เมื่อน้ำเพิ่มปริมาตรเองได้ MO Memoir : Thursday 1 November 2561

เมื่อวานตอนบ่ายมีนิสิตปี ๓ ที่กำลังทำการทดลองอยู่มาถามว่า ทำไมพอเขาเอาบีกเกอร์ขนาด ๑ ลิตร เติมน้ำจนถึงขีด ๗๐๐ มิลลิลิตร แล้วเอาน้ำนั้นเทใส่ลงในปีกเกอร์ขนาด ๑ ลิตรอีกใบหนึ่ง (ยี่ห้อเดียวกัน รูปทรงแบบเดียวกัน) ปรากฏว่าปริมาตรน้ำในบีกเกอร์ใบใหม่กลายเป็น ๗๕๐ มิลลิลิตร แล้วตกลงว่าอันไหนถูกอันไหนผิด
 

อันที่จริงเรื่องอุปกรณ์วัดปริมาตรของเหลวเนี่ยเคยอธิบายไว้เมื่อ ๑๐ ปีที่แล้วใน Memoir ปีที่ ๑ ฉบับที่ ๕ วันเสาร์ที่ ๑๖ สิงหาคม ๒๕๕๑ เรื่อง "การวัดปริมาตรของเหลว" ซึ่งก็ยังมีคนเข้าไปอ่านเรื่องนี้เป็นประจำจนทุกวันนี้

บีกเกอร์ที่เขาใช้นั้นมีขนาด ๑ ลิตร ที่ข้างบีกเกอร์ก็บอกเอาไว้ว่าความถูกต้องนั้นอยู่ที่ระดับ ±5% นั่นแสดงว่าที่ขีดบอกปริมาตร ๗๐๐ มิลลิลิตรนั้น ปริมาตรที่ถูกต้องเป็นได้ตั้งแต่ ๖๖๕ ถึง ๗๓๕ มิลลิลิตร
 

ถ้าว่าการตามนี้ก็แสดงว่าเขาเอาน้ำใส่บีกเกอร์ที่ขีดบอกปริมาตรนั้นบอกค่าต่ำกว่าความเป็นจริง ส่วนบีกเกอร์อีกใบที่เขาเทน้ำลงไปนั้นขีดบอกปริมาตรบอกค่าสูงเกินกว่าความเป็นจริง ดังนั้นความแตกต่าง ๕๐ มิลลิลิตรที่เขาเห็นก็ยังอยู่ในช่วงที่ผู้ผลิตบีกเกอร์แจ้งเอาไว้ (คือไม่ต่างกันเกินระดับ ๗๐ มิลลิลิตร)
 

ดังนั้นในกรณีที่ต้องการผลการทดลองที่ถูกต้อง ก็ควรต้องจัดอุปกรณ์ให้ผู้เรียนให้เหมาะสมกับระดับความถูกต้องที่ต้องการด้วย

ตกค้างเพราะเปียกพื้นผิว MO Memoir : Thursday 9 March 2560

เรื่องน้ำเปียกผิวแก้วนี่เป็นเรื่องปรกติที่เชื่อว่าเป็นที่รู้กันทั่วไป เวลาที่เรารินน้ำจากแก้วใบหนึ่งใส่แก้วอีกใบหนึ่งจน "หมด" (คือไม่มีหยดน้ำไหลออกแล้ว) เราจะพบว่าแก้วที่รินน้ำออกนั้นจะมีน้ำบางส่วนเปียกพื้นผิวอยู่ ดังนั้นน้ำที่สามารถรินใส่แก้วอีกใบหนึ่งได้นั้นจะน้อยกว่าน้ำที่อยู่ในแก้วใบเดิมเล็กน้อย เรื่องนี้ในชีวิตประจำวันไม่ได้ก่อให้เกิดปัญหาอะไร แต่สำหรับงานทางเคมีที่ต้องการความละเอียดสูง เป็นเรื่องที่ควรคำนึง เพื่อให้เห็นภาพ ขอเริ่มจากการทดลองง่าย ๆ ด้วยการรินน้ำจากกระบอกตวงใบหนึ่งใส่กระบอกตวงอีกใบหนึ่งดังรูปที่ ๑ ข้างล่าง

รูปที่ ๑ รินน้ำจากกระบอกตวงขนาด 25 ml ใบซ้ายใส่กระบอกตวงขนาด 25 ml ใบขวา จะเห็นว่าปริมาตรน้ำที่รินได้นั้นจะลดลงเล็กน้อย (กระบอกตวงแต่ละใบมีการสอบเทียบความถูกต้องและมีเอกสารรับรองประจำแต่ละใบ)
 

จากรูปที่ ๑ จะเห็นว่าปริมาตรที่หายไปนั้นแม้ว่าจะน้อย แต่ก็สังเกตด้วยตาเปล่าเห็น สำหรับงานที่ไม่ได้ต้องการความถูกต้องสูงมาก การใช้กระบอกตวงตวงของเหลวก็ไม่ได้มีปัญหาอะไร แต่ที่มันเป็นปัญหาก็คือ เคยเห็นนิสิตบางคนเวลาทำแลปจะเตรียม "สาระลายมาตรฐานปฐมภูมิ (primary standard)" ด้วยการชั่งของแข็งที่ต้องการละลาย (เช่น AgNO₃) ใส่ในบีกเกอร์ จากนั้นก็ใช้กระบอกตวงตวงน้ำให้ได้ปริมาตรที่ต้องการแล้วเทใส่บีกเกอร์ (ถ้าเป็นสารละลายมาตรฐานทุติยภูมิ หรือ secondary standard ก็ยังพอว่า เพราะยังไงท้ายสุดแล้วพอได้สารละลายแล้วก็ต้องนำสารละลายที่ได้ไปหาความเข้มข้นที่แน่นอนอีกที) วิธีการที่ดีกว่าคือการใช้ขวดวัดปริมาตร (volumetric flask) แต่ก็ใช่ว่าจะไม่มีปัญหา (รูปที่ ๒)
 

รูปที่ ๒ การเติมน้ำใส่ขวดวัดปริมาตร ควรระวังอย่าให้น้ำเปียกผิวแก้วบริเวณที่อยู่สูงกว่าขีดวัดปริมาตร เพราะถ้าเติมจนพอดีขีดวัดปริมาตร น้ำส่วนที่เปียกผิวแก้วนั้นจะเป็นน้ำส่วนเกิน ในทางกลับกันพอเราเติมน้ำได้พอดีแล้วทำการพลิกขวดเพื่อให้สารละลายในขวดเป็นเนิ้อเดียวกัน พอวางขวดตั้งใหม่จะเห็นระดับน้ำลดต่ำลงเล็กน้อย เพราะบางส่วนไปเปียกผิวแก้วอยู่ข้างบน ไม่ต้องทำการเติมน้ำเข้าไปชดเชย 
  

อุปกรณ์วัดปริมาตรของเหลวนั้น เราจะเติมของเหลวจนถึงระดับขีดปริมาตรที่ต้องการ ความถูกต้องในการอ่านนั้นขึ้นอยู่กับพื้นที่หน้าตัดของบริเวณที่แสดงขีดวัดปริมาตร ถ้าบริเวณดังกล่าวมีพื้นที่หน้าตัดเล็ก ปริมาตรของเหลวที่เปลี่ยนแปลงเพียงเล็กน้อยจะทำให้เห็นการเปลี่ยนระดับความสูงที่ชัดเจน อุปกรณ์พวก transfer pipette จึงวัดปริมาตรได้ถูกต้องกว่ากระบอกตวง (เพราะพื้นที่หน้าตัดตรงบริเวณขีดบอกปริมาตรของ transfer pipette นั้นเล็กกว่าของกระบอกตวงมาก) ส่วนบีกเกอร์นั้นเป็นอุปกรณ์วัดปริมาตรแบบคร่าว ๆ (งานที่ไม่ได้ต้องการความถูกต้องสูง) ไม่เหมาะสำหรับการใช้วัดปริมาตรของเหลวเพื่อเตรียมสารละลายมาตรฐานใด ๆ รูปที่ ๓ ข้างล่างได้มาจากการเติมน้ำใส่ volumetric flask ขนาด 100 ml ก่อน จากนั้นจึงเทน้ำดังกล่าวใส่บีกเกอร์ขนาด 600 ml จะเห็นความแตกต่างของระดับอยู่ (แต่อย่าเพิ่งรีบสรุปนะครับว่าขีดบอกปริมาตรข้างบีกเกอร์มันบอกปริมาตรสูงเกินจริง บางใบที่เคยเห็นมันก็บอกต่ำกว่าความเป็นจริง) นอกจากนี้ด้วยการที่บีกเกอร์มีพื้นที่หน้าตัดกว้าง ทำให้ยากที่จะสังเกตเห็นหรือไม่สามารถมองเห็นระดับความสูงของของเหลวที่เปลี่ยนแปลงเมื่อปริมาตรของเหลวมีความแตกต่างกันในระดับ "หยด" ในขณะที่ความแตกต่างดังกล่าวจะเห็นได้ชัดกับอุปกรณ์วัดปริมาตรพวก ปิเปต บิวเรต และขวดวัดปริมาตร
 

ที่หนักกว่าตัวอย่างที่ยกมาข้างต้นคือ ตอนสอนแลปเคมีได้มีโอกาสเห็นนิสิตบางรายเตรียมสารละลายมาตรฐานด้วยการใช้ขีดบอกปริมาตรข้างบีกเกอร์นี่แหละเป็นตัวบอกปริมาตรน้ำ (คือใช้บีกเกอร์แทนขวดวัดปริมาตร เพราะการกวนของแข็งให้ละลายในบีกเกอร์มันง่ายกว่าการเขย่าให้มันละลายในขวดวัดปริมาตร)
 

รูปที่ ๓ ปริมาตรน้ำที่ขอบบีกเกอร์ 600 ml

ทิ้งท้ายด้วยคำถามที่คิดเราน่าจะพิจารณาทบทวนกันก็คือ เรื่องพื้นฐานเช่นนี้ ควรสอนกันในระดับโรงเรียน (ที่เห็นมีนักเรียนไปแข่งโอลิมปิควิชาการ ได้เหรียญต่าง ๆ กลับมากันมากมาย) หรือต้องมาสอนกันในระดับมหาวิทยาลัย

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

บ่อยครั้งที่การทดลองที่กระทำในห้องปฏิบัติการนั้นจะใช้ระบบปั่นกวน โดยใช้เครื่อง magnetic stirrer ทำการปั่นกวนของเหลว สำหรับการปั่นกวนของแข็งให้แขวนลอยในของเหลวด้วยการใช้ magnetic stirrer นั้น มีหลายปัจจัยที่ต้องคำนึงเพื่อให้ผลการทดลองนั้นสามารถกระทำซ้ำได้ ตัวอย่างของปัจจัยเหล่านี้ได้แก่
 

- รูปร่างภาชนะที่ใช้

- ขนาดของแท่งแม่เหล็กที่ใช้เมื่อเทียบกับขนาดของภาชนะ

- ระดับความสูงของของเหลวในภาชนะที่ทำการปั่นกวน

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

 รูปที่ ๑ magnetic bar ที่ใช้ในการทดลอง

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

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

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

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

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

แต่ทั้งนี้ไม่ได้หมายความว่าการใช้ magnetic bar แท่งสั้นจะมีปัญหาเสมอไป เพราะยังมีปัจจัยเรื่องรูปร่างของก้นภาชนะที่ต้องนำมาพิจารณาอีก เอาไว้มีโอกาสถ่ายทำวิดิโอเรื่องนี้เมื่อไรจะนำมาเผยแพร่อีกที

วิดิโอการปั่นกวนด้วย magnetic bar แท่งสั้น
วิดิโอการปั่นกวนด้วย magnetic bar แท่งยาว 

มาได้ไงเนี่ย MO Memoir : Monday 21 October 2556

เมื่อเช้าแวะไปที่แลปเคมีพื้นฐานเพื่อจะทำการทดลองอะไรบางอย่าง กะจะเอาบีกเกอร์ 100 ml ที่ผ่านการล้างและวางไว้ที่ชั้นวางเครื่องแก้วมาใช้ในการทดลองสักหน่อย พอจะเติมน้ำกลั่นลงไปก็สังเกตเห็นเหมือนกับมีหยดของเหลวเกาะอยู่ข้างบีกเกอร์ในรูปข้างล่าง

ดูออกไหมว่ามันคืออะไร

ตอนแรกผมก็นึกไม่ถึงนะว่ามันจะเป็น "ปรอท" เพราะปรกติปรอทจะไม่เกาะติดผิวแก้ว (เราถึงเอามันมาใช้ทำเทอร์โมมิเตอร์ไง) แต่พอตรวจสอบดูจึงพบว่ามันเป็น "ปรอท" จริง ที่มันเกาะติดผิวบีกเกอร์ได้ก็เพราะผิวบีกเกอร์นั้นไม่สะอาด มีสิ่งสกปรกเกาะติดอยู่
 

รายการนี้สงสัยว่าคงมีคนทำเทอร์โมมิเตอร์ชนิดใช้ปรอทแตก แล้วเอาบีกเกอร์ใบนี้ไปรองปรอทที่หก ตัวเทอร์โมมิเตอร์กับปรอทที่หกออกมานั้นคงโดนกำจัดไปแล้ว (จะโดยวิธีใดก็ไม่รู้) ส่วนบีกเกอร์นั้นกลับเอามาวางคืนไว้ที่ชั้นโดยไม่มีการแจ้งให้เจ้าหน้าที่ทราบ การระบุคนทำคงจะทำไม่ได้ รู้แต่ว่าในช่วงเวลานี้แลปเคมีพื้นฐานนี้มีเฉพาะนิสิตป.โท-เอก และป.ตรี ที่เข้ามาทำซีเนียร์โปรเจคมาใช้ห้องทำการทดลองเท่านั้นเอง

ขอบันทึกเรื่องนี้เอาไว้หน่อย เพื่อให้รู้กันว่าในขณะนี้มีคนแบบนี้อยู่ในภาควิชา

บีกเกอร์ 250 ml MO Memoir : Wednesday 20 June 2555

เหตุเกิดระหว่างการแนะวิธีการจัดวางเครื่องมือให้กับนิสิตเพื่อทำการทดลองหนึ่ง

ผม : .... ช่วยหยิบบีกเกอร์ 250 ml มาให้หน่อย

นิสิต : (หยิบบีกเกอร์ขนาด 100 ml และ 250 ml ที่วางอยู่ตรงหน้าขึ้นมาพลิกดู แล้ววางกลับลงไปใหม่

ท่าทางเหมือนกับหาบีกเกอร์ 250 ml ไม่เจอ)

ผม : บีกเกอร์ใบใหญ่นั่นแหละ

บีกเกอร์ ๒ ขนาดที่ใช้กันมากในห้องปฏิบัติการเคมีของเราคือขนาด 100 ml และ 250 ml แต่พอให้นิสิตไปหยิบมักจะพบว่า "หาไม่เจอ"

ทั้งนี้เป็นเพราะเขาดูขนาดบีกเกอร์จากขีดบอกปริมาตรข้างบีกเกอร์ บีกเกอร์ขนาด 100 ml นั้นมีขีดบอกปริมาตรเพียงแค่ 80 ml ในขณะที่บีกเกอร์ขนาด 250 ml มีขีดบอกปริมาตรเพียงแค่ 200 ml ดังนั้นนิสิตจำนวนไม่น้อยจึงคิดว่าบีกเกอร์ขนาด 100 ml คือบีกเกอร์ขนาด 80 ml และบีกเกอร์ขนาด 250 ml คือบีกเกอร์ขนาด 200 ml

อันที่จริงบีกเกอร์ขนาด 100 ml มันก็มีเขียนเอาไว้นะว่าเป็นขนาด 100 ml (แม้ว่าจะมีขีดบอกปริมาตรเพียงแค่ 80 ml) และบีกเกอร์ขนาด 250 ml ก็มีเขียนบอกเอาไว้เหมือนกันว่าเป็นขนาด 250 ml (ดูรูปข้างล่าง)

เรื่องนี้ไม่ใช่เกิดกับแค่นิสิตป.ตรี พวกป.โทก็เป็นเหมือนกัน