รบกวนถามผู้รู้เกี่ยวกับสารดูดความชื้นครับ

[Nate]

siliga gel กับ silicon dioxide เหมือนกันรึเปล่าค่ะ ทราบมาว่า silicon dioxide เป็นสารกันการจับตัวเป็นก้อนที่ใส่ในผลิตภัณฑ์อาหารผง อยากทราบว่า silicon dioxide มีคุณสมบัติอย่งไร หากมีข้อมูลเกี่ยวกับสารกันการจับตัวเป็นก้อนชนิดอื่นๆ รบกวนผู้รู้ช่วยตอบด้วยนะค่ะ เป็นข้อมูลทำวิทยานิพนธ์ ขอบคุณมากค่ะ

[Webmaster]

ว้า...พอดีตกเคมี รอพี่ๆท่านอื่นมาตอบครับ

[pood]

Silicon dioxide, silica gel, ทรายและแก้วมีสูตรเคมีเดียวกันคือ Sio2 ครับแต่โครงสร้างของ molecular chain แตกต่างกัน ดูเพิ่มเติมใด้ที่นี่ครับ

http://en.wikipedia.org/wiki/Silicon_dioxide

ส่วนรายละเอียดเรื่องสารกันการจับตัวเป็นก้อนนั้นคงต้องรออาจารย์หม่าวมาตอบครับ

[Maow]

ไหนๆ น้ากฤษณ์ก็พาดพิงถึงแล้ว ก็เลยต้องมาตอบครับ แต่ไม่รู้ว่าคำตอบตรงกับที่อยากรู้หรือเปล่านะครับ

ประเด็นแรกที่ถามว่า silicon dioxide กับ silica gel เหมือนกันหรือเปล่า ก็สามารถตอบได้อย่างชัดเจนว่าไม่เหมือนกันครับ เพราะว่า silicon dioxide มีสูตรเคมีเป็น SiO2 แต่ว่า Silica gel นั้นถูกผลิตขึ้นมาจาก sodium silicate มีสูตรเคมีเบื้องต้นเป็น Na2SiO3 ครับ ดังนั้นเหมือนกันเฉพาะที่มี Si อะตอมเป็นองค์ประกอบหลักเท่านั้นครับ

Silicon dioxide นั้นเป็น Molecular molecule โดยที่มีความแข็งแรงมากเมื่อมีการจับตัวกันแบบ network เหมือนร่างตาข่ายและจับกันด้วยพันธะโคเวเลนซ์ ซึ่งแข็งแรงมากกว่าการจับกันแบบ interaction หรือที่เรียกว่า physical interaction ครับ โดยที่หนึ่งอะตอมของ Si สามารถเกิดพันธะโคเวเลนซ์กับอะตอมของออกซิเจนได้ถึง 4 พันธะ (ดูได้จากลิงค์ที่น้ากฤษณ์ให้ไปก่อนหน้านี้ก็ได้ครับ) นึกถึงมี Si อยู่ตรงกลางแล้วก็มี O มาล้อมล้อมที่มุม 4 มุม แล้วก็ต่อกันไปเรื่อยๆ ก็จะได้เป็นโครงสร้างของมันครับ พลังงานที่จะใช้ในการสลายโครงสร้างนี้ต้องใช้ความร้อนสูงมาก ในการทำแก้วใช้อุณหภูมิประมาณ 2000 องศาเซลเซียสขึ้นไป ก็ยังไม่สามารถทำลายโครงสร้างของมันได้เลยครับ เพียงแค่ทำให้หลอมหรืออ่อนตัวเท่านั้น

Silicon dioxide มีชื่อเรียกอีกอย่างว่า quartz ซึ่งก็คืออัญรูปหนึ่งของแก้ว โดยที่โครงสร้างการจัดเรียงตัวของโครงสร้างนั้นขึ้นอยู่กับกระบวนการขึ้นรูปหรือกระบวนการเปลี่ยนแปลงเฟสของ SiO2 เอง เราสามารถทำให้มันมีสัณฐานเป็น crystalline ก็ได้ หรือทำให้มันมีลักษณะเป็นแบบอสัณฐาน (amorphous) ก็ได้ขึ้นอยู่กับกระบวนการในการขึ้นรูปหรือกระบวนการเตรียมครับ ซึ่งจะส่งผลต่อสมบัติทางเคมี และทางกายภาพโดยตรงเช่นเรื่องความแข็งแรง ดัชนีการหักเหของแสง หรือ การยอมให้แสงยูวีผ่านได้หรือไม่ครับ แต่อย่างไรก็ตามในการนำเอา silicon dioxide มาทำเป็นแก้วนั้นต้องมีสารตัวอื่นเข้าไปช่วยด้วย เพราะลำพังตัว silicon dioxide เองไม่สามารถจะขึ้นรูปเป็นแก้วได้อย่างมีประสิทธิภาพครับ ต้องมีการเติมตัวอื่นเช่นสารประกอบแคลเซียม หรือสารอื่นๆเข้าไปด้วยเพื่อเพิ่มความคงรูปและความแข็งแรง เหมือนอย่างเช่นในกระบวนการผลิตกระจก หรือแก้วทั่วๆไป

มาดูในส่วนของ silica gel กันบ้างดีกว่าครับเพราะตรงกับชื่อของกระทู้นี้

Silica gel ผลิตกจาก sodium silicate มีชื่อทั่วไปว่าเป็นสารประกอบของ sodium metasilicate Na2SiO3 มีชื่อเรียกอีกอย่างว่า water glass หรือ liquid glass สาเหตุที่มีชื่อว่าเกี่ยวกับ water หรือ liquid นี้ก็เนื่องจากว่า Na2SiO3 ซึ่งเป็นสารตั้งต้นในการผลิตนั้นสามารถละลายในน้ำได้ดีมาก พอมันเกิดการละลายน้ำมากขึ้นๆ ก็จะทำให้ได้ลักษณะที่เป็นของเหลวหนืด แล้วก็เป็นเจลได้ครับ ดังนั้นที่เราเห็นเป็นเม็ดๆ ที่ใช้ในการเป็นสารดูดความชื้นก็ขึ้นอยู่กับกระบวนการขึ้นรูปว่าจะเป็นแบบ droplet หรือแบบ spray ครับ ลักษณะของตัว sodium silicate นั้นค่อนข้างที่จะเป็น polymeric material คือแต่ละโมเลกุลจะมีการต่อกันเป็นสายยาวๆ ดังนั้นเมื่อเราให้ความร้อนหรือนำมาเติมสารบางอย่างก็จะทำให้สายยาวๆ นี้ต่อกันให้ยาวยิ่งขึ้น และมีการเชื่อมต่อกันระหว่างสายยาวๆนี้ด้วยจนเป็นลักษณะโครงสร้างที่เรียกว่า crosslinked networks ครับ จึงไม่ทำให้เกิดการละลายในน้ำหรือตัวทำละลายอินทรีย์ใดๆ ได้เลย พอมันกลายเป็น crosslinked networks แล้ว และถ้าหากว่าขึ้นรูปเป็นเม็ดเล็กๆ แล้วก็จะมีลักษณะที่เป็นจุดเด่นมากๆคือ มีรูพรุนเล็กๆ รอบผิวของมันซึ่งจะมีขนาดประมาณ 2 นาโนเมตร ดังนั้นจึงเป็นลักษณะเด่นที่เขานำมาใช้ทำเป็นสารดูดความชื้นได้ไงครับ เพราะมันอนุญาตให้ความชื้นซึ่งก็คือโมเลกุลของน้ำสามารถเข้าไปภายในโครงสร้างของมันได้ และสาเหตุที่ทำให้ silica gel สามารถดูดความชื้นได้ ก็เนื่องจากโครงสร้างของมันเป็นแบบ hydrophilic (ความชอบน้ำ) เพราะในสูตรเคมีประกอบด้วยหมู่ที่เป็น anionic ครับ (เพราะมีประจุ O2-) หรือแสดงความมีขั้วนั้นเอง ในทางเคมีแล้วสารใดก็ตามจะเข้ากันได้ก็ต้องมีขั้วเหมือนกัน ถ้าหากไม่มีขั้วก็ต้องไม่มีขั้วเหมือนกันจึงจะเข้ากันได้ ดังภาษาอังกฤษที่ว่า "LIKE DISSOLVES LIKE" เพราะฉะนั้นน้ำจึงไม่ละลายกับน้ำมัน เนื่องจากโมเลกุลน้ำมีขั้วแต่น้ำมันไม่มีขั้ว

คราวนี้ลองมาดูประวัติศาสตร์ของ silica gel บ้างครับ โดยที่ Slilca gel ถูกผลิตขึ้นเพื่อใช้ในการทำเป็นสารดูดความชื้นนั้น โดย Professor Walter A. Patrick ที่ Johns Hopkins University ปี 1919 ซึ่งผมคิดว่าเขามีคุณอย่างมหาศาลต่อกองทัพสหรัฐเป็นอย่างมาก เนื่องจากในปีดังกล่าวอยู่ในช่วงของสงครามโลกครั้งที่ 1 และได้นำไปใช้เป็นตัวดูดซับไอของแก๊ส โดยบรรจุไว้ที่หน้ากาก (gas mask) หลังจากนั้นก็ยังคงใช้อย่างมากในสงครามโลกครั้งที่ 2 ซึ่งกองทัพสหรัฐต้องใช้ยาปฏิชีวนะอย่างเป็น penicilin เป็นอย่างมาก (เพราะต้องทำให้แห้งไม่มีความชื้นไม่งั้นยาก็เสีย) รวมถึงต้องเก็บอาวุธยุทธโธปกรณ์ให้อยู่ในสภาวะที่แห้งมากๆด้วย ถ้าไม่มี professor Walter นี้ก็อาจทำให้ทหารสหรัฐแย่และแพ้สงครามอย่างยับเยินเช่นกัน คุณลักษณะที่เด่นของ silica gel นี้คือมีรูพรุนเยอะ มีพื้นที่ผิวสัมผัสมากถึง 800 ตารางเมตรต่อน้ำหนัก 1 กรัม

แล้วเรารู้ได้อย่างไรว่า silica gel ยังคงมีประสิทธิภาพดีอยู่หรือเปล่าในการดูดความชื้น?
ในการผลิต silica gel นั้นจะมีการสารประกอบบางอย่างเข้าไปผสมด้วยเพื่อใช้เป็น indicator หรือตัวบ่งชี้สภาพ เช่นพวก ammonium tetrachlorocobaltate(II) มีสูตรเป็น (NH4)2CoCl4 หรือพวก Cobalt chloride (CoCl2) ซึ่งเมื่อ silica gel แห้งไม่มีโมเลกุลของน้ำเข้าไปมันจะมีสีฟ้า แต่เมื่อมีการดูดกักเก็บโมเลกุลของน้ำเอาไว้มันจะเปลี่ยนสีเป็นสีชมพู เนื่องจากโมเลกุลของน้ำจะเข้าไปจับกับอะตอมของ cobalt ซึ่งจะเปลี่ยน oxidation state อะตอมของ Cobalt แล้วทำให้เปลี่ยนสีเป็นชมพู ถ้าจะนำกลับมาใช้ใหม่ก็ต้องเอาไปให้ความร้อนโดยการตากแดด หรืออบที่ 120 องศาประมาณสัก 2 ชั่วโมงก็กลับมาเป็นเหมือนเดิมครับ

ดังนั้นคำถามที่ถามว่าสามารถใช้เป็นสารกันการจับตัวเป็นก้อนที่ใส่ในผลิตภัณฑ์อาหารผงได้ไหม?
น่าจะตอบได้ว่าทั้ง silicon dioxide หรือ silica gel ไม่สามารถนำมาเติมลงในอาหารได้ครับเพราะไม่สามารถเป็นส่วนประกอบของอาหารได้เลย ผมคิดว่าทาง FAO (Food and Agriculture Organization) คงไม่ยอมแน่ๆครับ แต่ประเด็นนี้น่าจะเป็นไปได้ว่าถ้าหากเอา silica gel บรรจุลงในซอง แล้วนำไปใส่ไว้ในอาหารประเภทผงที่ไวต่อความชื้นเพื่อกันการจับตัวอย่างเช่นใน นมผง หรือยาผง ก็น่าจะเป็นไปได้ เพราะพวกนม หรือยาถ้าหากจับตัวเป็นก้อนอันเนื่องมาจากความชื้นในอากาศนั้นก็คงไม่มีคนอยากกิน หรือทำให้ activity ของยาลดลงหรือเสียสภาพไปครับ ลองนึกถึงเวลาเรากินสาหร่ายหรือขนมกรุบกรอบ ถ้าหากมันเหี่ยวหรือไม่ไม่กรอบก็คงไม่มีใครอยากกินหรอกใช่ไหมครับ

ดังนั้น silica gel แม้เป็นเพียงเม็ดเล็ก หรือเป็นผง มันก็ยังคงมีคุณอย่างมหาศาลต่อสิ่งอื่นๆ ได้ และก็ทำหน้าที่ได้อย่างดีในการป้องกันสิ่งอื่นๆ ที่จะถูกทำลายหรือเสียสภาพได้ ถ้าหากเพียงคนเราทำตัวให้เป็นประโยชน์เหมือนอย่างเช่น silica gel ที่ไม่หวั่นทั้งสภาพความร้อนหรือเย็น ก็คงจะดีเนอะ เพราะทำงานอย่างมีประสิทธิภาพในทุกสภาวะได้........

ผมอ้างอิงจาก http://en.wikipedia.org/wiki/Silica_gel และ http://en.wikipedia.org/wiki/Sodium_silicate รวมถึงความรู้ หรือความคิดเห็นส่วนตัวเข้าไปครับ ถ้าหากจะดูโครงสร้างของทั้ง silica gel หรือ silicon dioxide ก็ดูได้จากลิงค์ดังกล่าวครับ นอกจากนั้นต้องขอขอบคุณสมาชิกผู้ถาม และน้ากฤษณ์ที่พาดพิงถึง ทำให้กระผมต้องไปหาความรู้ในส่วนนี้มาตอบซึ่งเป็นสิ่งที่ดีมากๆ เนื่องจากผู้ตอบกระทู้เองก็ได้ความรู้มากขึ้นตามไปด้วยครับ

[โฟล์คน้อย]

อุอุ.. อ.หม่าว..

มิน่าถึงมีนักศึกษาสาวๆ แอบหลงรักหลายคน..
ชัดเจนนนนนนนนนนนน.. จริงๆ ครับ..

อิอิ..เสี้ยมมมมมมมมมมมมม...

[SARUN]

อ่านบทความของ อ.หม่าวแล้วซึ้งเลยครับ
เพราะนึกถึงสมัยที่ยังต้องเรียนพิเศษเพื่อเตรียมตัว เอนทรานซ์ เลยล่ะ