่างกรณีของเบนซีนและไนโตรเบนซีน อะตอม N ของหมู่ -NO2 นั้นไม่มีคู่อิเล็กตรอนเหลือที่จะจ่ายให้กับวงแหวน จึงเป็นหมู่ที่ดึงอิเล็กตรอนออกจากวงแหวนเพียงอย่างเดียว และดึงแรงด้วย จึงทำให้การแทนที่อะตอม H ตัวที่สองของไนโตรเบนซีนทำได้ยากขึ้นมาก โดยการแทนที่ครั้งที่สองที่ตำแหน่ง meta นั้นจะง่ายกว่าการแทนที่ที่ตำแหน่ง ortho หรือ para ดังนั้นถ้าต้องการผลิตภัณฑ์ที่เกิดจากการแทนที่ที่ตำแหน่ง meta เป็นหลักก็ต้องใช้อุณหภูมิการทำปฏิกิริยาที่ไม่สูงเกินไป เพราะถ้าสูงมากเกินไปก็จะได้ผลิตภัณฑ์ที่เกิดจากการแทนที่ที่นำแหน่ง ortho และ para มากขึ้น (หมายเหตุ : อะตอม N และ O มีค่า Electronegativity สูงกว่าอะตอม C จึงดึงอิเล็กตรอนออกจากวงแหวนได้ แต่ถ้าอะตอม N และ O นี้ยังมีอิเล็กตรอนคู่โดดเดี่ยวเหลืออยู่ (เช่น -OH, -NH2) มันก็สามารถจ่ายอิเล็กตรอนให้วงแหวนได้ และด้วยการที่ผลการจ่ายอิเล็กตรอนนั้นสูงกว่าการดึงอิเล็กตรอนออก จึงทำให้หมู่เหล่านี้เป็น ring acitvating group)

ตำราเคมีอินทรีย์มักจะกล่าวในทำนองว่าหมู่นั้นหมู่นี้เป็น ortho/para directing group หรือ meta directing group จึงทำให้ผู้เรียนหลงคิดได้ว่าถ้าหมู่แรกที่มาเกาะเป็นหมู่นี้ การแทนที่ครั้งที่สองจะเกิดที่ตำแหน่งเหล่านี้เท่านั้น ไม่สามารถเกิดที่ตำแหน่งอื่นได้ ทั้ง ๆ ที่ในความเป็นจริงนั้นมันยังเกิดได้อยู่ โดยมีอุณหภูมิเป็นตัวกำหนด

รูปที่ ๓ การเปลี่ยนแปลงพลังงานของปฏิกิริยา nitration ของเบนซีนเทียบกับไนโตรเบนซีน (nitrobenzene)

รูปที่ ๔ เป็นข้อมูลในตารางที่ 2 ที่แสดงไว้ในสิทธิบัตรประเทศสหรัฐอเมริกาเลขที่ 4,822,943 เรื่อง "Production of para-diisopropylbenzene" แม้ว่าหมู่ alkyl จะเป็น ring ativating group และ ortho/para directing group แต่ด้วยการที่หมู่ isopropyl เป็นหมู่ใหญ่ การที่หมู่ isopropyl หมู่ที่สองจะเข้าแทนที่อะตอม H ที่อยู่เคียงข้างหมู่ isopropyl หมู่แรก (ตำแหน่ง ortho) จึงเกิดได้ยาก (steric hindrance effect) การแทนที่ที่ตำแหน่ง ortho จึงเกิดน้อย

การผลิตในระดับอุตสาหกรรมนั้นต้องหาสมดุลระหว่างอัตราการเกิดปฏิกิริยาที่สูงพอ และค่าการเลือกเกิดผลิตภัณฑ์ที่ต้องการ (สัดส่วนผลิตภัณฑ์ที่ต้องการเมื่อเทียบกับสารตั้งต้นที่ทำปฏิกิริยาไปหรือ selectivity) การเพิ่มอัตราการเกิดปฏิกิริยาทำได้ด้วยการเพิ่มอุณหภูมิ นั่นหมายถึงกำลังการผลิตที่สูงขึ้น แต่ก็อาจต้องจ่ายด้วยผลิตภัณฑ์ข้างเคียง (ที่ไม่ต้องการ) ที่เกิดเพิ่มมากขึ้น ซึ่งหมายถึงค่าใช้จ่ายในการแยกสารต่าง ๆ ออกจากกันนั้นมากขึ้น

ข้อมูลในกรอบสีแดงแสดงให้เห็นว่าเมื่อเพิ่มอุณหภูมิการทำปฏิกิริยาจาก 150ºC ไปเป็น 200ºC นั้น สัดส่วนผลิตภัณฑ์ที่เกิดจากการแทนที่ที่ตำแหน่ง para และ meta นั้นเพิ่มขึ้น แต่เมื่อเพิ่มอุณหภูมิการทำปฏิกิริยาเป็น 250ºC และ 300ºC สัดส่วนผลิตภัณฑ์ที่เกิดจากการแทนที่ที่ตำแหน่ง para กลับลดลงมาก ในขณะที่สัดส่วนผลิตภัณฑ์ที่เกิดจากการแทนที่ที่ตำแหน่ง meta เพิ่มขึ้นมาก 

รูปที่ ๔ สัดส่วนการเกิดผลิตภัณฑ์ diisopropylbenzene เมื่ออุณหภูมิการทำปฏิกิริยาเปลี่ยนไป

คำอธิบายปรากฏการณ์นี้อยู่ในรูปที่ ๑ เพราะ intermediate ที่จะทำให้เกิดการแทนที่ที่ตำแหน่ง meta ได้นั้นมีพลังงานที่สูงกว่า intermediate ที่จะทำให้เกิดการแทนที่ที่ตำแหน่ง para ที่อุณหภูมิต่ำการเกิด intermediate ที่จะทำให้เกิดการแทนที่ที่ตำแหน่ง meta จึงเกิดได้น้อย แต่จะเกิดได้มากขึ้นเมื่ออุณหภูมิสูงขึ้น ส่วน intermediate ที่จะทำให้เกิดการแทนที่ที่ตำแหน่ง para ที่มีพลังงานในตัวต่ำนั้น จะอยู่ไม่ได้เมื่อพลังงานของสภาพแวดล้อมสูงขึ้น

รูปที่ ๕ นำมาจากตารางที่ 1 ของสิทธิบัตรประเทศสหรัฐอเมริกาเลขที่ 6,753,453 เรื่อง "Production of meta-diisopropylbenzene" โดยปฏิกิริยาที่ใช้คือ disproportionation ของ cumene (ย้ายหมู่ isopropyl จากโมเลกุล cumene โมเลกุลหนึ่ง ไปยังโมเลกุล cumene อีกโมเลกุลหนึ่ง ผลิตภัณฑ์ที่ได้คือ diisopropylbezene กับ benzene) ซึ่งจะเห็นว่าสัดส่วนผลิตภัณฑ์ที่ได้ขึ้นอยู่กับอุณหภูมิการทำปฏิกิริยา ข้อมูลในกรอบสีแดงแสดงให้เห็นว่าในช่วงอุณหภูมิ 140-180ºC เมื่อเพิ่มอุณหภูมิการทำปฏิกิริยาจะได้ผลิตภัณฑ์ที่เป็น para- (1,4-) และ meta- (1,3-) เพิ่มมากขึ้น แต่ในช่วงอุณหภูมิ 160-220ºC นั้น สัดส่วนผลิตภัณฑ์ที่เป็น para ไอโซเมอร์นั้นลดต่ำลง ในขณะที่ผลิตภัณฑ์ที่เป็น meta ไอโซเมอร์เพิ่มขึ้นมาก

รูปที่ ๕ สัดส่วนการเกิดผลิตภัณฑ์ diisopropylbenzene เมื่ออุณหภูมิการทำปฏิกิริยาเปลี่ยนไป

ตำราเคมีอินทรีย์นั้นมักจะเขียนโดยมองจากมุมมองที่สภาพแวดล้อมมีระดับพลังงานต่ำ แต่มักไม่กล่าวว่าข้อสรุปต่าง ๆ นั้นเป็นข้อสรุปที่ได้มาจากสภาพแวดล้อมที่มีพลังงานต่ำ พอพลังงานของสภาพแวดล้อมเพิ่มสูงขึ้น สิ่งที่เกิดขึ้นจริงมันก็เลยแตกต่างไปจากสิ่งที่เขียนไว้ในตำราได้ ดังนั้นการเข้าใจหลักการจึงเป็นเรื่องสำคัญ

วันพฤหัสบดีที่ 23 กันยายน พ.ศ. 2564

แนวทางหัวข้อการทำวิทยานิพนธ์นิสิตรหัส ๖๓ (ตอนที่ ๓) MO Memoir : Thursday 23 September 2564

เอกสารฉบับนี้แจกจ่ายเป็นการภายใน ไม่นำเนื้อหาลง blog

เนื้อหาฉบับนี้เกี่ยวกับการประชุมเมื่อคืนวันพุธ ๒๒ กันยายนที่ผ่านมา


 

วันเสาร์ที่ 18 กันยายน พ.ศ. 2564

เมื่อหมู่คาร์บอนิล (carbonyl) ทำปฏิกิริยากันเอง MO Memoir : Saturday 18 September 2564

โมเลกุลที่มีหมู่ฟังก์ชันที่มีคุณสมบัติสามารถทำปฏิกิริยากันเองได้อยู่ในโมเลกุลเดียวกัน อาจทำให้โมเลกุลนั้นสามารถทำปฏิกิริยากันเองภายในโมเลกุลหรือระหว่างโมเลกุลได้ ตัวอย่างคู่ของหมู่ฟังก์ชันที่มีคุณสมบัติสามารถทำปฏิกิริยากันเองได้แก่ carboxyl-hydroxyl, carboxyl-amine, ตำแหน่งที่มีความเป็นขั้วบวก-ตำแหน่งที่มีอิเล็กตรอนหนาแน่น

ตัวอย่างสารที่มีหมู่ฟังก์ชันที่มีคุณสมบัติสามารถทำปฏิกิริยากันเองได้อยู่ในโมเลกุลเดียวกัน จนเกิดการทำปฏิกิริยากันเองระหว่างหมู่ฟังก์ชันนั้นที่อยู่คนละตำแหน่งบนโมเลกุลเดียวกัน ได้แก่น้ำตาลโมเลกุลเดี่ยว C6 ต่าง ๆ เช่น glucose, fructoseที่อะตอม C ของหมู่ carbonyl สามารถดึงเอาอิเล็กตรอนคู่โดดเดี่ยวของหมู่ -OH ที่อยู่ที่ปลายอีกข้างของสายโซ่ มาสร้างพันธะจนเกิดการปิดโครงสร้างเป็นวงได้

ในกรณีของหมู่คาร์บอนิล (carbonyl C=O) อะตอม C จะมีความเป็นขั้วบวกในขณะที่อะตอม O จะมีอิเล็กตรอนคู่โดยเดี่ยว ดังนั้นอะตอม O จึงสามารถทำปฏิกิริยากับสารที่มองหาอิเล็กตรอน (electrophile เช่น H+) ส่วนอะตอม C นั้นสามารถทำปฏิกิริยากับสารที่มองหาประจุบวก (nucleophile เช่นพวกที่มีอิเล็กตรอนคู่โดดเดี่ยว) ความเป็นขั้วบวกของอะตอม C ของหมู่คาร์บอนิลนั้นขึ้นอยู่กับว่า

(ก) หมู่ข้างเคียงอีก ๒ หมู่นั้นเป็นหมู่จ่ายอิเล็กตรอนหรือไม่ เพราะถ้าเป็นหมู่จ่ายอิเล็กตรอนก็จะทำให้ความแรงของขั้วบวกนั้นลดลง แต่ถึงแม้ว่าหมู่ข้างเคียงนั้นเป็นหมู่ดึงอิเล็กตรอน ความเป็นขั้วบวกของอะตอม C ก็ไม่ได้เพิ่มขึ้น เพราะทิศทางการดึงอิเล็กตรอนจะมีการหักล้างกับอะตอม O (ดูเพิ่มเติมได้ในเรื่อง "ความเป็นขั้วบวกของอะตอม C และการทำปฏิกิริยาของอีพิคลอโรไฮดริน (epichlorohydrin)" วันพุธที่ ๒๖ กรกฎาคม ๒๕๖๐)

(ข) อะตอม O มีการรับเอาประจุบวก (เช่น H+) เข้ามาหรือไม่ ถ้ามีการรับเอาประจุบวกเข้ามาก็จะทำให้ความแรงของขั้วบวกนั้นเพิ่มขึ้น เพราะไปเพิ่มความสามารถในการดึงอิเล็กตรอนของอะตอม O จากอะตอม C ให้มากขึ้น

ด้วยการที่อะตอม C ของ formaldehyde (HC(O)H) ถูกอะตอม O ดึงอิเล็กตรอนฝ่ายเดียว และอะตอม H ก็ไม่มีอิเล็กตรอนจ่ายมาช่วย จึงทำให้ความเป็นขั้วบอกของอะตอม C นั้นมีความแรงมากพอที่จะดึงอิเล็กตรอนคู่โดดเดี่ยวของอะตอม O ของของโมเลกุล formaldedhye อีกโมเลกุลหนึ่งมาสร้างพันธะได้ และในสภาวะที่เหมาะสม (เช่นด้วยการระเหยน้ำออกจากสารลาย formalin) โมเลกุล formaldehyde ก็จะเกิดการต่อกันเป็นสารโซ่โมเลกุลขนาดใหญ่ขึ้น (รูปที่ ๑) กลายเป็นสารประกอบที่มีชื่อว่า paraformaldehyde


รูปที่ ๑ ปฏิกิริยาการเกิด paraformaldehyde จาก formaldehyde และ paraldehye จาก acetaldehyde

หมู่ -CH3 ของ acetaldehyde สามารถจ่ายอิเล็กตรอนให้กับอะตอม C ของหมู่ carbonyl ได้ ทำให้ความเป็นขั้วบวกของอะตอม C ของหมู่ carbonyl นั้นไม่แรงเหมือนของ formaldehyde ดังนั้นถ้าจะให้อะตอม C ของหมู่ carbonyl ของ acetaldehyde สามารถดึงอิเล็กตรอนคู่โดดเดี่ยวของอะตอม O ของหมู่ carbonyl ของอีกโมเลกุลหนึ่งมาสร้างพันธะก็จำเป็นต้องมีตัวช่วย ซึ่งได้แก่โปรตอน (H+) ของกรดแก่ (เช่น H2SO4, HNO3) โดยถ้ามีกรดแก่ปริมาณ "น้อย ๆ" (ในเว็บ https://www.britannica.com/science/paraldehyde ใช้คำว่า trace amount) H+ จากกรดแก่จะเข้าไปเกาะที่อะตอม O ของหมู่ carbonyl ซึ่งเป็นการไปเพิ่มความสามารถในการดึงอิเล็กตรอนออกจากอะตอม C ของอะตอม O จึงทำให้เกิดการเชื่อมต่อโมเลกุลเข้าด้วยกันได้ แต่ในกรณีของ acetaldehyde ผลิตภัณฑ์ที่ได้จะเกิดจากการที่โมเลกุล acetaldehyde 3 โมเลกุลต่อเข้าด้วยกันกลายเป็นโครงสร้างที่เป็นวงที่มีชื่อว่า paraldehyde (รูปที่ ๑) โมเลกุลรูปวงแหวนนี้มีไอโซเมอร์แบบ cis- และ trans- (อ่านรายละเอียดเพิ่มเติมได้ที่ https://en.wikipedia.org/wiki/Paraldehyde)

นอกจากการใช้กรดแก่แล้วก็ยังสามารถใช้ anion exchange resin (เรซินที่สามารถแลกเปลี่ยนไอออนลบ โดยที่ผิวเรซินจะเป็นประจุบวก) เป็นตัวเร่งปฏิกิริยาได้ (ดูตัวอย่างได้ในสิทธิบัตรประเทศสหรัฐอเมริกา US2779767A เรื่อง "Process for production of paraldehyde")

โมเลกุลของ aldehyde และ ketone นั้นสามารถเกิดไอโซเมอร์แบบที่เรียกว่า tautomer ได้ ไอโซเมอร์แบบ tautomer นี้คือการที่โครงสร้างโมเลกุลมีการเปลี่ยนกลับไป-มา ซึ่งในกรณีของ aldehyde และ ketone จะเกี่ยวข้องกับการย้ายตำแหน่งอะตอม H จากอะตอม C ที่เกาะอยู่กับอะตอม C ของหมู่ carbonyl (คือตัวที่เรียกว่า alpha-carbon) ทำให้โครงสร้างมีการเปลี่ยนกลับไปมาระหว่าง keto กับ enol form (โครงสร้าง enol คือโครงสร้างที่หมู่ -OH เกาะอยู่บนอะตอม C ที่มีพันธะ C=C)

H+ ที่เข้าไปเกาะที่อะตอม O ของหมู่ carbonyl -ของ acetaldehyde ทำให้ acetaldehyde กลายเป็น protonated aldehyde ที่อะตอม C ของหมู่ carbonyl จะมีความเป็นขั้วบวกที่แรงมากขึ้น ในขณะเดียวกันถ้าหากมีสารที่สามารถรับโปรตอนได้ร่วมอยู่ด้วย หมู่ -CH3 ของก็จะจ่ายโปรตอนออก ทำให้เกิดเป็นสารประกอบ enol ได้ง่ายขึ้น (ดูเรื่อง "ความเป็นกรดของอัลฟาไฮโดรเจนอะตอม (alpha-Hydrogen atoms)" วันอาทิตย์ที่ ๒๔ กันยายน ๒๕๖๐ ประกอบ) และถ้าอะตอม C ของ protonated aldehyde พบกับพันธะ C=C ของโมเลกุล enol ก็จะเกิดการต่อโมเลกุลเข้าด้วยกันตามปฏิกิริยาที่รู้จักกันในชื่อ aldol condensation (รูปที่ ๒)

รูปที่ ๒ กรดก็สามารถทำให้อัลดีไฮด์เกิดปฏิกิริยา aldol condensation ได้เช่นกัน

ตัวอย่างนี้แสดงให้เห็นว่า สารตั้งต้นตัวเดียวกัน ตัวเร่งปฏิกิริยาชนิดเดียวกัน แต่ปริมาณตัวเร่งปฏิกิริยาที่แตกต่างกัน ก็สามารถทำให้เกิดผลิตภัณฑ์ที่แตกต่างกันได้

วันพฤหัสบดีที่ 16 กันยายน พ.ศ. 2564

แนวทางหัวข้อการทำวิทยานิพนธ์นิสิตรหัส ๖๓ (ตอนที่ ๒) MO Memoir : Thursday 16 September 2564

เอกสารฉบับนี้แจกจ่ายเป็นการภายใน ไม่นำเนื้อหาลง blog

เนื้อหาฉบับนี้เกี่ยวกับการประชุมเมื่อคืนวันพุธที่ผ่านมา

 


วันพุธที่ 15 กันยายน พ.ศ. 2564

อุบัติเหตุ เมื่อมองต่างมุม (๒) MO Memoir : Wednesday 15 September 2564

ในยุคสมัยที่เน้นกันที่ "ความเร็ว" ในการสรุปเหตุการณ์ มากกว่า "ความถูกต้อง" และ "ครบถ้วนทุกมิติ" ทำให้บ่อยครั้งที่ความเสียหายที่เกิดจากความผิดพลาดในการสรุปนั้นแก้ไขได้ยากขึ้น หรือไม่ก็ทิ้งบาดแผลที่ยากจะเยียวยาให้กับผู้เสียหายที่เกิดจากข้อสรุปที่รวดเร็วแต่ผิดพลาด

สถานการณ์ที่ ๔ : ชาวบ้านกับเด็กเลี้ยงแกะ

ณ หมู่บ้านแห่งหนึ่ง ชาวบ้านได้จ้างเด็กคนหนึ่งมาดูแลฝูงแกะที่เลี้ยงไว้ในทุ่ง วันหนึ่งเด็กเลี้ยงแกะก็วิ่งเข้ามาในหมู่บ้านพร้อมกับตะโกนว่า "หมาป่า หมาป่า หมาป่ากำลังมากินแกะ ช่วยออกไปไล่หมาป่าด้วย" แต่ปรากฏว่าไม่มีชาวบ้านคนใดเชื่อเด็กเลี้ยงแกะเลย ทั้ง ๆ ที่หมาป่าเข้ามากินแกะจริง ทำให้แกะตายไปหลายตัว

จากเรื่องข้างบน ท่านผู้อ่านคิดว่าการที่ไม่มีใครออกไปช่วยไล่หมาป่า เป็นความผิดใคร

รูปที่ ๕ นิทานอีสปเรื่องเด็กเลี้ยงแกะ

ทีนี้มาลองดูเรื่องราวทำนองเดียวกันที่เป็นนิทานอีสปดูบ้าง (รูปที่ ๕) ณ หมู่บ้านแห่งหนึ่ง ชาวบ้านได้จ้างเด็กคนหนึ่งมาดูแลฝูงแกะที่เลี้ยงไว้ในทุ่ง วันหนึ่งเด็กเลี้ยงแกะก็วิ่งเข้ามาในหมู่บ้านพร้อมกับตะโกนว่า "หมาป่า หมาป่า หมาป่ากำลังมากินแกะ ช่วยออกไปไล่หมาป่าด้วย" ชาวบ้านต่างก็รีบออกไปช่วยไล่หมาป่า แต่ปรากฏว่าไม่มีหมาป่ามาจริง

วันถัดมา เด็กเลี้ยงแกะก็วิ่งเข้ามาในหมู่บ้านพร้อมกับตะโกนว่า "หมาป่า หมาป่า หมาป่ากำลังมากินแกะ ช่วยออกไปไล่หมาป่าด้วย" ชาวบ้านต่างก็รีบออกไปช่วยไล่หมาป่า แต่ปรากฏว่าไม่มีหมาป่ามาจริงเหมือนวันก่อนหน้า

พอวันที่สาม ทีนี้หมาป่าเข้ามาจริง เด็กเลี้ยงแกะตกใจ รีบวิ่งเข้ามาในหมู่บ้านพร้อมกับตะโกนว่า "หมาป่า หมาป่า หมาป่ากำลังมากินแกะ ช่วยออกไปไล่หมาป่าด้วย" แต่คราวนี้ไม่มีชาวบ้านคนไหนออกไปช่วยไล่หมาป่า ทำให้ชาวบ้านต้องเสียแกะไปหลายตัว

ตามนิทานเรื่องนี้ ท่านผู้อ่านคิดว่าการที่ไม่มีใครออกไปช่วยไล่หมาป่า เป็นความผิดใคร

รูปที่ ๖ กรณีของน้ำมันล้น tank ทั้ง ๆ ที่มี alarm เตือน แต่โอเปอร์เรเตอร์ไม่เชื่อ alarm

ทีนี้เปลี่ยนมาเป็นเหตุการณ์ที่เกิดขึ้นที่โรงกลั่นน้ำมันแห่งหนึ่งเมื่อเกือบ ๒๒ ปีที่แล้ว ในระหว่างการส่งน้ำมันจากโรงกลั่นไปยัง tank A นั้น วาล์วที่ควรปิดการไหลไปยัง tank B กลับเปิดอยู่ ทำให้น้ำมันบางส่วนไหลเข้าไปยัง tank B (ที่ไม่ได้อยู่ในแผนการทำงาน) พอน้ำมันใกล้ล้น tank B สัญญาณ high level alarm ของ tank B ก็ดังขึ้น แต่โอเปอร์เรเตอร์ไม่เชื่อว่าสัญญาณเตือนดังกล่าวเป็นของจริง ทำให้น้ำมันไหลล้นถังลงสู่ระบบระบายน้ำ ก่อนเกิดการจุดระเบิด

จากเรื่องข้างบน ท่านผู้อ่านคิดว่าการที่โอเปอร์เรเตอร์ไม่เชื่อสัญญาณเตือน เป็นความผิดของใคร

ทีนี้ถ้าเรามองเหตุการณ์ย้อนไปก่อนหน้านั้น ในช่วงเวลานั้น fault alarm เกิดขึ้นจนเป็นเรื่องปรกติ จนทำให้โอเปอร์เรเตอร์ชินว่าสัญญาณเตือนนั้นมักจะไม่เป็นของจริง (คิดว่าเหมือนกับการที่ชาวบ้านโดนเด็กเลี้ยงแกะหลอกเอาหลายครั้งหรือไม่) พอครั้งสุดท้ายแม้ว่าสัญญาณเตือนนั้นจะเป็นของจริง แต่ไปดังจากหน่วยที่ตามแผนแล้วจะไม่มีการทำงาน ดังนั้นถ้าพิจารณาว่า โอเปอร์เรเตอร์ชินกับสัญญาณเตือนที่มักจะไม่เป็นของจริง กับการที่สัญญาณนั้นมาจากหน่วยที่ไม่มีการทำงาน การที่โอเปอร์เรเตอร์ตอบสนองด้วยการทำเพียงแค่ปิดสัญญาณ เป็นการกระทำที่สมเหตุสมผลหรือไม่

สองเรื่องราวนี้ เรื่องหนึ่งเป็นนิทาน ส่วนอีกเรื่องหนึ่งเป็นเหตุการณ์จริง เราจะสามารถเปรียบเด็กเลี้ยงแกะเป็นalarm และชาวบ้านเป็นโอเปอร์เรเตอร์ ได้หรือไม่

และถ้าทำได้ ข้อสรุปของสองเรื่องนี้ควรเป็นแบบเดียวกันหรือไม่

สถานการณ์ที่ ๕ : แทนที่ด้วยสิ่งที่ทัดเทียมกัน ทำได้เสมอไปหรือไม่

ท่อน้ำต้องสามารถรับความดันภายในท่อได้ ในขณะที่ท่อร้อยสายไฟไม่จำเป็นต้องรับความดัน ในกรณีของท่อโลหะนั้น ท่อน้ำจะมีผนังหนากว่า ในขณะที่ท่อร้อยสายไฟ (conduit) นั้นจะต้องมีผิวด้านในที่เรียบกว่า (เพื่อที่ว่าจะได้ไม่มีส่วนที่มีคมที่สามารถบาดฉนวนสายไฟตอนลากสายไฟผ่านท่อ)

แล้วถ้าเป็นท่อพลาสติก (เช่นท่อ PVC หรือท่อ PE) ที่จะว่าไปแล้วก็ทำจากวัสดุตัวเดียวกัน (แต่ความหนาของท่อน้ำที่รับความดันสูงอาจจะหนากว่า) เราสามารถเอาท่อน้ำมาใช้เป็นท่อร้อยสายไฟได้หรือไม่

รูปที่ ๗ ท่อร้อยสายไฟบริเวณข้างร้านกาแฟแห่งหนึ่ง

บางทีการแทนที่ด้วยสิ่งที่ทัดเทียมกัน (หรืออาจจะมีคุณสมบัติที่เหนือกว่าในบางด้าน ที่อาจไม่จำเป็นสำหรับงานที่นำมาใช้แทนที่ด้วยซ้ำไป เช่นเอาท่อรับความดันสูงมาเป็นท่อร้อยสายไฟ) มันไม่ก่อปัญหาในการก่อสร้างหรือในการใช้งาน แต่ปัญหาจะไปปรากฏให้เห็นตอน "ซ่อมบำรุง" อย่างเช่นกรณีของท่อที่ใช้ร้อยสายไฟในรูปที่ ๗ ท่อที่ถูกต้องนั้นต้องมีแถบสีแดง (เรียกว่าท่อคาดแดง) เพื่อบ่งบอกว่าสิ่งที่อยู่ข้างในคือสายไฟ แต่งานนี้มีการเอาท่อคาดฟ้าที่บอกว่าท่อนี้เป็นท่อน้ำมาใช้ร้อยสายไฟแทน แถมท่อคาดฟ้าที่เอามาใช้เป็นท่อร้อยสายไฟนี้ยังถูกฝังอยู่ใต้ผิวถนนคอนกรีต

คนก่อสร้างกับคนซ่อมบำรุงเป็นคนละกลุ่มกัน สิ่งที่น่าสนใจก็คือถ้าหากมีการขุดถนนแล้วคนงานเจอท่อคาดฟ้าท่อนี้นี้เข้า คุณคิดว่าเขาจะคิดว่าท่อนี้เป็นท่อสำหรับอะไร

สถานการณ์ที่ ๖ : ตั้งสติแล้วค่อยพิจารณา

ในเหตุการณ์ท่อแก๊สธรรมชาติใต้ดินเกิดระเบิดและไฟลุกไหม้เมื่อเดือนตุลาคม ๒๕๖๓ นั้น บริเวณที่เกิดเหตุมีรถขุดดิน (รถแบ็คโฮ) จอดอยู่ ๑ คัน และมีสายไฟฟ้าแรงสูง (น่าจะเป็นสาย 230 kV) ขาดอยู่ ๑ เส้น ข้อสรุปแรก ๆ ที่ออกมาก็คือรถขุดดินคงจะขุดดินไปโดนท่อ ทำให้ท่อแตก แก๊สเลยรั่วออกมา และอีกข้อหนึ่งที่ได้ยินคือ สายไฟแรงสูงคงจะขาด ตกลงพื้น ทำให้เกิดการจุดระเบิดแก๊สที่มีการรั่วไหลออกจากท่อ ทำให้ท่อระเบิด

แต่ภาพจากคลิปวิดิทัศน์หน้ารถคันหนึ่ง บอกเล่าเรื่องราวที่แตกต่างออกไปอย่างสิ้นเชิง

รูปที่ ๘ รูปนี้มีคนส่งมาให้ บอกว่าเป็นส่วนปลายท่อแก๊สที่โผล่พ้นดินและมีแก๊สที่ทำให้เกิดไฟไหม้พุ่งออกมา

คลิปวิดิทัศน์หน้ารถแสดงให้เห็นว่ามีแก๊สปริมาณมากรั่วออกมาจากใต้ดินก่อนเกิดการจุดระเบิด และการตรวจสอบที่เกิดเหตุก็พบว่ารถแบ็คโฮคันนั้น ตอนที่มีแก๊สรั่ว มันจอดอยู่แถวนั้นเฉย ๆ ไม่ได้มีการทำงานอะไรแถวนั้น แต่ที่น่าสนใจคือรูปหนึ่งที่มีผู้ส่งมาให้และบอกว่าคือรูปปลายท่อที่ขาด และมีแก๊สพุ่งออกมาและลุกติดไฟ (รูปที่ ๘) ซึ่งผมเห็นว่ารูปนี้มันแปลกดี เพราะท่อมันขาดแนวขวาง ไม่ยักขาดตามแนวยาว ซึ่งภาพข่าวที่ปรากฏภายหลัง (รูปที่ ๙) มันก็ยืนยันข้อมูลนี้

รูปที่ ๙ รูปนี้เป็นอีกมุมของรูปที่ ๘ ยังเห็นไฟติดที่ปลายท่ออยู่ (ภาพจาก https://siamrath.co.th/n/191779)

เหตุการณ์นี้เคยเล่าไว้ใน Memoir เรื่อง "การระเบิดของท่อส่งแก๊สธรรมชาติ ณ ตำบลเปร็ง สมุทรปราการ" เมื่อวันเสาร์ที่ ๒๔ ตุลาคม ๒๕๖๓ และเรื่อง "เมื่อท่อส่งแก๊สธรรมชาติระเบิดจาก Stress Corrosion Cracking" เมื่อวันอาทิตย์ที่ ๑๕ พฤศจิกายน ๒๕๖๓ สิ่งที่เป็นประเด็นที่น่าสนใจก็คือ ถ้าหากปลายท่อในรูปที่ ๘ และ ๙ นั้นเป็นจุดที่ท่อเกิดฉีกขาดจริง (ตามที่เขาว่ามา และภาพข่าวภายหลังก็แสดงให้เห็นว่ายังมีแก๊สรั่วออกมาและมีไฟลุกไหม้) ทำไมท่อมันจึงฉีกขาดแนวขวาง ไม่ฉีกขาดตามแนวยาว และทำไมแนวฉีกขาดมันดูสวยจัง (คือแทบจะตั้งฉากกับความยาวท่อ)

 

รูปที่ ๑๐ รูปแบบการฉีกขาดเนื่องจากท่อรับความดันสูงเกิน ที่จะฉีกขาดตามแนวยาว

เวลาที่วัตถุฉีกขาด จะฉีกขาดในทิศทางที่ความเค้นในเนื้อโลหะสูงสุด วัตถุทรงกระบอกที่มีผนังบาง (ความหนาพนังเมื่อเทียบกับขนาดเส้นผ่านศูนย์กลางของทรงกระบอก) เช่นท่อนั้น ในกรณีที่ท่อนั้นรับแรงเนื่องจากความดันภายในท่อเพียงอย่างเดียว ความเค้นตามแนวเส้นรอบวงที่ทำให้ท่อพองตัว (circumferential stress) จะมีค่าเป็นสองเท่าของความเค้นที่ทำให้ท่อยืดตัว (longitudinal stress) ดังนั้นถ้าท่อรับความดันมากเกินไป ท่อก็จะฉีกขาดตามแนวยาว (รูปที่ ๑๐) และถ้าเป็นท่อมีตะเข็บ (คือผลิตด้วยการนำเอาแผ่นเหล็กมาม้วนและเชื่อม รอยเชื่อมก็คือตะเข็บ) การฉีกขาดก็มักจะเกิดบริเวณตะเข็บหรือรอยเชื่อมโลหะนี้

แต่ท่อก็สามารถฉีกขาดตามแนวขวางได้เช่นกัน เช่นในกรณีที่ท่อนั้นต้องรับความเค้นตามแนวความยาว และเมื่อรวมเข้ากับความเค้นเนื่องจากความดันแล้วทำให้ความเค้นรวมตามแนวยาวสูงกว่าความเค้นตามแนวเส้นรอบวง อีกกรณีหนึ่งที่เป็นไปได้คือ การที่เนื้อโลหะบางตำแหน่งของท่อ (เช่นแนวรอยเชื่อมต่อท่อที่อยู่ตามแนวเส้นรอบวง) มีความแข็งแรงลดต่ำลง (เช่นโครงสร้างทางเคมีเปลี่ยน หรือมีรอยแตกร้าวที่ทำให้ความหนาผนังท่อบริเวณรอยแตกร้าวนั้นลดลง)

กรณีของเหตุการณ์นี้ดูท่าว่าการเปิดเผยข้อสรุปน่าจะมีปัญหา เพราะจนป่านนี้แล้วก็ยังไม่เห็นมีการเปิดเผยออกสู่สาธารณะว่าสาเหตุที่แท้จริงนั้นคืออะไร ทั้ง ๆ ที่เหตุการณ์นี้มีผู้เสียชีวิตที่เป็นชาวบ้านแถวนั้นหลายคน และยังมีชาวบ้านอีกมากมายที่พักอาศัยอยู่ตามแนวถนนที่มีการวางท่อผ่านหน้าบ้านเขา

สถานการณ์ที่ ๗ : ผู้มีส่วนได้ส่วนเสียมีใครบ้าง

เดือนกรกฎาคม ๒๕๖๔ ที่ผ่านมา เกิดเหตุระเบิดและเพลิงไหม้ตามมาที่โรงงานผลิต expandable polystyrene แถวกิ่งแก้ว ลาดกระบัง และเป็นเรื่องปรกติที่พอเกิดเหตุการณ์ที่ส่งผลกระทบต่อชุมชนข้างเคียง ก็มักจะมีการถามผู้มีส่วนได้ส่วนเสียว่าควรจะทำอย่างไรต่อไปกับโรงงานที่เกิดอุบัติเหตุ

รูปที่ ๑๐ แผนที่จาก google earth แสดงบริเวณรอบ ๆ โรงงานที่เกิดการระเบิด

ตอนที่สร้างโรงงานนั้น บริเวณนั้นจะเรียกว่าเป็นย่านนิคมอุตสาหกรรมย่อย ๆ ก็ได้ มีหลายโรงงานตั้งอยู่ติด ๆ กัน (ดูเหมือนว่าโรงงานที่เกิดเหตุจะเป็นผู้ส่งผลิตภัณฑ์ที่ผลิตขึ้นนั้นให้กับโรงงานอื่นที่อยู่ข้างเคียงด้วย) ส่วนในปัจจุบันก็คงเป็นตามรูปที่ ๑๐ ที่เอามาจาก google earth ที่จะเห็นว่ามีบ้านพักอาศัยอยู่ในบริเวณรอบข้างเต็มไปหมด

เมื่อมีการตั้งโรงงาน ก็ต้องมีคนมาทำงาน คนทำงานที่บ้านอยู่ไกลก็มักจะอยากเข้ามาอยู่ใกล้ ๆ เพื่อที่จะได้ประหยัดเวลาเดินทาง ก็เลยเป็นที่มาของหอพักและหมู่บ้านจัดสรร พอมีชุมชน ก็ต้องมีสิ่งอำนวยความสะดวกให้กับคนในชุมชน ไม่ว่าจะเป็นร้านสะดวกซื้อ ร้านขายของชำ ร้ายขายของจิปาถะ ร้านอาหาร ร้านเสริมสวย บริการการเดินทาง ฯลฯ ที่ได้รายได้จากคนที่พักอาศัยในชุมชนที่เกิดขึ้นใหม่ ที่มีรายได้มาจากการทำงานในโรงงานนั้นอีกที คนกลุ่มนี้อาจเรียกได้ว่าเป็นผู้ที่มีส่วนได้จากการที่โรงงานนั้นตั้งอยู่ แต่ก็คงปฏิเสธไม่ได้ว่าก็มีคนส่วนหนึ่งเหมือนกัน ที่ไม่ได้มีส่วนได้โดยตรงกับโรงงานที่ตั้งอยู่

แน่นอนว่าการปิดโรงงานหรือย้ายโรงงานออกไป ย่อมส่งผลกระทบโดยตรงต่อผู้ที่มีส่วนได้จากการมีโรงงานตั้งอยู่ ถ้าโรงงานย้ายออกไปไกล คนที่ทำงานเดิมอาจไม่สามารถตามไปทำงานที่ใหม่ได้ ซึ่งจะส่งผลกระทบต่อผู้ที่มีรายได้จากคนที่ทำงานในโรงงาน และการให้ย้ายโรงงานไปตั้งยังสถานที่ใหม่ที่แม้ว่าจะห่างไกลชุมชน ก็ไม่ได้รับประกันว่าในอนาคตจะเกิดเหตุการณ์ซ้ำเดิมอีก คือมีการตั้งชุมชนบริเวณรอบโรงงานเพื่ออำนวยความสะดวกให้กับคนที่ทำงานในโรงงานนั้น

ทุกคนในชุมชนที่อยู่รอบโรงงาน ต่างเป็นผู้มีส่วนเสียเวลาที่โรงงานนั้นเกิดอุบัติเหตุและส่งผลกระทบต่อบริเวณรอบข้าง แต่ไม่ใช่ทุกคนที่อยู่รอบโรงงาน จะเป็นผู้มีส่วนได้ถ้าหากต้องมีการปิดโรงงานหรือย้ายโรงงานออกไป คนกลุ่มหนึ่งจะกลายเป็นผู้มีส่วนเสียถ้าโรงงานต้องปิดกิจการหรือต้องย้ายที่ทำการ การหาทางอยู่ร่วมกันโดยยอมรับความเสี่ยงในระดับที่ยอมรับได้น่าจะเป็นทางออกหนึ่งที่เป็นไปได้

เนื้อหาทั้งหมดที่บรรยายให้กับนิสิตป.เอก ในช่วงวิชาสัมมนาก็มีเพียงแค่นี้

วันอาทิตย์ที่ 12 กันยายน พ.ศ. 2564

อุบัติเหตุ เมื่อมองต่างมุม (๑) MO Memoir : Sunday 12 September 2564

เมื่อช่วงสัปดาห์ที่ผ่านมา ได้รับมอบหมายให้บรรยายเรื่องเกี่ยวกับอุบัติเหตุให้กับนิสิตปริญญาเอกของภาควิชาฟังในวิชาสัมมนา เนื่องจากได้รับหัวข้อมากว้าง ๆ ก็เลยเอาเนื้อหาที่เคยเตรียมไว้ตอนลองทำไลฟ์สดออนไลน์ไปเมื่อเดือนกรกฎาคมมาปรับแต่งใหม่ และด้วยคิดว่ามันอาจจะมีประโยชน์สำหรับบางคน ก็เลยขอนำมาเขียนและเผยแพร่ไว้ในที่นี้

รูปที่ ๑ สไลด์เปิดการบรรยาย

รูปที่ ๑ เป็นสไดล์ที่ใช้เริ่มการบรรยายที่ยกเอา Murphy's Law มาเป็นตัวเปิด ที่มาของกฎนี้มาได้ยังไงนั้นก็ยังมีการถกเถียงกันอยู่ บางคนอาจมองว่ามันเป็นกฎที่ไร้สาระ แต่สำหรับคนที่เคยมีประสบการณ์ว่า ที่คิดว่างานที่ตัวเองได้ทำไว้นั้นได้ทำไว้อย่างรอบคอบที่สุดแล้ว แต่ในที่สุดสิ่งที่อยุ่นอกเหนือการคาดการณ์ก็ได้เกิดขึ้น ก็จะเข้าใจความหมายนี้ดี

หัวข้อที่คิดว่าจะพูดนั้น ตอนแรกก็คิดว่าจะแยกเนื้อหาเป็นส่วน ๆ ไม่เกี่ยวข้องกันได้หรือไม่ แต่เอาเข้าจริงก็พบว่ามันก็ยากอยู่เหมือนกัน เพราะมันมีความเกี่ยวพันกันอยู่ ไม่ว่าจะเป็นเรื่องการป้องกันอุบัติเหตุ (accident prevention) ที่ในความเป็นจริงแล้วอาจเป็นเพียงแค่การเปลี่ยนรูป (accident transformation) ที่ป้องกันไม่ให้อุบัติเหตุรูปแบบหนึ่งเกิด แต่นำไปสู่การเกิดอุบัติเหตุรูปแบบอื่นแทน การสอบสวนอุบัติเหตุ (accident investigation) ที่เรายอมให้สิ่งที่มีการเผยแพร่กันทางสื่อออนไลน์ที่คนเขา "ว่ากันมา" (ซึ่งอาจเป็นสิ่งที่ไม่มีหลักฐานใด ๆ รองรับเลย) นั้นส่งผลต่อความคิดของเราหรือไม่ และทำไมอุบัติเหตุบางอย่างที่เคยเกิดขึ้น เราจึงไม่คิดป้องกัน กลับยอมรับที่จะอยู่ร่วมกับมัน

ในการป้องกันอุบัติเหตุนั้น สิ่งที่เราอาจได้ทำลงไปคือ

๑. ป้องกันอุบัติเหตุที่เราเห็นว่ามีความเป็นไปได้ที่จะเกิดนั้น ไม่ให้เกิดขึ้นจริง แต่ประเด็นคำถามก็คือเราสามารถมองเห็นอุบัติเหตุที่มีความเป็นไปได้ทั้งหมดหรือไม่

๒. ป้องกันอุบัติเหตุที่เคยเกิดขึ้นแล้วไม่ให้เกิดขึ้นซ้ำอีก แต่ประเด็นคำถามก็คือ เราจะรู้ได้อย่างไรว่ามาตรการที่ออกมาป้องกันนั้นจะไม่มีปัญหาในทางปฏิบัติ (ที่อาจปรากฏให้เห็นในระยะยาว) หรือไม่นำไปสู่การเกิดอุบัติเหตุรูปแบบอื่น

เพื่อที่จะมองเห็นสิ่งที่ต้องการชี้ให้เห็นในสองหัวข้อข้างต้น เราลองมาพิจารณาสถานการณ์ต่อไปนี้กันดีกว่า

สถานการณ์ที่ ๑ : การออกแบบที่ "ดีขึ้น" สามารถลดความเสี่ยงโดยไม่ทำให้เกิดอุบัติเหตุรูปแบบใหม่ได้หรือไม่

ในสถานการณ์นี้จะขอยกตัวอย่างการออกแบบถนน (ดูรูปที่ ๒ ประกอบ) สมมุติว่าถนนจากจุด A ไป B นั้นเต็มไปด้วยทางโค้งมากมาย อุบัติเหตุที่เกิดได้ก็คือรถวิ่งแหกโค้ง หรือแซงทางโค้งโดยมองไม่เห็นรถที่วิ่งสวนมา แล้วเกิดการชนกัน ดังนั้นถ้าการตัดถนนนั้นพยายามที่จะให้ถนนมีแนวตรงมากที่สุด อุบัติเหตุ (ทั้งจำนวนและความรุนแรง) จะลดลงหรือไม่

แน่นอนว่าถนนที่ตรงลดอุบัติเหตุที่เกิดจากรถวิ่งรแหกโค้ง เพราะมันไม่มีโค้งให้รถวิ่งแหก แต่ถนนที่ตรงแต่เป็นระยะทางยาว (เช่นจาก C ไป D) นำมาซึ่งอีกสิ่งหนึ่งนั่นคือ "การหลับใน" และในกรณีที่ถนนนั้นไม่มีเกาะกลางถนนแบ่งฝั่ง เราก็ยังเห็นข่าวว่าการชนประสานงากันนั้นก็ยังเกิดอยู่ และมักเป็นการชนที่รุนแรง เพราะเอาเข้าจริงการที่มองเห็นรถวิ่งสวนมาจากระยะไกลกับการที่มองไม่เห็นเลยนั้นมันทำให้พฤติกรรมคนขับรถแตกต่างกัน การมองไม่เห็นรถในทิศสวนทางมานั้นทำให้คนขับเกรงว่าจะมีรถใหญ่กว่าวิ่งสวนมา ไม่รู้ว่าพ้นมุมโค้งแล้วจะมีช่องให้เบียดเข้าหรือไม่ ฯลฯ แต่ในกรณีที่มองเห็นชนิดและระยะทางของรถที่วิ่งสวนมานั้น ถ้าเห็นรถที่วิ่งสวนมาเล็กกว่า หรือคิดว่ารถตัวเองเครื่องแรงกว่า ก็พร้อมที่จะเสี่ยงเร่งเครื่องแซง และพอแซงไม่พ้น อุบัติเหตุที่เกิดก็เลยรุนแรงกว่าเดิม เพราะรถวิ่งเร็วกว่าเดิม

รูปที่ ๒ รูปประกอบการบรรยายกรณีการออกแบบถนน

ช่วงที่ไปทำงานที่มาบตาพุดนั้น รุ่นพี่วิศวคนหนึ่งเคยสอนไว้ว่า "คนเรา ถ้าเราไปป้องกันเขามากเกินไป เขาก็จะทำอะไรที่มันเสี่ยงมากขึ้นตามไปด้วย" ซึ่งดูเหมือนคำกล่าวนั้นจะตรงกับความจริง เมื่อ ๓๐ ปีที่แล้วตอนเรียนที่อังกฤษนั้นได้ดูสารคดีของ BBC เรื่องหนึ่ง ชื่อเรื่องทำนองว่า 'Dummy takes risk, not human" เป็นเรื่องราวเกี่ยวกับอุบัติเหตุทางรถยนต์ ตอนที่ไปเรียนนั้นกฎหมายอังกฤษบังคับเฉพาะคนนั่งหน้าเท่านั้นที่ต้องรัดเข็มขัดนิรภัย แต่พอติดตามผลการบังคับใช้กฎหมายมาหลายปีก็พบว่าแนวโน้มการสูญเสียกลับไม่ได้ลดลงอย่างที่ควรเป็น จากการศึกษาพบว่าการคาดเข็มขัดนิรภัยทำให้ผู้ขับรถรู้สึกปลอดภัยมากขึ้น ก็เลยขับรถเร็วขึ้น อุบัติเหตุก็เลยเกิดรุนแรงขึ้นตาม นอกจากนี้การบาดเจ็บและเสียชีวิตจากผู้นั่งเบาะหลังก็เพิ่มมากด้วย เพราะกฎหมายไม่ได้บังคับให้ต้องรัดเข็มขัด พอรถเกิดการชน คนนั่งเบาะหลังก็ปลิวกระแทกกับเบาะหน้าอย่างแรง (ซึ่งถ้าเป็นเบาะคนขับ แรงปะทะจากคนนั่งหลังที่ปลิวมากระแทกก็สามารถพับพนักพิงให้คนขับถูกอัดเข้ากับพวงมาลัยได้) ถ้านั่งกลางก็กระแทกกับกระชกหน้าได้ ก็เลยต้องมีการปรับปรุงกฎหมายใหม่ ให้คนนั่งทุกคนไม่ว่าจะเป็นเบาะหน้าหรือเบาะหลัง ต้องรัดเข็มขัดนิรภัย

อีกตัวอย่างหนึ่งที่เขายกขึ้นมาก็คือบริเวณสามแยกแห่งหนึ่งที่มีต้นไม่บดบัดทัศนวิสัย ทำให้ผู้ขับขี่มองไม่เห็นรถที่วิ่งสวนมาหรือมาจากทางด้านข้าง ก็เลยเกิดแนวความคิดว่าดังนั้นก็ตัดต้นไม้ออก ให้เป็นที่โล่ง เพื่อที่จะมองได้เห็นไกล ๆ แต่หลังจากที่ทำไปแล้วก็พบว่าอุบัติเหตุเกิดรุนแรงขึ้น ทั้งนี้เพราะช่วงที่มีต้นไม้อยู่นั้น เวลารถวิ่งเข้าหาทางแยก คนขับจะลดความเร็วรถให้ช้าลง เพราะมองไม่เห็นว่าข้างหน้าจะมีอะไรหรือเปล่า แต่พอเอาพุ่มไม้ออก คนขับกลับไม่ลดความเร็วเหมือนเดิม เพราะคิดว่ามองเห็นได้ไกลขึ้น แต่ระยะที่มองเห็นได้ไกลขึ้นกับความเร็วรถนั้นไม่สัมพันธ์กัน คือรถวิ่งเร็วมากขึ้นถึงขนาดที่ว่าถึงแม้ว่าจะมองเห็นรถอีกฝั่งจากระยะที่ไกลขึ้น ก็ไม่สามารถหยุดรถได้ทัน

ในรายการเดียวกันนี้ยังมีการตั้งคำถามว่า ถ้าเปลี่ยนจาก air bag มาเป็นเหล็กแหลมติดไว้ที่พวงมาลัยแทน และเหล็กแหลมนี้จะพุ่งออกมาเสียบอกคนขับถ้ารถเกิดการชน จำนวนอุบัติเหตุรถชนจะลดลงไหม คำถามนี้อาจจะดูโหด แต่จะว่าไปมันก็สะท้อนความคิดและการกระทำของคนเวลาที่เขาคิดว่าเขาปลอดภัยได้ดีเหมือนกัน

เหตุการณ์ทำนองนี้ก็เห็นกันทั่วไปในบ้างเรา มอเตอร์ไซค์ที่ขึ้นมาวิ่งบนทางเท้าก็ถือว่าตนเองใหญ่กว่าคนเดินเท้า คนเดินเท้าบนทางเท้าต้องหลบให้ แต่พอวิ่งบนถนนก็ต้องหลบให้รถเก๋ง รถเก๋งเองเวลาแซงสวนมันจะไม่กลัวมอเตอร์ไซค์ที่วิ่งสวนมา ในทำนองเดียวกันรถทัวร์หรือรถบรรทุกที่แซงสวนขึ้นมาก็ไม่กลัวรถเก๋งที่วิ่งสวนมา แต่กลับไม่ค่อยอยากจะท้าทายพวกเดียวกันเอง

สถานการณ์ที่ ๒ : เราควรมีมาตรการป้องกันเพิ่มเติม หรืออยู่เฉย ๆ เหมือนเดิมโดยไม่ต้องทำอะไร

แปลกดีเหมือนกันที่เหตุการณ์บางอย่างพอมันเกิดขึ้นก็มีคนออกมาเรียกร้องให้หามาตรการป้องกันกันเต็มไปหมด แต่กลับบางเหตุการณ์ก็กลับเงียบกันหมด แล้วก็อยู่กันแบบเดิม ๆ สำหรับคนที่เคราะห์ร้าย ก็ถือว่าซวยไป อย่างเช่นเหตุการณ์ที่เกิดขึ้นเมื่อประมาณ ๓๐ ปีที่แล้วที่ป้ายรถเมล์บริเวณหน้ามหาวิทยาลัย (รูปที่ ๓) เกิดอุบัติเหตุรถยนต์ที่วัยรุ่นคนหนึ่งขับเกิดเสียหลัก ปีนทางเท้าชนคนที่ยืนรอรถเมล์อยู่ได้รับบาดเจ็บสาหัส (เข้าใจว่าถึงขั้นพิการในขณะที่คนขับเสียชีวิต)

รูปที่ ๓ ป้ายรถเมล์บริเวณประตูหน้าจุฬาลงกรณ์มหาวิทยาลัย

การป้องกันคนยืนรอรถเมล์หรือเดินอยู่บนทางเท้าไม่ให้ได้รับอันตรายจากอุบัติเหตุรถยนต์เสียหลักปีนทางเท้าทำได้ด้วยการติดตั้งรั้วกั้นที่แข็งแรง ไม่ว่าจะเป็นราวเหล็กหรือรั้วคอนกรีต ว่าแต่เรามีเกณฑ์อะไรในการกำหนดว่า สิ่งที่อยู่มานานโดยไม่เคยเกิดเรื่องอะไร พอเกิดเรื่องทีก็ต้องทำการเปลี่ยนแปลงกันแบบล้างบาง ในขณะที่บางสิ่งนั้นเรากลับรู้สึกเฉย ๆ โดยมองว่าเป็นเรื่องโชคร้ายครั้งคราว แล้วก็อยู่กับแบบเดิม ๆ

จริงอยู่ที่ว่าการมีรั้วกั้นถนนช่วยเพิ่มความปลอดภัยสำหรับผู้ใช้ทางเท้าได้ แต่มันก็มีสิ่งที่คนใช้ทางเท้าต้องจ่าย เช่น: ความสะดวกในการขึ้นลงรถ (ที่จะทำตรงไหนก็ได้) ความสะดวกในการจอดรถข้างทางที่ไหนก็ได้ ความไม่สะดวกในการเอารถมาจอดบนทางเท้า ความรู้สึกว่าไม่ได้ถูกกักขังด้วยรั้ว (ลองนึกภาพสมมุติว่าบ้านคุณอยู่ในซอยหรือถนนเล็ก ๆ แล้วฝั่งตรงข้ามเป็นรั้วโปร่งกับรั้วสูงทึบ) ฯลฯ นอกจากนี้ยังมีคำถามตามมาอีกว่า ทำเฉพาะที่ป้ายรถเมล์ป้ายนี้เท่านั้นหรือ เพราะอุบัติเหตุแบบนี้มันมีโอกาสเกิดขึ้นกับทุกป้ายรถเมล์ ดังนั้นถ้าคิดว่าต้องทำรั้วกั้นก็ควรต้องทำทุกป้ายใช่ไหม แล้วค่าใช้จ่ายตรงนี้จะเอามาจากไหน (ไม่ว่าจะเป็นค่าติดตั้งและบำรุงรักษา) ใครจะเป็นคนจ่าย ยอมเสียภาษีเพิ่มขึ้นหรือไม่

การหาจุดสมดุลของแต่ละเหตุการณ์ ว่าควรจะมีมาตรการเพิ่มเติมหรือเลือกที่จะอยู่อย่างเดิม จึงควรต้องมีการพิจารณาให้รอบด้านและให้เหตุผลได้ ว่าทำไมจึงตัดสินใจแบบนั้น ไม่เช่นนั้นจะเจอปัญหาว่าทำไมอันนั้นทำได้ อันนี้ทำไม่ได้ เป็นสิ่งที่เราต้องช่วยกัน

สถานการณ์ที่ ๓ : เรื่องของไม้ยืนต้นข้างทางและบนเกาะกลาง

๓๐ กว่าปีที่แล้วถนนจากบางนาไปชลบุรีเป็นถนนข้างละสองเลน แบ่งกันด้วยคูตรงกลางที่มีการปลูกไม้ยืนต้นเอาไว้ (แม้ว่ามันจะต้นไม่ใหญ่เท่าไรนัก) ในขณะที่ถนนบรมราชชนนีช่วงจากศาลายาไปบรรจบเพชรเกษมนั้นแบ่งด้วยเกาะกลางเตี้ย ๆ ที่กว้างขนาดพอให้รถที่จะกลับรถนั้นหลบเข้าไปได้โดยไม่กีดขวางรถที่วิ่งมาข้างหลัง

ตอนนั้นช่วงเดินทางไปกลับระยองจะเห็นเป็นประจำว่ามีรถเสียหลักไปคว่ำอยู่บริเวณคูร่องกลางถนน ถนนที่มีคูแบ่งกั้นนั้นจะมีข่าวรถเสียหลักตกคูลงไปพลิกคว่ำอยู่เสมอ ในขณะที่ถนนที่แบ่งด้วยเกาะกลางนั้นไม่ยักมีข่าวรถเสียหลักปีนขึ้นไปจอดบนเกาะกลาง แต่จะกลายเป็นไปโผล่อีกฟากหนึ่งและชนประสานงากับรถอีกฝั่งหนึ่งที่เขาวิ่งมาดี ๆ

เวลาที่มีรถชนต้นไม้เกาะกลางก็มักมีคนออกมาโวยวายว่าเป็นเกาะกลางที่อันตราย แต่พอมีรถข้ามเกาะกลางชนประสานงากับรถที่ขับมาดี ๆ ก็มีคนออกมาโวยวายว่าทำไมเกาะกลางไม่สามารถป้องกันไม่ให้รถข้ามเลนมาได้ พอมีรั้วกั้นเกาะกลาง รถเสียหลักชนรั้วกั้นตามแนวเกาะกลาง กระเด็นเข้ามากลางทาง รถตามหลังมาดี ๆ ก็วิ่งชน ก็โดนโวยวายต่อว่าทำไมเกาะกลางไม่หยุดรถไว้ไม่ให้กระเด็น

รูปที่ ๔ เรื่องราวของไม้ยืนต้นบนเกาะกลางถนนและข้างทาง

พอถนนมีไหล่ทางที่มีรั้ว เพื่อเอาไว้เก็บรถที่เสียหลักชนรั้วไม่ให้กระเด็นกลับเข้าไปในทาง หรือเพื่อเอาไว้ให้รถฉุกเฉินวิ่ง พอรถช่วงจราจรติดขัด เจ้าหน้าที่ก็เปิดไหล่ทางเป็นเลนใหม่ขึ้นมา ช่วงรถชั่วโมงเร่งด่วนที่รถติดมันก็ไม่ค่อยมีปัญหา เพราะมีเจ้าหน้าที่คอยคุมและรถก็วิ่งเร็วไม่ได้ แต่ช่วงรถคล่องตัวไม่มีเจ้าหน้าที่คุม พวกก็ยังวิ่งไหล่ทางเหมือนเป็นช่องทางเดินรถปรกติ จนชนรถที่จอดรอความช่วยเหลืออยู่ที่ไหลทาง

อันนี้เป็นตัวอย่างที่คิดว่าทุกคนมองเห็นได้คือ เวลามองภาพความเสี่ยง เรามองว่าใครควรได้รับการป้องกัน ระหว่างคนขับรถคันที่ก่อให้เกิดอุบัติเหตุ คนที่ขับรถมาดี ๆ จากฝั่งตรงข้ามหรือตามหลังมา หรือคนที่เดินอยู่บนทางเท้าดี ๆ เพราะการไปป้องกันความเสี่ยงให้กับเหตุการณ์หนึ่ง มันไปเพิ่มความเสี่ยงให้กับอีกเหตุการณ์หนึ่งได้


เรื่องที่บรรยายไปยังไม่จบ แต่เห็นว่ามันร่ายยาวมามากพอสำหรับการอ่านแล้ว ก็คงต้องขอจบตอนที่ ๑ แค่นี้ก่อน

วันศุกร์ที่ 10 กันยายน พ.ศ. 2564

แนวทางหัวข้อการทำวิทยานิพนธ์นิสิตรหัส ๖๓ (ตอนที่ ๑) MO Memoir : Friday 10 September 2564

เอกสารฉบับนี้แจกจ่ายเป็นการภายใน ไม่นำเนื้อหาลง blog

เนื้อหาฉบับนี้เกี่ยวกับการประชุมเมื่อคืนวันพฤหัสบดีที่ผ่านมา


 

วันอาทิตย์ที่ 5 กันยายน พ.ศ. 2564

ปฏิกิริยา Benzene alkylation MO Memoir : Sunday 5 September 2564

เวลาสอนอินทรีย์เคมี ผมมักจะบอกกับนิสิตเสมออย่ามองเฉพาะปฏิกิริยาที่ต้องการเห็น แต่ให้มองด้วยว่ามีปฏิกิริยาใดบ้างที่มีโอกาสเกิด คือมีสารจากปฏิกิริยาข้างเคียงใดมีโอกาสเกิดได้บ้าง ซึ่งสารเหล่านี้ต้องทำการแยกออกจากผลิตภัณฑ์ที่ต้องการหรือหาทางกำจัด เพราะถ้าเรามองไม่เห็นปฏิกิริยาดังกล่าว เวลาไปออกแบบกระบวนการผลิตมันก็จะมีปัญหา เพราะมันจะไม่มีหน่วยที่ทำหน้าที่จัดการกับผลิตภัณฑ์ข้างเคียงดังกล่าว

ในเนื้อหาบทเบนซีนนั้น เบนซีนสามารถทำปฏิกิริยาได้หลากหลาย แต่ในที่นี้จะขอยกตัวอย่าง ๓ ปฏิกิริยาที่ปรากฏในเนื้อหาและไปปรากฏในกระบวนการผลิตในเวลาเดียวกัน คือปฏิกิริยา alkylation, second substitution และ disproportionation (หรือ transalkyation)

รูปที่ ๑ แสดงปฏิกิริยา benzene alkylation ที่ใช้สังเคราะห์สารเคมีที่สำคัญ ๓ ตัวในอุตสาหกรรมปิโตรเคมี ปฏิกิริยาบนคือการสังเคราะห์ Ethyl benzene เพื่อใช้เป็นสารตั้งต้นในการผลิต Styrene ที่ใช้เป็นสารตั้งต้นในการสังเคราะห์พอลิสไตรีน ปฏิกิริยากลางคือการสังเคราะห์ Cumene ที่ใช้เป็นสารตั้งต้นในการผลิต phenol และ acetone และปฏิกิริยาล่างสุดคือการสังเคราะห์ Linear alkyl benzene ที่ใช้เป็น detergent ในสารชะล้างต่าง ๆ สิ่งที่เราต้องการคือผลิตภัณฑ์ที่มีการแทนที่เพียงครั้งเดียว


รูปที่ ๑ ปฏิกิริยา benzene alkylation เพื่อสังเคราะห์สารเคมีที่สำคัญ ๓ ตัว ปฏิกิริยาบนคือการสังเคราะห์ Ethyl benzene เพื่อใช้เป็นสารตั้งต้นในการผลิต Styrene ที่ใช้เป็นสารตั้งต้นในการผลิตพอลิสไตรีน ปฏิกิริยากลางคือการสังเคราะห์ Cumene ที่ใช้เป็นสารตั้งต้นในการผลิต phenol และ acetone และปฏิกิริยาล่างสุดคือการสังเคราะห์ Linear alkyl benzene ที่ใช้เป็น detergent ในสารชะล้างต่าง ๆ

เราสามารถมองบริเวณที่มีอิเล็กตรอนอยู่หนาแน่นว่ามีความเป็นลบหรือ Lewis base ที่พร้อมจะทำปฏิกิริยากับโครงสร้างที่มีความเป็นบวก เช่น carbocation หรือะตอมที่มีความเป็นขั้วบวกที่แรง หรือ Lewis acid แต่ในกรณีของวงแหวนเบนซีนนั้นเนื่องด้วย pi electron เกิดการ resonance จึงทำให้มีความเสถียรมากกว่าพันธะ C=C การที่สารใดจะดึงเอา pi electron ของวงแหวนเบนซีนมาสร้างพันธะได้ สารนั้นต้องมีความเป็นบวกที่แรงมากพอ ซึ่งนั่นหมายความว่าสารนั้นจะสามารถดึง pi electron ของพันธะ C=C มาสร้างพันธะได้อย่างสบาย (เพราะมันดึงง่ายกว่าของวงแหวนเบนซีน)

ปฏิกิริยา alklyation ของวงแหวนเบนซีนนั้นเริ่มจากการทำให้โอเลฟินส์ (ไฮโดรคาร์บอนที่มีพันธะ C=C) กลายเป็น carbocation ก่อนด้วยการจ่าย H+ ให้กับพันธะ C=C ของโอเลฟินส์ (กรดที่ใช้นั้นจะแรงพอที่จะจ่าย H+ ให้กับพันธะ C=C แต่จะไม่จ่าย H+ ให้กับวงแหวนเบนซีน กรดที่ใช้ในอุตสาหกรรมจะเป็นพวก solid acid catalsyt เช่นสารในตระกูล zeolite ต่าง ๆ) จากนั้น carbocation ที่เกิดขึ้นจึงค่อยเข้าทำปฏิกิริยากับวงแหวนเบนซีน ได้ผลิตภัณฑ์คือ monoalkylaromatic

carbocation ที่เกิดขึ้นนั้นมีความสามารถในการดึงอิเล็กตรอนจากพันธะ C=C ของโอเลฟินส์ด้วยกัน (ทำให้เกิดการต่อโมเลกุลเป็นโมเลกุลที่ใหญ่ขึ้น) และกับวงแหวนเบนซีน แต่ปฏิกิริยาที่เราต้องการคือปฏิกิริยากับวงแหวนเบนซีน ดังนั้นเพื่อลดโอกาสที่ carbocation ที่เกิดขึ้นนั้นจะทำปฏิกิริยากับโอเลฟินส์ที่ป้อนเข้ามา การทำปฏิกิริยาจึงควรทำในสภาวะที่มีเบนซีนมากกว่าโอเลฟินส์ (ลดโอกาสที่ carbocation ที่เกิดจะเจอกับโมเลกุลโอเลฟินส์)

ในขณะเดียวกัน monoalkylbenzene มีความว่องไวสูงกว่าเบนซีนในการทำปฏิกิริยากับ carbocation (เพราะหมู่ alkyl เป็นหมู่จ่ายอิเล็กตรอนและเป็น ring activating group) ถ้าหาก monoalkylbenzene ที่เกิดมีโอกาสพบกับ carbocation ก็จะเกิดเป็นผลิตภัณฑ์ di- และ tri-alkylaromatic ได้ เพื่อลดโอกาสเกิดผลิตภัณฑ์ที่เกิดจากการแทนที่มากกว่า 1 ตำแหน่งการทำปฏิกิริยาในสภาวะที่มีปริมาณเบนซีนมากเกินพอจึงจำเป็น และควรต้องทำการเจือจางโอเลฟินส์ในเบนซีนก่อนที่จะผ่านเข้าสู่เบดตัวเร่งปฏิกิริยา เพื่อให้โมเลกุลโอเลฟินส์มีการกระจายตัวในเบนซีนให้มากที่สุด (ถ้าโมเลกุลโอเลฟินส์ถูกล้อมรอบด้วยโมเลกุลเบนซีน carbocation ที่เกิดจากโอเลฟินส์ก็จะไม่มีโอกาสทำปฏิกิริยากับโอเลฟินส์อื่น)

รูปที่ ๒ แผนผังกระบวนการ Alkylation/Transalkylation ของเบนซีนด้วยโอเลฟินส์ C2-C14 (จากสิทธิบัตรประเทศสหรัฐอเมริกาเลขที่ 4,774,377 เรื่อง "Alkylation/Transalkylation Process")

รูปที่ ๒ เป็นแผนผังกระบวนการผลิตสารประกอบ monoalkylbenzene ที่นำมาจากสิทธิบัตรประเทศสหรัฐอเมริกา ในกระบวนการนี้โอเลฟินส์จะถูกผสมเข้ากับเบนซีนก่อนเข้าสู่หน่วยทำปฏิกิริยา alkylation ผลิตภัณฑ์ที่ออกมาจากหน่วยทำปฏิกิริยา alkylation จะถูกส่งต่อไปยังหน่วยแยกผลิตภัณฑ์หน่วยที่หนึ่งที่จะทำการแยกเอาเบนซีนที่เหลือ (เพื่อนำกลับไปทำปฏิกิริยาใหม่) ผลิตภัณฑ์ที่ต้องการ (สารประกอบ monoalkylbenzene) และผลิตภัณฑ์ข้างเคียง (ที่ประกอบด้วยส่วนที่มีจุดเดือดต่ำคือ light paraffins และ oligomer ซึ่งก็คือโอเลฟินส์ที่ต่อกันเป็นสายโซ่ยาว และส่วนที่มีจุดเดือดสูงคือพวกที่มีการแทนที่ตั้งแต่สองตำแหน่งขึ้นไป)

หน่วยแยกผลิตภัณฑ์หน่วยที่สองจะทำการแยกเอา dialkylaromatic (อะโรมาติกที่มีการแทนที่สองตำแหน่ง) ออกจากส่วนอื่นเพื่อป้อนเข้าสู่หน่วยทำปฏิกิริยา transalkylation เพื่อทำปฏิกิริยากับเบนซีนที่ป้อนเข้ามา ในหน่วยนี้จะเกิดปฏิกิริยา transalkyation หรือ disproportionation ที่ทำการย้ายหมู่ alkyl จาก dialkylaromatic โมเลกุลหนึ่งไปยังเบนซีน เพื่อให้ได้ผลิตภัณฑ์ monoalkylbenzene ที่ต้องการ (และแน่นอนว่าก็ยังมีโอกาสที่จะเกิดปฏิกิริยาย้ายหมู่ alkyl จาก dialkylaromatic โมเลกุลหนึ่งไปยัง dialkylaromatic อีกโมเลกุลหนึ่ง ทำให้เกิดเป็นสารประกอบ trialkylaromatic ดังนั้นสารที่ออกมาจากหน่วย transalkylation จึงถูกป้อนกลับไปยังหน่วยแยกผลิตภัณฑ์หน่วยที่หนึ่งใหม่

ส่วนที่ว่าผลิตภัณฑ์ที่มีการแทนที่สองตำแหน่งนั้นจะเป็นผลิตภัณฑ์อะไรได้บ้างตรงนี้ก็ต้องไปดูที่ขนาดของหมู่แรกที่เข้ามาแทนที่ หมู่ alkyl นั้นเป็น ortho (1,2-) และ para (1,4-) direction group ในกรณีที่หมู่แรกที่เข้ามาแทนที่นั้นมีขนาดเล็ก (เช่นกรณีของหมู่ ethyl) ผลิตภัณฑ์ที่เป็น ortho ก็มีโอกาสที่จะเกิดมากกว่า (เพราะมีตำแหน่งให้แทนที่ถึงสองตำแหน่ง) แต่ถ้าหมู่แรกที่เข้ามาเกาะนั้นเป็นหมู่ขนาดใหญ่ (เช่น linear internal olefin) โอกาสที่จะเข้าแทนที่ที่ตำแหน่ง ortho ก็จะน้อยลงหรือแทบไม่มี ดังนั้นผลิตภัณฑ์ที่เกิดก็จะเป็นการแทนที่ที่ตำแหน่ง para เป็นหลัก

ส่วนที่ว่าการทำปฏิกิริยา alkylation นั้นจะเกิดในเฟสแก๊สหรือเฟสของเหลวหรือเฟสผสม ก็ต้องไปดูว่าทำปฏิกิริยาที่อุณหภูมิและความดันเท่าใด และโอเลฟินส์นั้นมีจุดเดือดสูงหรือต่ำ ในกรณีที่มีจุดเดือดต่ำนั้นสามารถใช้ความดันเพื่อทำให้เป็นของเหลวที่อุณหภูมิการทำปฏิกิริยาได้หรือไม่

บทความนี้คงแสดงให้เห็นความสำคัญของวิชาเคมีอินทรีย์ในการออกแบบกระบวนการผลิตในระดับอุตสาหกรรม

หมายเหตุ : โอเลฟินส์ที่มีพันธะ C=C อยู่ที่ตำแหน่งอะตอม C ตัวแรกหรืออยู่ที่ปลายสายโซ่จะเรียกว่า 1-olefin หรือ alpha-olefin แต่ถ้าพันธะ C=C นั้นอยู่ภายในสายโซ่โมเลกุล (คือไม่ได้อยู่ที่ตำแหน่งปลายโซ่) ก็จะเรียกว่า internal olefin โมเลกุล paraffin ที่นำมาสังเคราะห์ linear olefin นั้นจะใช้โมเลกุลที่เป็นโซ่ตรง (ช่วงประมาณ C10-C14) โดยนำมาเข้าสู่กระบวนการ dehydrogenation (ดึงไฮโดรเจนออก) เพื่อทำให้เกิดพันธะคู่ในสายโซ่โมเลกุล แต่เนื่องจากจำนวนอะตอม H ในสายโซ่มีจำนวนมากกว่า และการดึงอะตอม H ออกจากหมู่ methylene (-CH2-) ทำได้ง่ายกว่าการดึงอะตอม H ออกจากหมู่ methyl (-CH3) ที่ปลายโซ่ (พันธะ C-H ของหมู่ methylene แข็งแรงน้อยกว่าของหมู่ methyl) จึงทำให้การดึงอะตอม H ออกนั้นมักจะเกิดบริเวณภายในสายโซ่เป็นหลัก การสังเคราะห์เพื่อให้ได้ linear alpha-olefin ทำได้ด้วยการใช้เอทิลีนเป็นสารตั้งต้นร่วมกับสารประกอบ organometallic compond บางชนิดเช่น triethylaluminium

วันพุธที่ 1 กันยายน พ.ศ. 2564

การวินิจฉัยการเข้าข่ายสินค้าที่ใช้ได้สองทาง ตัวอย่างที่ ๑๑ License key MO Memoir : Wednesday 1 September 2564

ตอนไปอบรมที่ประเทศญี่ปุ่นเมื่อเดือนสิงหาคา ๒๕๖๒ นั้น ทางผู้จัดได้จัดให้เป็นเยี่ยมชมมหาวิทยาลัย Tohoku เพื่อเข้ารับฟังการควบคุมการส่งออกสินค้าที่ใช้ได้สองทางของทางมหาวิทยาลัย เนื่องด้วยมหาวิทยาลัยดังกล่าวมีเครื่องคอมพิวเตอร์สมรรถนะสูง (Supercomputer) และเปิดโอกาสให้เข้าเยี่ยมชม ทำให้เกิดคำถามขึ้นมาหลายคำถาม เช่น การเข้าถึงเครื่องคอมพิวเตอร์สมรรถนะสูงเครื่องนี้ ที่ผู้ใช้นั้นสามารถล็อกอินเข้าใช้งานจากที่ใดในโลกก็ได้ถ้าเครื่องคอมพิวเตอร์สมรรถนะสูงเครื่องนั้นต่ออยู่กับระบบอินเทอร์เน็ตและผู้ใช้งานมีรหัสเข้าใช้งาน เราจะรู้ได้อย่างไรว่าผู้ที่กำลังใช้งานอยู่นั้นเป็นผู้ที่มีสิทธิเข้าใช้งาน ไม่ใช่ผู้อื่นเข้าใช้แทน (จะยืนยันตัวตนด้วยวิธีการใด)

ตอนที่กลับมาทำงานเมื่อปี ๒๕๓๗ นั้นเป็นช่วงรอยต่อระหว่าง PC รุ่น 80386 และ 80486 เริ่มมีการย้ายโปรแกรมที่เดิมต้องคำนวณบนเรื่องระดับ mini หรือ super mini มาลงใน PC แล้ว (เพราะสมรรถนะของ PC สูงพอแล้ว) แต่เพื่อป้องกันไม่ให้ผู้ซื้อโปรแกรมนั้นซื้อเพียงชุดเดียวแล้วนำไปลงในหลาย ๆ เครื่อง ผู้ขายก็จะจัดให้มีอุปกรณ์ที่เรียกว่า "hard lock" ที่ต้องนำไปเสียบกับ parallel port ของเครื่องคอมพิวเตอร์เพื่อให้เปิดใช้งานโปรแกรมนั้นได้ และต้องเสียบ hard lock เอาไว้กับเครื่องตลอดเวลาที่ใช้โปรแกรม

ตัวอย่างที่นำมาเล่าในวันนี้ก็คงจะเป็นแบบเดียวกัน เพียงแต่อยู่ในรูปของกุญแจรหัสที่เสียบ USB port เพื่อมีสิทธิเข้าใช้โปรแกรมในเครื่องคอมพิวเตอร์ ที่อาจเป็นเครื่องคอมพิวเตอร์เครื่องนั้นเอง หรือเชื่อมต่อผ่านระบบอินเทอร์เน็ต โดยเป็นกรณีของโปรแกรมการออกแบบเครื่องยนต์ดีเซล

รูปที่ ๑ License key ที่เป็นกุญแจรหัสบรรจุอยู่ในหน่วยความจำ USB ที่ต้องใช้เพื่อเข้าถึงโปรแกรมที่อยู่ในเครื่องคอมพิวเตอร์หลักที่อยู่อีกสถานที่แห่งหนึ่ง ผ่านทางระบบอินเทอร์เน็ต

ใน EU List ฉบับปีค.ศ. ๒๐๒๐ มีเรื่องของเครื่องยนต์ดีเซลอยู่หลายที่ในหมวด 9E003 แต่พอลองใช้คำค้นหา "gasoline" (เพื่อหาข้อความที่เกี่ยวกับเครื่องยนต์เบนซิน) ปรากฏว่าพบเพียงแค่ที่เดียว และเป็นเรื่องของเชื้อเพลิง ไม่ใช่เครื่องยนต์ คือไปอยู่ในหมวดการออกแบบระบบหัวฉีดเชื้อเพลิงที่สามารถทำงานกับเชื้อเพลิงที่มีความหนืดหลากหลายรวมทั้งน้ำมันแก๊สโซลีนหรือที่เราเรียกว่าน้ำมันเบนซิน

รูปที่ ๒ การตีความของบริษัท Mitsubishi Electric พบว่า แม้ว่าซอร์ฟแวร์การพัฒนาและผลิตเครื่องยนต์ดีเซลจะเป็นสินค้าควบคุมในหมวด 9E003.e แต่หมวดนี้ไม่ได้ครอบคลุม License key การเข้าใช้โปรแกรม และแม้ว่า License key การเข้าใช้โปรแกรมจะเป็นสินค้าควบคุมในหมวด 3E225, 5E002.b และ 6E203 แต่หมวดเหล่านี้ไม่ครอบคลุมโปรแกรมการออกแบบเครื่องยนต์ดีเซล

ถ้าเทียบที่ค่าอัตราส่วนการอัด (compression ratio) เท่ากัน เครื่องยนต์เบนซินจะมีประสิทธิภาพสูงกว่าเครื่องยนต์ดีเซล แต่ในขณะที่ค่าอัตราส่วนการอัดของเครื่องยนต์เบนซินมักจะไปได้ราว ๆ 10 ต้น ๆ (ปัญหาเรื่องการ knock ของเครื่องยนต์ที่เกิดจากการชิงจุดระเบิดของเชื้อเพลิงในจังหวะที่ไม่เหมาะสม) ในขณะที่ของเครื่องยนต์ดีเซลสามารถเพิ่มไปได้ถึงราว ๆ 20 ต้น ๆ (เพราะเป็นการอัดอากาศอย่างเดียว) จึงทำให้สามารถออกแบบเครื่องยนต์ดีเซลให้มีประสิทธิภาพ (ถ้าเป็นรถก็คือระยะทางที่วิ่งได้ต่อน้ำมัน 1 ลิตร) สูงกว่าเครื่องเบนซินได้ (เปรียบเทียบแบบเครื่องยนต์ขนาดใกล้กันนะ) แต่เครื่องเบนซินก็มีข้อดีตรงที่สำหรับเครื่องยนต์ที่มีแรงม้าเท่ากัน เครื่องบนต์เบนซินจะมีขนาดเล็กกว่าและน้ำหนักเบากว่า

ในทางทหารจะมีอีกเรื่องหนึ่งเข้ามาในการเลือกพิจารณาว่าจะใช้เครื่องยนต์แบบไหน นั่นก็คือความปลอดภัยเมื่อถูกยิงจากอาวุธ ซึ่งตรงนี้น้ำมันดีเซลจะปลอดภัยกว่าเพราะมันไวไฟน้อยกว่าน้ำมันเบนซิน ปัญหานี้เคยเป็นปัญหาหลักที่ผู้ออกแบบรถถังช่วงสงครามโลกครั้งที่ ๒ และหลังสงครามต้องนำมาพิจารณา

อัตราส่วนกำลังต่อน้ำหนักรถของรถถังเป็นปัจจัยหนึ่งที่บ่งบอกถึงความคล่องตัวของรถถัง สำหรับเครื่องยนต์ที่แรงม้าเท่ากัน เครื่องเบนซินจะมีขนาดเล็กและเบากว่า ทำให้รถถังมีความคล่องตัวมากขึ้น หรือไปเพิ่มเกราะป้องกันให้มากขึ้นได้ แต่น้ำมันเบนซินที่ไวไฟมากกว่า ก็จะก่อให้เกิดอันตรายได้มากกว่าเมื่อถูกยิงด้วยอาวุธ ดังนั้นจะเห็นว่ารถถังหลักในปัจจุบันมักจะใช้เครื่องยนต์ดีเซลในการขับเคลื่อน เว้นบางรายที่ไปใช้เครื่องยนต์กังหันแก๊ส (เครื่องดีเซลกำลังขนาด 750 kW เนี่ยแรงขนาดขับเคลื่อนรถถังหนัก 40 ตันได้สบาย) แต่เพื่อให้ลดโอกาสที่จะถูกยิง การใช้เครื่องดีเซลขนาดเล็กที่ให้กำลังสูงจึงเป็นสิ่งสำคัญ

จุดเด่นอย่างหนึ่งของเครื่องดีเซลคือใช้เชื้อเพลิงได้หลากหลายมากกว่า (ถ้าจำเป็น) เพียงแต่สมรรถนะอาจจะตกลงไปบ้างถ้าใช้เชื้อเพลิงที่แตกต่างไปจากที่ออกแบบไว้ คำว่าหลากหลายในที่นี้หมายถึงคุณสมบัติของเชื้อเพลิงที่จะว่าไปแล้วมันสามารถอยู่ในช่วงตั้งแต่น้ำมันเบนซิน (ที่เลขออกเทนต่ำ) ไปจนถึงน้ำมันเตาเบา (ที่จุดเดือดต่ำและยังเป็นของเหลวอยู่) ด้วยเหตุนี้ EU List ฉบับปีค.ศ. ๒๐๒๐ หมวด 9E003.f จึงควบคุมเทคโนโลยีการออกแบบระบบฉีดเฃื้อเพลิงของเครื่องยนต์ที่ทำงานได้ทั้งช่วงน้ำมันเบนซินไปจนถึงดีเซล

ที่เล่ามาข้างต้นก็เพื่อจะทำให้มองเห็นภาพว่าทำไมเทคโนโลยีที่เกี่ยวกับเครื่องยนต์ดีเซลจึงเป็นสินค้าควบคุม

การตีความของตัวอย่างนี้ดูแล้วก็รู้สึกแปลก คือถ้าตามรูปที่ ๒ จะพบว่า license key สำหรับเข้าถึงโปรแกรมการออกแบบเครื่องยนต์ดีเซลไม่ได้เป็นสินค้าควบคุม ในขณะที่ตามรูปที่ ๑ บอกว่าโปรแกรมออกแบบเครื่องยนต์ดีเซล (ที่มีสมรรถนะตามที่กำหนด) เป็นสินค้าควบคุม แต่ไม่รวม license key ก็เลยเกิดคำถามขึ้นมาว่า ถ้าการส่งออก license key (ที่จำเป็นสำหรับการเข้าถึงโปรแกรมที่เป็นสินค้าควบคุมนั้น) ไม่จัดว่าเป็นสินค้าควบคุม และจะป้องกันไม่ให้ผู้ได้รับ license key (ที่อาจเป็นผู้มีรายชื่อปรากฏใน black list) เข้าถึงการใช้งานโปรแกรมที่เป็นสินค้าควบคุมได้อย่างไร

อันที่จริงเรื่องการเข้าถึงการใช้งานคอมพิวเตอร์สมรรถนะสูงยังมีอีกหลายประเด็นให้พิจารณาคือ ในกรณีที่ผู้ใช้นั้นขอใช้เครื่องคอมพิวเตอร์สมรรถนะสูงนั้นเพื่อทำการพัฒนาโปรแกรม จะมีแนวทางป้องกันอย่างไรในการป้องกันไม่ให้ผู้ใช้ (ที่อาจเป็นผู้ที่ไม่ได้มีรายชื่อปรากฏอยู่ใน white list) พัฒนาโปรแกรมเพื่อการ ออกแบบ/พัฒนา/ควบคุมการทำงาน ของสินค้าควบคุม