http://update.se-ed.com     หน้าแรก    ฉบับก่อน      แนะนำ     ติดต่อเรา     สมาชิก     ซีเอ็ด      

ฉบับ 192 กันยายน 2546 ประจำฉบับ   o บอกกล่าว   o จดหมายถึงบ.ก.   o มองโลก   o มองไทย   o Space Hotline   o คุยกับชัยคุปต์   o นักวิทย์รุ่นเยาว์   o ประลองปัญญา   o เรื่องจากปก   o บทความ/สารคดี บอกรับจดหมายข่าว โปรดแจ้ง E-Mail ของคุณ Subscribe     Unsubscribe   Powered by YourMailinglist Provider.com   ดูจดหมายข่าวเก่า  Visitors:

เรื่องจากปก #192                  เคมี :  ศาสตร์แห่งสสาร           เคมี (Chemistry) มีรากศัพท์มาจากภาษากรีก ที่ว่า “khemeia” ซึ่งถูกดัดแปลงมาจากคำว่า “khumos” โดยมีความหมายว่า “juice of plant” สำหรับพจนานุกรม Webster’s New World Dictionary ได้ให้ความหมายของคำ “chemistry” ไว้ดังนี้ “the science in which substances are examined to find out what they are made of, how they act under different conditions, and how they are combined or separated to/from other substances” หรือถ้าแปลเป็นไทย ก็คือ ศาสตร์ที่ศึกษาเกี่ยวกับสสาร ว่าสสารนั้น ๆ ทำมาจากอะไร สามารถทำปฏิกิริยากับสารอื่นๆ ได้อย่างไร สามารถรวมหรือแยกสารนั้นๆ กับหรือจากสารอื่นๆ ได้อย่างไร   เคมีในชีวิตประจำวัน           เคมีคือสิ่งต่างๆ ที่อยู่รอบตัวเรา และเกี่ยวข้องกับเราตลอดเวลา เคมีเป็นสิ่งที่ทุกคนไม่อาจหลีกเลี่ยงได้ในการดำรงชีวิตประจำวัน         เริ่มตั้งแต่ตื่นนอนตอนเช้า หลายคนอาจต้องพึ่งนาฬิกาปลุก คุณเคยสงสัยหรือไม่ว่านาฬิกาปลุก ทำงานได้อย่างไร โดยมากนาฬิกาปลุกนั้น ทำงานโดยอาศัยแบตเตอรี่เป็นตัวจ่ายพลังงาน แบตเตอรี่นี่เองที่มีความเกี่ยวข้องกับเคมี แบตเตอรี่แบ่งได้เป็นหลายประเภท แต่ที่ใช้ในนาฬิกาปลุกนั้นเป็นแบตเตอรี่แห้ง หรือที่เรารู้จักคุ้นเคยกันดีในชื่อของ “ถ่านไฟฉาย” องค์ประกอบหลักของถ่านไฟฉายนี้คือ อิเล็กโทรด หรือขั้วไฟฟ้าซึ่งมีสองขั้ว ได้แก่ แคโทด และ แอโนด ขั้วไฟฟ้าทั้งสองนี้ มีสารเคมีเป็นองค์ประกอบที่สำคัญ และจะมีปฏิกิริยาถ่ายโอนอิเล็กตรอนเกิดขึ้นระหว่างกัน         หลังจากตื่นนอนแล้ว ก็คงเลี่ยงไม่พ้นจากการแปรงฟัน เชื่อว่าผู้อ่านหลายท่าน คงเคยอ่านฉลากข้างหลอดยาสีฟัน ที่เราๆ ท่านๆ ทั้งหลายใช้อยู่นี้  ถ้าลองหยิบมาดู จะพบชื่อสารเคมีต่างๆ มากมาย          ถัดจากกิจกรรมแปรงฟัน ก็คือการอาบน้ำ สระผม ชำระสิ่งสกปรกจากร่างกาย แน่นอน ทุกคนต้องใช้สบู่และยาสระผมเป็นน้ำยาที่ช่วยในการทำความสะอาด การที่สบู่สามารถชำระสิ่งสกปรกได้เนื่องจากสบู่มีคุณสมบัติเป็นสาร อิมัลซิฟาย คือเมื่ออยู่ในน้ำจะจัดเรียงตัวโครงสร้างเป็นแบบไมเซลล์ คือจะหันส่วนที่ชอบน้ำออกมาด้านนอกและส่วนที่เกลียดน้ำอยู่ด้านใน ซึ่งสิ่งสกปรกต่างๆ หรือคราบไขมันจะถูกจับไว้ในบริเวณด้านใน และทั้งไมเซลล์นี้จะถูกน้ำชะล้างออกไป ทำให้ร่างกายเราสะอาด จากนี้ก็พร้อมแล้วสำหรับการแต่งตัว ใส่เครื่องนุ่งห่ม ซึ่งเสื้อผ้าที่เราใช้โดยมากผลิตมาจากเส้นใย ไม่ว่าจะเป็นเส้นใยธรรมชาติ หรือเส้นใยสังเคราะห์ กระบวนการทำเส้นใยนั้น หลีกเลี่ยงไม่ได้ที่ต้องอาศัยกระบวนการทางเคมี ที่จะปรับคุณภาพของเส้นใยให้ใส่สบาย         เมื่อแต่งตัวเสร็จ ก็ถึงเวลาอาหารเช้า อาหารที่เราบริโภคอาจปรุงจากอาหารสดที่ซื้อสดจากตลาด หรืออาจเป็นอาหารแช่แข็ง ที่ต้องนำมาผ่านการอุ่นก่อนบริโภค ไม่ว่าจะเป็นอาหารสดหรืออาหารแช่แข็ง ล้วนประกอบด้วยเครื่องปรุงอาหาร สิ่งต่างๆ เหล่านี้ คงไม่มีใครปฏิเสธว่าไม่ใช่สารเคมี         หลังจากรับประทานอาหารเสร็จแล้ว ต่างก็ออกเดินทางจากบ้านเพื่อไปโรงเรียน มหาวิทยาลัย หรือที่ทำงาน หลายๆ คน ไม่ได้มีบ้านพักที่อยู่ในระยะทางที่เดินได้ จึงต้องใช้รถเป็นพาหนะในการเดินทาง ไม่ว่าจะเป็นรถประเภทใดก็ตาม ต่างต้องใช้น้ำมันเป็นเชื้อเพลิงในการขับเคลื่อน น้ำมันรถยนต์มีสารเคมีอินทรีย์เป็นองค์ประกอบหลัก  การพัฒนาน้ำมันเชื้อเพลิงเพื่อให้ใช้ได้อย่างมีประสิทธิภาพ ก็ต้องอาศัยงานวิจัยทางเคมีเข้ามาเกี่ยวข้องด้วยเช่นกัน         เมื่อถึงสถานที่ทำงาน หันมองไปรอบๆ ตัว อุปกรณ์ที่ใช้ในสำนักงานล้วนแล้วแต่เป็นผลิตภัณฑ์ที่ได้จากกระบวนการทางเคมี ปากกาที่ใช้เขียนงาน หมึกของปากกา หมึกพิมพ์ที่ใช้ในคอมพิวเตอร์ เครื่องถ่ายเอกสาร เครื่องส่งแฟกซ์ ผลิตมาจากสารเคมีต่างๆ ทำให้มีสีและสมบัติต่างๆ กัน         หลังจากภารกิจที่ทำงาน ทุกคนต่างกลับบ้านเพื่อพักผ่อน ห้องต่างๆ มุมต่างๆ ในบ้าน มีสีต่างๆ กัน สีทาบ้าน ก็ผลิตมาจากสารเคมี ขณะที่เราไม่สบาย ไปหาหมอ หมอรักษาเราโดยการให้ยา ยานั้นก็ผลิตขึ้นมาจากสารเคมี ดังนั้น ไม่ว่าเราจะหันไปทางใด มองไปทางไหน ข้าวของเครื่องใช้ต่างๆ ใหญ่หรือเล็ก ล้วนแล้วแต่มีสารเคมีเป็นองค์ประกอบทั้งสิ้น   แขนงศาสตร์เคมี           จากการที่ได้ศึกษาศาสตร์เคมีของผู้เขียน จึงขอแบ่งศาสตร์แขนงนี้ออกเป็นสี่สาขาใหญ่คือ เคมีอินทรีย์ เคมีอนินทรีย์  เคมีเชิงฟิสิกส์ และ เคมีวิเคราะห์         เคมีอินทรีย์ คือสาขาที่สนใจสสารที่มีองค์ประกอบของ คาร์บอน ไฮโดรเจน ออกซิเจน ไนโตรเจน หรือองค์ประกอบอื่นได้ แต่ยังคงเป็นสสารที่มีธาตุคาร์บอนเป็นองค์ประกอบหลัก         เคมีอนินทรีย์ จะสนใจเรื่องธาตุหรือสารประกอบอื่นๆ นอกเหนือจากเคมีอินทรีย์         เคมีเชิงฟิสิกส์  สนใจเรื่องสมบัติทางกายภาพของสสารต่างๆ ซึ่งตัวอย่างของสมบัติเหล่านี้รวมถึง สมบัติทางไฟฟ้า สมบัติทางแม่เหล็ก และอันตรกิริยาที่มีต่อคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้า โดยโยงสมบัติของสสารเกี่ยวข้องกับระดับพลังงาน ดังนั้น เคมีเชิงฟิสิกส์จึงเกี่ยวข้องกับความรู้ทางด้านเคมีและฟิสิกส์ และเกี่ยวข้องกับการคำนวณทางคณิตศาสตร์         เคมีวิเคราะห์ เกี่ยวข้องกับเทคนิคต่างๆ ที่นำมาใช้ตรวจสอบองค์ประกอบของสารตัวอย่างหนึ่งๆ  อาจแบ่งได้เป็น การวิเคราะห์เชิงคุณภาพ ซึ่งเป็นกระบวนการระบุชนิดของอะตอมและโมเลกุลในสสาร ส่วน การวิเคราะห์เชิงปริมาณ เป็นกระบวนการตรวจสอบน้ำหนักหรือปริมาณของแต่ละองค์ประกอบของสสาร    เคมีและการโยงใยกับสาขาอื่น            นับได้ว่าวิทยาศาสตร์เคมีสมัยใหม่ได้มีการพัฒนาอย่างมากในช่วงประมาณ 100 ปีที่ผ่านมา และมีศาสตร์ใหม่ๆ ที่เกิดจากการเชื่อมโยงระหว่างเคมีกับวิทยาศาสตร์สาขาอื่นเกิดขึ้นมากมาย เช่น สาขาธรณีเคมี ซึ่งสนใจองค์ประกอบเคมีในดิน หิน แร่ธาตุต่างๆ รวมไปถึงองค์ประกอบของสารอินทรีย์และแก๊สที่ตกตะกอนตามก้อนหินและแหล่งน้ำใต้ดินด้วย         เคมีคอมพิวเตอร์ ถือว่าเป็นศาสตร์ใหม่ซึ่งเกิดจากวิชาพื้นฐานของทฤษฎีกลศาสตร์ควอนตัมและทฤษฎีกลศาสตร์สถิติ เคมีคอมพิวเตอร์ถูกเรียกว่าเป็นเครื่องมือวิจัยแห่งอนาคต เพราะมันสามารถใช้วัดสมบัติของสารด้วยวิธีการคำนวณได้ถึงในระดับของแต่ละอะตอมหรือโมเลกุลทีเดียว สิ่งนี้สำคัญมาก เพราะการทดลองทางเคมีบางอย่าง การวัดสมบัติของสสารมีความซับซ้อนเกินกว่าที่จะทำได้ในห้องปฏิบัติการจริง ดังนั้นเคมีคอมพิวเตอร์จึงเป็นทางเลือกใหม่ของการพัฒนาวิจัย รวมถึงการออกแบบและการทำนายโครงสร้างของสารเคมีหรือวัสดุชั้นสูง และสมบัติเฉพาะตัว         เนื่องจากสสารมีอยู่ทั่วทุกหนแห่ง ดังนั้นนักเคมีจึงสนใจการเปลี่ยนแปลงของสสารที่เกิดขึ้นในทุกๆ ที่  ไม่ว่าจะเป็นบนโลกของเราเอง บนดวงจันทร์ บนดาวอังคาร หรือในอวกาศ จึงเกิดเป็นสาขา เคมีดาราศาสตร์ ศึกษาธาตุชนิดต่างๆ ที่มีบทบาทสำคัญในการกำเนิดของดวงดาว หรืออาจจะศึกษาสิ่งใดก็ได้ที่มีอยู่ในเอกภพ         สำหรับศาสตร์ที่ได้รับความสนใจแพร่หลายทั่วโลกในปัจจุบัน ได้แก่ เคมีสิ่งแวดล้อม ซึ่งเป็นสาขาที่ครอบคลุมความรู้ทั้ง เคมี ชีวเคมี และ ชีววิทยา นักเคมีสิ่งแวดล้อมจะสนใจศึกษาผลกระทบที่เกิดขึ้นต่อสิ่งแวดล้อม อันเป็นผลมาจากวิวัฒนาการของโลกสมัยใหม่ นักเคมีสิ่งแวดล้อมจึงทำหน้าที่คล้ายๆ กับ นักสืบของโลก ที่จะคอยหาร่องรอยและเหตุผล เมื่อมีเหตุการณ์ใดๆ ที่มากระทบกับสิ่งแวดล้อม    เคมีกับโลกในยุค...นาโนเทคโนโลยี           ถ้าจะไม่พูดถึงเทคนิคที่มีการพัฒนาและวิจัยมากที่สุดในปัจจุบันนี้ คือ “นาโนเทคโนโลยี” เลยก็คงจะตกยุคไปหน่อย เพราะในปัจจุบันศัพท์คำนี้ถูกใช้อย่างแพร่หลายไม่ว่าจะเป็นในวารสารวิทยาศาสตร์ หนังสือพิมพ์  ในหนังสืออ่านเล่นแนวไซ-ไฟ(sci-fi)หรือนิยายวิทยาศาสตร์ หรือหนังสือการ์ตูน         ในช่วงประมาณ 20 ปีที่ผ่านมานี้ ผู้ที่ได้รับรางวัลโนเบล มีมากกว่า 10 รางวัลที่มีผลงานเกี่ยวข้องกับการพัฒนาเครื่องมือเพื่อศึกษาสารในระดับนาโน ได้แก่เครื่อง scanning probe microscope (SPM) และการค้นพบสารจำพวก Fullerene (C60, C70) เป็นต้น         ในด้านอุตสาหกรรมยานยนต์ ปัจจุบันมีกระบวนการผลิตที่เกี่ยวข้องกับเทคนิคระดับนาโนเป็นจำนวนมาก ยกตัวอย่างเช่น มีการซื้อขายตัวเร่งปฏิกิริยาที่มีโครงสร้างระดับนาโนเมตรซึ่งส่งผลดีต่อสิ่งแวดล้อมทั่วโลก โดยมีมูลค่าการตลาดประมาณ 2,000 ล้านเหรียญสหรัฐฯ         ด้านการวิจัย พบว่าการที่วัสดุบางประเภท เมื่อมีการลดโครงสร้างหรือขนาดให้อยู่ในระดับนาโนแล้ว วัสดุนั้นจะมีสมบัติพื้นฐานทางกลศาสตร์ควอนตัมดีกว่าเดิม ยกตัวอย่างเช่น นำไฟฟ้าและความร้อนได้ดีขึ้น หรือมีสมบัติเชิงกลดีขึ้น         การออกแบบวัสดุที่มีโครงสร้างระดับนาโน ก็คืองานสร้างวัสดุจากการกำหนดโครงสร้างของวัสดุนั้นในระดับอะตอมหรือโมเลกุล พูดง่ายๆ ก็คือเราสามารถจะประกอบแต่ละอะตอมหรือโมเลกุลเข้าด้วยกันเพื่อให้เป็นวัสดุชิ้นใหญ่ตามที่เราออกแบบไว้ได้ โดยมีสมบัติดีตามที่เราต้องการ เปรียบเสมือนการที่เราสร้างก้อนอิฐแต่ละก้อนขึ้นมาแต่มีสมบัติพิเศษแตกต่างจากอิฐทั่วไป  คือเป็นการย่อส่วนอิฐลงไปจนถึงระดับนาโน  จากนั้นจึงประกอบอิฐนาโนเข้าด้วยกันเพื่อนำไปใช้สร้างบ้านต่อ ซึ่งบ้านที่ได้ก็จะแตกต่างจากบ้านทั่วไป  เช่น อาจจะระบายความร้อนได้ดีสามารถควบคุมอุณหภูมิได้ แข็งแรงทนทานกว่าบ้านที่สร้างด้วยอิฐธรรมดาหลายเท่า  เราอาจจะเห็นสมบัติทางกายภาพที่ไม่เหมือนบ้านทั่วไป เช่น มีพื้นผิว หรือสีที่ไม่เหมือนบ้านที่สร้างจากอิฐธรรมดา เป็นต้น         ทางด้านเครื่องคอมพิวเตอร์ ข้อมูลในปัจจุบันประกอบด้วยตัวเลข 1 และ 0 เท่านั้น แต่ข้อมูลในเครื่องคอมพิวเตอร์ระดับนาโนจะสามารถแตกออกมาได้อยู่ในระดับอะตอมหรือโมเลกุล ในความเป็นไปได้สูงสุดของนาโนเทคโนโลยีกล่าวไว้ว่า เราจะสามารถประกอบวัสดุชั้นสูงอะไรก็ได้จากวัตถุดิบที่เป็นโลหะ ไม้  แม้กระทั่งจากดีเอ็นเอ  แนวคิดที่สำคัญมากในกระบวนการผลิตโดยการประกอบอะตอมหรือโมเลกุลเข้าด้วยกันคือ Self-replication หรือ การสร้างชิ้นงานขึ้นตามแบบจำลองด้วยตนเอง   เคมีกับโลกในยุค...โอมิกส์             สำหรับผู้ที่สนใจวิวัฒนาการทางงานวิจัยทางเคมีและศาสตร์ใกล้เคียง อาจยอมรับได้ว่าคำศัพท์สุดฮิตของหัวข้อวิจัย ต้องมีคำว่า โอมิกส์ (omics) อยู่ด้วย คำนี้หมายถึง การแปลข้อมูลจำนวนมากจากการค้นคว้าวิจัยให้เป็นองค์ความรู้         จากที่ได้ยินมากๆ ก็คือ จีโนมิกส์ (genomics) หมายถึงการศึกษาหน้าที่และการทำงานของยีนในเซลล์หรือสิ่งมีชีวิต ซึ่งนักวิทยาศาสตร์ประสบความสำเร็จกับงานด้านนี้พอควร จึงได้เริ่มศึกษาโปรตีนแทนยีน (โปรตีนมีขนาดใหญ่กว่ายีนขึ้นไปอีก และแน่นอนย่อมมีความสลับซับซ้อนมากขึ้น) ดังนั้นในยุคนี้เองจึงเป็นยุคของการวิจัยค้นคว้าทาง โปรตีโอมิกส์ (proteomics) ซึ่งคือ การศึกษาหน้าที่และการทำงานของโปรตีนในเซลล์หรือสิ่งมีชีวิต ถ้าพิจารณาโดยเผินๆ อาจกล่าวได้ว่า งานวิจัยในหัวข้อดังกล่าวเป็นงานวิจัยของนักชีววิทยาหรือนักชีวเคมี แต่หากพิจารณาโดยละเอียด งานวิจัยด้านนี้ต้องอาศัยความรู้ทางปฏิกิริยาสำคัญๆ ทางเคมีเข้ามาเกี่ยวข้อง ต้องอาศัยความรู้เชิงบูรณาการระหว่างสาขาวิชาเคมีและชีววิทยาเข้าด้วยกัน         การทดลองทางเคมีได้เขยิบพัฒนาจากการเล่นแร่แปรธาตุ มาเป็นการสังเคราะห์เคมีที่เลียนแบบโมเลกุลชีวภาพให้เหมือนหรือใกล้เคียงกับโมเลกุลที่พบจริง ทั้งนี้เพื่อสามารถนำโมเลกุลทางชีวภาพนั้นๆ ไปศึกษาวิจัยเพื่อทำให้เข้าใจบทบาทและหน้าที่ของโมเลกุลดังกล่าวอย่างชัดเจนขึ้น การสังเคราะห์โมเลกุลใหม่ๆ ขึ้นมา ต้องมีการวิเคราะห์ตรวจสอบว่าเราได้โมเลกุลที่ต้องการหรือไม่                                                  โดย... ดร.อทิตยา ศิริภิญญานนท์ ดร.ศิวพร มีจู ภาควิชาเคมี คณะวิทยาศาสตร์ มหาวิทยาลัยมหิดล อ่านเรื่องราวของเคมีอย่างละเอียดพร้อมภาพประกอบได้จากนิตยสาร UpDATE ฉบับ 192 กันยายน 2546 พบกับเรื่องนี้ได้ที่ : http://update.se-ed.com/192/chemistry.htm กลับไปหน้าเรื่องจากปก   UpDATE นิตยสารรายเดือน ราคาฉบับละ 60 บาท http://update.se-ed.com อัตราสมาชิก 12 ฉบับ 720 บาท จัดพิมพ์โดย บริษัท ซีเอ็ดยูเคชั่น จำกัด(มหาชน) อาคารเนชั่นทาวเวอร์ ชั้น 19 เลขที่ 46/87-90 ถ.บางนา-ตราด แขวงบางนา เขตบางนา กรุงเทพฯ 10260 โทร.0-2751-5800, 0-2751-4175 โทรสาร 0-2751-5059 E-mail : update@se-ed.com