การแบ่งเซลล์แบบไมโอซิส การแบ ่งเซลล์แบบไมโอซิส (meiosis) คือ การแบ ่งเซลล์ เพื่อให้ได้เซลล์อสุจิและเซลล์ไข่ แบ่งเป็น 2 ระยะ คือ ไมโอซิส I และไมโอซิส II ดังนี้ 1) ไมโอซิส I (meiosis I) เป็นการแบ่งเซลล์เพื่อลดจ านวน โครโมโซมให้เหลือครึ่งหนึ่งของจ านวนเดิม และจาก 1 เซลล์ ได้เซลล์ ใหม่ 2 เซลล์ แบ่งเป็นระยะต่าง ๆ ดังนี้ (1) ระยะอินเตอร์เฟส (interphase) เป็นระยะที่โครโมโซมมีการ จ าลองดีเอ็นเอขึ้นมาอีก 1 ชุด (2) ระยะโพรเฟส I (prophase I) เป็นระยะที่โครโมโซมคู่เหมือน มาจับคู่กัน ระยะนี้เยื่อหุ้มนิวเคลียสสลายไป (3) ระยะเมทาเฟส I (metaphase I) โครโมโซมที่จับกันเป็นคู่มา เรียงตัวกันตามแนวศูนย์กลางของเซลล์ (4) ระยะแอนาเฟส I (anaphase I) เส้นใยสปินเดิลดึงโครโมโซม ที่จับคู่กันอยู่ให้แยกจากกันท าให้เห็นโครโมโซมเริ่มแยกเป็น 2 กลุ่ม แต่ละกลุ่มจึงมีจ านวนโครโมโซมลดลงเหลือครึ่งหนึ่งจากจ านวนเดิม (5) ระยะเทโลเฟส I (telophase I) โครโมโซมคลายตัวออก มี ลักษณะคล้ายเส้นใยนิวเคลียส เยื่อหุ้มนิวเคลียสเริ่มปรากฏ และมีการ แบ่งไซโทพลาซึมเป็น 2 ส่วน หรือได้ 2 เซลล์ -49-
2) ไมโอซิส II (meiosis II) เป็นการแบ่งเซลล์ที่ด าเนินต่อจาก ไมโอซิส I คล้ายการแบ่งเซลล์แบบไมโทซิส โดยไม่มีการจ าลองโครโมโซม ขึ้นมาใหม่แบ่งแล้วได้เซลล์ใหม่ 4 เซลล์ แต่ละเซลล์จึงมีโครโมโซมครึ่งหนึ่ง ของจ านวนเดิม แบ่งเป็นระยะต่าง ๆ ดังนี้ (1) ระยะโพรเฟส II (prophase II) ระยะนี้โครโมโซมหดสั้นเข้าจน เห็นชัดว่าโครโมโซมมี 2 โครมาทิด (2) ระยะเมทาเฟส II (metaphase II) โครโมโซมเรียงตัวกันตาม แนวศูนย์กลางเซลล์ (3) ระยะแอนาเฟส II (anaphase II) เส้นใยสปินเดิลดึงโครมาทิด ให้แยกออกจากกันไปยังคนละขั้วของเซลล์ (4) ระยะเทโลเฟส II (telophase II) โครโมโซมที่แยกไปคนละขั้วของ เซลล์คลายตัวออก มีลักษณะคล้ายเส้นใย นิวเคลียส เยื่อหุ้มนิวเคลียสเริ่ม ปรากฏ และไซโทพลาซึมแบ่งอีกครั้ง เมื่อสิ้นสุดการแบ่งเซลล์แบบไมโอซิส จะได้เซลล์ใหม่ 4 เซลล์ แต่ละเซลล์มีจ านวนโครโมโซมเป็นครึ่งหนึ่งของ เซลล์ตั้งต้น -50-
การแบ่งเซลล์แบบไมโอซิส -51- ความแตกต่างระหว่างการแบ่งเซลล์ แบบไมโทซิสและไมโอซิส
ขั้นตอนที่ 2 การแบ่งตัวของไซโทพลาซึม (Cytokinesis) มีด้วยกัน 2 ลักษณะ คือ 1. การแบ่งไซโทพลาซึมในเซลล์ สัตว์ เยื่อหุ้มเซลล์จะคอดเข้าไปบริเวณ กลางเซลล์ แยกไซโทพลาซึมออกเป็น 2 ส่วน แล้วเกิดเป็นเซลล์ใหม่ 2 เซลล์ การแบ่งไซโทพลาซึมของเซลล์สัตว์ 2. การแบ่งไซโทพลาซึมในเซลล์พืช จะเกิดแผ่นกั้น เซลล์ หรือเซลล์เพลต (cell plate) กั้นตรงแนวกลางเซลล์ แล้วขยายออกไปชนกับผนังเซลล์เดิม ท าให้ไซโทพลาซึม แยกออกเป็น 2 ส่วน แล้วเกิดเป็นเซลล์ใหม่ 2 เซลล์ การแบ่งไซโทพลาซึมของเซลล์พืช -52- แนวของ เซลล์เพลต
>> ความผิดปกติทางพันธุกรรม -53- โรคทางพันธุกรรมเกิดจากความผิดปกติที่เกิดขึ้นกับโครโมโซม หรือยีน เนื่องจากการเปลี่ยนแปลงจ านวนหรือรูปร่างไปจากปกติ ซึ่ง สามารถถ่ายทอดจากรุ่นพ่อแม่ไปสู่รุ่นลูกหลานได้ ความผิดปกติที่เกิดจาก การถ่ายทอดลักษณะ ทางพันธุกรรม การถ่ายทอดยีนที่ผิดปกติ บนออโตโซม เช่น ทาลัสซีเมีย การถ่ายทอดยีนที่ผิดปกติ บนโครโมโซม X เช่น ตาบอดสี กล้ามเนื้อลีบ โครโมโซมเพศ (โครโมโซมคู่ที่ 23) เกิดความผิดปกติ - โครโมโซม X ขาดหรือเกินจากปกติ - โครโมโซม Y ขาดหรือเกินจากปกติ ออโตโซมมี 22 คู่ ความผิดปกติเกิดจาก มีโครโมโซมเกิน หรือรูปร่างโครโมโซม ขาดหายไปบางส่วน เช่น กลุ่มอาการดาวน์ กลุ่มอาการคริดูชาต์กลุ่มอาการเอ็ดเวิร์ด และกลุ่มอาการพาทัว
โรคที่เกิดจากความผิดปกติของยีน โรคผิวเผือก ภาวะนิ้วเกิน โรคธาลัสซีเมีย โรคฮีโมฟีเลีย ตัวอย่าง -54-
โรคที่เกิดจากความผิดปกติของโครโมโซม ตัวอย่าง กลุ่มอาการพาทัว กลุ่มอาการเอ็ดเวิร์ด กลุ่มอาการดาวน์ กลุ่มอาการไคลน์เฟลเตอร์ -55-
การใช้ประโยชน์จากความรู้ด้านพันธุกรรม การเปลี ่ยนแปลงพันธุกรรมของสิ ่งมีชีวิตมี 2 แบบ คือ การเกิดโดย ธรรมชาติเรียกว่า การกลายหรือมิวเทชัน (mutation) หรืออาจเกิดจากมนุษย์ ดัดแปรพันธุกรรมซึ่งจะได้ศึกษาต่อไปนี้ 1.การกลายการกลาย หรือมิวเทชัน (mutation) คือความผิดปกติที่เกิดกับหน่วย พันธุกรรมหรือยีน ท าให้หน่วยพันธุกรรมเปลี่ยนไปจากเดิม ถ้าเกิดในเซลล์สืบพันธุ์สามารถ ถ่ายทอดไปยังรุ่นต่อไปได้ อาจท าให้เกิดโรคบางชนิด เช่น โรคทาลัสซีเมีย โรคโลหิตจางชนิด เม็ดเลือดรูปเคียว โรคผิวเผือก แต่ถ้าเกิดในเซลล์ร่างกายจะไม่สามารถถ่ายทอดไปยังรุ่น ต่อไปได้แต่จะสามารถถ่ายทอดไปยังเซลล์ที่เกิดจากการแบ่งเซลล์ของเซลล์นี้ต่อไป สาเหตุที่ท าให้เกิดการกลาย คือ การได้รับรังสีบางชนิด เช่น รังสีเอกซ์(X-ray) รังสีอัลตราไวโอเลต(ultraviolet) หรือสารเคมีบางชนิด เช ่น กรดไนตรัส (HNO2 ) สารอะฟลาทอกซิน (aflatoxin) สารเหล่านี้ชักน าให้เกิดการกลายได้ 2. การดัดแปรพันธุกรรม การดัดแปรพันธุกรรมที่เกิดจากมนุษย์เพื่อให้ได้พันธุ์พืช หรือพันธุ์ สัตว์ตามที่ต้องการ โดยคัดเลือกยีนและโครโมโซมที่มีลักษณะตามที่ต้องการ แล้วใช้ความรู้ด้าน เทคโนโลยีชีวภาพท าให้เกิดสัตว์หรือพืชลักษณะใหม่ตามที่ต้องการ เช่น การโคลน การเพาะเลี้ยง เนื้อเยื่อพืช พันธุวิศวกรรม #การโคลน (Cloning) หมายถึง การสร้างสิ่งมีชีวิตใหม่ที่มีลักษณะทางพันธุกรรม เหมือนสิ่งมีชีวิตต้นแบบทุกประการ เป็นการสืบพันธุ์แบบ ไม่อาศัยเพศ โดยการน า นิวเคลียสของเซลล์ร่างกาย ใส่เข้าไปในเซลล์ไข่ที่ถูกดูด เอานิวเคลียสออก ท าให้เซลล์ไข่ พัฒนาไปเป็นสิ่งมีชีวิตตัวใหม่ โดยใช้ข้อมูลจากสารพันธุกรรมของนิวเคลียสที่ใส่เข้าไปใน ประเทศไทยมีการโคลนวัวเนื้อตัวแรกของโลก ชื่อ นิโคล และการโคลนวัวนมตัวแรกของ เอเชียตะวันออกเฉียงใต้ ชื่อ อิง ซึ่งเกิดจากการโคลนเชลล์ใบหูของตัวต้นแบบ -56-
-57- #การเพาะเลี้ยงเนื้อเยื่อ (Tissue Culture) เป็นการโคลนในพืช โดยการน าเอาส่วน ของพืชมาเลี้ยงในอาหารสังเคราะห์ที่พืชต้องการในสภาพปลอดเชื้อ ควบคุม แสงอุณหภูมิ ความชื้น และกระตุ้นการเจริญด้วยฮอร์โมนพืชเช่นไซโทไคนิน ออกซิน ประโยชน์ของการ เพาะเลี้ยงเนื้อเยื่อพืช 1. ได้พืชจ านวนมากที่มีลักษณะเหมือนเดิม 2. ใช้เวลาสั้นในการผลิตต้นพันธุ์ดี 3. ใช้ผลิตต้นพันธุ์ที่ผสมกันเองในธรรมชาติยาก เสี่ยงต่อการสูญพันธุ์ #พันธุวิศวกรรม (Genetic Engineering) หมายถึงเป็นเทคนิคการสร้างสิ่งมีชีวิตมี ลักษณะตาม ที่ต้องการ คือ เชื่อม DNA จากสิ่งมีชีวิตหนึ่งกับ DNA ของสิ่งมีชีวิตอีกชนิดหนึ่ง เกิดเป็น DNA สายผสม (Recombinant DNA) โดยการถ่ายยืนที่ต้องการลงไปแบคทีเรีย เพื่อให้เป็นตัวพายืนเหล่านั้นเข้าไปในสิ่งมีชีวิตที่ต้องการสร้างพันธุกรรมใหม่เรียกสิ่งมีชีวิตที่ เกิดขึ้นว่า สิ่งมีชิตดัดแปลงพันธุกรรม หรือ GMOs (Genetically Modified Organisms) สิ่งมีชีวิตที่ได้รับการดัดแปลงพันธุกรรมต่างๆ เช่น - ฝ้ายปีที่ และข้าวโพดบีที เป็นพืช GMO ที่ได้จากการถ่ายยืนจากแบคทีเรีย Bacillus thuringiensis ซึ่งเป็นแบคทีเรียที่สามารถสร้างโปรตีนที่เป็นพิษต่อแมลง พืชที่มียีนนี้จึง ต้านทานแมลงได้ - พริก มะละกอ ต้านทานไวรัส เป็นการน ายืนที่สามารถสังเคราะห์โปรตีนที่ห่อหุ้มอนุภาค ไวรัส ท าให้ไวรัสไม่สามารถท าอันตรายให้แก่พืชได้ - การผลิตอินซูลินโดยแบคทีเรีย ท าโดยตัดยืนอินซูลินจากคนปกติถ่ายลงไปในพลาสมิ ดของแบคทีเรีย (Plasmid เป็น DNA ที่เป็นวงกลมขนาดเล็กของแบคทีเรีย) เมื่อแบคทีเรีย แบ่งเซลล์จะท าให้ได้แบคทีเรียที่มียืน อินซูลินเป็นจ านวนมาก และแบคทีเรียนี้จะสามารถ สังเคราะห์อินซูลินได้
ดีเอ็นเอพาหะ หรือดีเอ็นเอเวกเตอร์ (DNA vector) เป็นตัวรับชิ้นส่วน ของยีนที่ต้องการศึกษาแล้วน าไปสอดแทรกในดีเอ็นเอหรือโครโมโซมเป้าหมาย ดีเอ็นเอพาหะที่นิยมใช้กัน คือ พลาสมิด (plasmid) ตามปกติพบอยู่ในเซลล์ แบคทีเรีย มีขนาดเล็ก รูปร่างกลม สามารถจ าลองตัวเองได้ พบอยู่เป็นอิสระไม่ รวมกับโครโมโซมของแบคทีเรีย มีสมบัติท าให้แบคทีเรียสามารถต้านยา ปฏิชีวนะ ต้านโลหะหนัก และชักน าให้เกิดปมขึ้นในพืช ขั้นตอนการตัดต่อยีนในสิ่งมีชีวิต ขั้นตอนของกระบวนการพันธุวิศวกรรมมีดังนี้ -58-
# ประโยชน์จากสิ่งมีชีวิตดัดแปรพันธุกรรม ปัจจุบันมนุษย์มีการใช้ประโยชน์จากสิ่งมีชีวิตดัดแปรพันธุกรรมเป็น จ านวนมากหลายด้าน ดังนี้ 1) พืช ผัก ผลไม้ มีคุณค่าทางโภชนาการเพิ่มมากขึ้น เช่น มะเขือเทศ มีวิตามินอีเพิ่มมากขึ้น ข้าวมีวิตามินเอเพิ่มมากขึ้น 2) ลดการขาดแคลนอาหารได้ เนื่องจากการเปลี่ยนแปลงทางพันธุกรรม ของสิ่งมีชีวิตท าให้มีผลผลิตเพิ่มมากขึ้น ตอบสนองความต้องการอาหารที่เพิ่มมากขึ้น 1. ด้านอาหาร 1) ผลิตวัคซีนป้องกันโรค ผลิตยาปฏิชีวนะหรือยารักษาโรคชนิดต่าง ๆ 2) สร้างแบคทีเรียดัดแปรพันธุกรรมที่มียีนผลิตอินซูลิน (insulin) ของมนุษย์ ท าให้แบคทีเรียสามารถผลิตอินซูลินที่น าไปใช้บ าบัดอาการของผู้ป่วย โรคเบาหวานได้ โดยการที่แบคทีเรียสามารถเพิ่มจ านวนได้มากในระยะเวลา อันสั้น ท าให้ผลิตอินซูลินได้เร็วกว่าการสกัดอินซูลินจากตับอ่อนของวัวหรือหมู 2. ด้านการแพทย์ 1) พืชพันธุ์ใหม่ที่มีความทนทานต่อสภาพดินฟ้าอากาศที่ไม่เอื้อต่อการ เพาะปลูกหรือการเจริญเติบโตของพืช 2) พืชที่มีความต้านทานต่อแมลงศัตรูพืช และต้านทานยาก าจัดวัชพืช 3) พืชที่ให้ผลผลิตมากขึ้น ผลมีขนาดใหญ่ขึ้น และผลมีน ้าหนักมากขึ้น 4) พืชที่มีผลผลิตที่สามารถเก็บรักษาเป็นเวลานาน เพิ่มระยะเวลาความ สดของพืชและขนส่งได้เป็นระยะทางไกลโดยไม่เน่าเสีย 3. ด้านการเกษตร • ต้นทุนการผลิตต ่า เนื่องจากลดการใช้สารเคมี 4. ด้านอุตสาหกรรม -59-
# ผลกระทบที่เกิดจากสิ่งมีชีวิตดัดแปรพันธุกรรมต่อ สิ่งมีชีวิตและสิ่งแวดล้อม สิ่งมีชีวิตดัดแปรพันธุกรรมอาจมีผลกระทบต่อสิ่งมีชีวิตและ สิ่งแวดล้อม ดังแผนภาพ การดัดแปรพันธุกรรมของสิ่งมีชีวิตยังเพิ่มความเสี่ยงต่อสิ่งแวดล้อม และระบบนิเวศของโลก หากสิ่งมีชีวิตที่ได้รับการดัดแปรพันธุกรรมได้รับการ ปล่อยออกสู่ธรรมชาติ อาจท าให้เกิดผลกระทบโดยตรงต่อความหลากหลาย ทางชีวภาพ หรือการสูญพันธุ์ของสิ่งมีชีวิตดั้งเดิมในระบบนิเวศ ความสมดุล ของห่วงโซ่อาหารอาจถูกท าลายลง อีกทั้ง การดัดแปรพันธุกรรมของสิ่งมีชีวิต สายพันธุ์อื่น ถือเป็นการละเมิดกฎเกณฑ์ที่ธรรมชาติสร้างสรรค์ขึ้น เพื่อให้ สิ่งมีชีวิตแต่ละชนิดมีความแตกต่างและหลากหลาย และถึงแม้มนุษย์เราจะ สามารถค้นพบข้อผิดพลาดหรือภัยอันตรายจากสิ่งมีชีวิตเหล่านี้ได้ในภายหลัง ผลลัพธ์ที่เกิดขึ้น ณ ขณะนั้น อาจอยู่นอกเหนือการควบคุมของมนุษย์ไปแล้ว -60- ผลกระทบที่เกิดจาก สิ่งมีชีวิตดัดแปร พันธุกรรมต่อสิ่งมีชีวิต และสิ่งแวดล้อม 1. สิ่งมีชีวิตดัดแปรพันธุกรรมอาจสร้างสารที่เป็นอันตราย ต่อสิ่งมีชีวิตและสิ่งแวดล้อม 2. สิ่งมีชีวิตดัดแปรพันธุกรรมอาจท าให้ความหลากหลายทาง ชีวภาพเปลี่ยนแปลง 3. สิ่งมีชีวิตดัดแปรพันธุกรรมอาจแพร่กระจายเข้าสู่ระบบนิเวศ ท าให้ระบบนิเวศเสียสมดุล 4. สิ่งมีชีวิตดัดแปรพันธุกรรมที่มีการจดสิทธิบัตรท าให้เกิดการ ผูกขาดทางการค้า
สรุปความรู้วิทยาศาสตร์ ชั้นมัธยมศึกษาปีที่3 เรื่องความหลากหลาย ทางชีวภาพ -61-
สรุปความรู้ เรื่อง ความหลากหลายของสิ่งมีชีวิต # ความหลากหลายทางชีวภาพ โลกของเราประกอบด้วยระบบนิเวศหลายชนิด หลายรูปแบบ ในแต่ละระบบ นิเวศมีสิ่งมีชีวิตทั้งพืชและสัตว์นานาชนิดนานาพันธุ์อาศัยอยู่ร่วมกัน เรียกว่า ความหลากหลายทางชีวภาพ (biodiversity) หรือ (biological diversity) ความหลากหลายทางชีวภาพ เป็นความแตกต่างที่หลากหลายของสิ่งที่มีชีวิต ทั้งหมดบนพื้นโลกซึ่งมีปฏิสัมพันธ์เชื่อมโยงต่อกันและไม่สามารถแยกออกจากกันได้ เป็นแหล่งที่มาของอาหาร ยารักษาโรค เชื้อเพลิง และปัจจัยอื่น ๆ ที่จ าเป็นต่อการ ด ารงชีวิตของมนุษย์ รวมถึงเป็นแหล่งสร้างรายได้ที่ยั่งยืนให้แก่ชุมชนในท้องถิ่น ความหลากหลายทางชีวภาพมีหลายระดับ ไม่ว่าจะเป็นจุลินทรีย์ พืช สัตว์ รวมทั้ง มนุษย์ สิ่งมีชีวิตแต่ละชนิดล้วนแต่มีองค์ประกอบทางพันธุกรรมที่แตกต่างแปรผันกัน ออกไปมากมาย เพื่อให้เกิดความสอดคล้องเหมาะสมกับสภาพแหล่งที่อยู่อาศัยใน แต่ละท้องถิ่น อันเป็นระบบนิเวศที่ซับซ้อนและหลากหลายในบริเวณต่าง ๆ ของโลก 1.ความหลากหลายทางพันธุกรรม (genetic diversity) หมายถึง ความหลากหลายทางพันธุกรรมที่สิ่งมีชีวิตแต่ละชนิดได้รับการถ่ายทอดมาจาก บรรพบุรุษ แล้วส่งต่อไปยังรุ่นลูกรุ่นหลานต่อไป ลักษณะทางพันธุกรรมที่ถ่ายทอดผ่านทางยีนที่มีในสิ่งมีชีวิตแต่ละชนิด ที่อาจเหมือนกัน คล้ายคลึงกัน หรือแตกต่างกันก็ได้ ท าให้สิ่งมีชีวิตชนิดเดียวกัน อาจมีลักษณะที่คล้ายคลึงกันหรือแตกต่างกันตามยีนที่ได้รับการถ่ายทอดมา ลักษณะของความหลากหลายทางชีวภาพแบ่งได้เป็น 3 ระดับ ดังนี้ -62-
>> ตัวอย่างความหลากหลายทางพันธุกรรมของสุนัข 1.1 การผ่าเหล่า หมายถึง ลูกที่เกิดมามีลักษณะแตกต่าง จากพ่อแม่ อาจเกิดขึ้นเองตามธรรมชาติหรือได้รับสารเคมี เช่น ธาตุ กัมมันตรังสี สารพิษในสิ่งแวดล้อม 1.2 การสืบพันธุ์แบบอาศัยเพศ โดยมีพ่อและแม่ที่มี ลักษณะเด่น และลักษณะด้อยแตกต่างกัน 1.3 การใช้เทคโนโลยีชีวภาพสมัยใหม่ เช่น การ เพาะเลี้ยงเนื้อเยื่อ การผสมเทียม การโคลน การตัดต่อยีน เพื่อเป็นการปรับปรุงพันธุ์และ การขยายพันธุ์ -63- ความหลากหลายทางพันธุกรรมมีสาเหตุดังนี้
-64- 2.ความหลากหลายของชนิดสิ่งมีชีวิต (species diversity) หมายถึง จ านวนชนิดและจ านวนหน่วยสิ่งมีชีวิตที่เป็นสมาชิกของ แต่ละชนิดที่มีอยู่ในแหล่งที่อยู่ในประชากรนั้น ๆ หรือหมายถึงความ หลากหลายของชนิดสิ่งมีชีวิตที่มีอยู่ในพื้นที่หนึ่ง ๆ ตัวอย่างความหลากหลายของชนิดสิ่งมีชีวิต
3. ความหลากหลายของระบบนิเวศหรือแหล่งที่อยู่อาศัย (ecological system diversity หรือ habitat diversity) หมายถึง ความซับซ้อนของลักษณะพื้นที่ที่แตกต่างกันในแต่ละ ภูมิภาคของโลก ประกอบกับสภาพ-ภูมิอากาศ ลักษณะภูมิ ประเทศ ท าให้เกิดระบบนิเวศที่แตกต่างกัน # ระบบนิเวศทุ่งหญ้า -65- # ระบบนิเวศที่ราบริมภูเขา #ระบบนิเวศทะเล # ระบบนิเวศป่า
# ระบบนิเวศบึง # ระบบนิเวศทะเลทราย -66-
สิ่งมีชีวิตและสิ่งแวดล้อมต่างมีความสัมพันธ์ซึ่งกันและกันอย่างซับซ้อน ในระบบนิเวศที่สมดุล โครงสร้างและองค์ประกอบของระบบนิเวศเป็นสิ่งส าคัญที่ช่วย ให้สิ่งมีชีวิตชนิดต่าง ๆ รวมทั้งมนุษย์อยู่ร่วมกันได้อย่างสมดุล เมื่อประชากรมนุษย์ เพิ่มมากขึ้น ความต้องการใช้ทรัพยากรในระบบนิเวศก็เพิ่มขึ้น ท าให้เริ่มท าลาย สิ่งมีชีวิตชนิดอื่น จนท าให้เกิดการเสียสมดุลของระบบนิเวศ ประเทศไทยเป็นประเทศหนึ่งที่มีความหลากหลายทางชีวภาพมาก เนื่องจากสาเหตุ ส าคัญ ดังนี้ 1. ประเทศไทยตั้งอยู่ในเขตร้อนเหนือเส้นศูนย์สูตรเล็กน้อยและอยู่ติดทะเล สภาพภูมิอากาศเหมาะสมต่อการอยู่รอด การเจริญเติบโต จึงท าให้ประเทศไทยมีความ หลากหลายทางชีวภาพมากกว่า 2. ประเทศไทยมีสภาพภูมิอากาศและสภาพภูมิประเทศแตกต่างกันในแต่ละภาค สภาพพื้นดินที่แตกต่างกัน ส่งผลให้เกิดความหลากหลายทางชีวภาพมากขึ้น >> ความหลากหลายทางชีวภาพในประเทศไทย # ตัวอย่างความหลากหลายของสัตว์ -67-
# ความส าคัญของความหลากหลายทางชีวภาพ ความหลากหลายทางพันธุกรรม ความหลากหลายของชนิดสิ่งมีชีวิต และความหลากหลายของระบบนิเวศ เป็นระดับความหลากหลายทางชีวภาพ >> ความหลากหลายทางชีวภาพ มีความส าคัญต่อการรักษาสมดุล ของระบบนิเวศ ความหลากหลายทางชีวภาพ มีความส าคัญอย่างยิ่งต่อสิ่งแวดล้อม เศรษฐกิจ และวัฒนธรรม ดังนั้น การที่ มนุษย์พยายามท าลายความหลากหลาย ทางชีวภาพให้ลดลง และพยายามสร้าง สิ่งที่ทดแทนด้วยความหลากหลายที่อยู่ ในระดับต ่า โดยการตัด ถางป่าไม้ แล้ว ปลูกสวนป่าทดแทน ด้วยเหตุผลทาง เศรษฐกิจ อาจท าให้เกิดการระบาดของรา และสุดท้ายมนุษย์จะต้องรับผิดชอบใน การดูแลรักษาเพื่อให้ระบบนิเวศคงอยู่ได้ >>ระบบนิเวศที่มีความ หลากหลายทางชีวภาพสูง จะรักษา สมดุลได้ดีกว่าระบบนิเวศที่มีความ หลากหลายทางชีวภาพต ่า การก าจัดแมลง รา เป็นต้นเหตุของ ปัญหาการน าสารเคมีเข้าสู่ระบบนิเวศ เป็นการ ท าลายความหลากหลายทางชีวภาพของโลก อย่างรุนแรง ในวงกว้างมากขึ้น นอกจากนี้การ เปลี่ยนแปลงทางธรรมชาติอย่างรวดเร็ว เช่น แผ่นดินไหว ภูเขาไฟปะทุ น ้าท่วม ไฟป่า ส่งผล ให้สิ่งมีชีวิตในระบบนิเวศที่เป็นธรรมชาติ เปลี่ยนแปลงด้วย สิ่งมีชีวิตใดที่ไม่สามารถ ปรับตัวได้ทันก็อาจสูญพันธุ์ซึ่งเป็นการ เปลี่ยนแปลงที่ไม่อาจกลับคืนสู่สภาพเดิมได้ ส่วนสิ่งมีชีวิตที่สามารถปรับตัวได้ก็ต้องมีการ ปรับพฤติกรรมเพื่อความอยู่รอด และสร้างระบบ นิเวศที่อาศัยให้มีความสมบูรณ์ และมั่นคงยั่งยืน -68-
มนุษย์น าความหลากหลายทางชีวภาพที่เป็นทรัพยากรธรรมชาติ อันเอื้อต่อปัจจัยในการด ารงชีวิตให้แก่มนุษย์มาใช้ในด้านต่าง ๆ ดังนี้ 2) ด้านการแพทย์ มนุษย์น าสมุนไพรต่าง ๆ มาใช้ในการบ าบัดรักษาโรค โดยการท ายาแผนโบราณ จึงมีการเก็บสมุนไพรจากป่าอย่างมากมายและต่อเนื่อง ท าให้สมุนไพรลดจ านวนลงอย่างรวดเร็ว แต่ถ้าพืชที่มีลักษณะคล้ายคลึงกันก็อาจน ามา ทดแทนกันได้ ดังนั้น ถ้าพืชมีความหลากหลายทางชีวภาพสูง ท าให้สามารถเลือกใช้ พืชหลายชนิดเพื่อการรักษาโรคได้ 1) ด้านการเกษตร มนุษย์เพาะปลูกพืชเป็นอาหาร เช่น ข้าวโพด มันฝรั่ง ข้าว ซึ่งเป็นพืชที่มีความหลากหลายทางชีวภาพสูง เนื่องจากมีสายพันธุ์ที่มีลักษณะ แตกต่างกันมากมาย 4) ด้านอื่น ๆ การดูแลรักษาระบบนิเวศให้สามารถด ารงอยู่ได้ และให้คงอยู่ และคงทน เช่น การรักษาหน้าดิน การตรึงไนโตรเจนเป็นปุ๋ยในดิน การสังเคราะห์ ด้วยแสง ซึ่งเป็นการสังเคราะห์พลังงานของพืช การควบคุมความชื้น สิ่งเหล่านี้เป็น ประโยชน์ เป็นความส าคัญในด้านนันทนาการและการท่องเที่ยวของมนุษย์ 3) ด้านอุตสาหกรรม มนุษย์ใช้น ้ามันจากพืชพวกปาล์มน ้ามัน และละหุ่ง ผลิตเป็นน ้ามันเชื้อเพลิง ใช้เส้นใยพืชและสัตว์จ าพวกฝ้าย ปอ ไหม ขนสัตว์ชนิด ต่าง ๆ ในอุตสาหกรรมสิ่งทอ ใช้ยีสต์ผลิตแอลกอฮอล์ใช้แบคทีเรียผลิตนมเปรี้ยว -69-
ตัวอย่างความส าคัญของ ความหลากหลาย ทางชีวภาพที่มีต่อมนุษย์ ความหลากหลายทางชีวภาพ มีความส าคัญต่อมนุษย์ในด้านต่าง ๆ เช่น ใช้เป็นอาหาร ยารักษาโรค วัตถุดิบในอุตสาหกรรมต่าง ๆ ดังนั้น จึงเป็นหน้าที่ ของทุกคนในการดูแลรักษาความหลากหลายทางชีวภาพให้คงอยู่ เป็นแหล่งท่องเที่ยว เป็นวัตถุดิบผลิตน ้ามัน เป็นอาหาร เป็นยารักษาโรค -70-
ปัจจัยที่ท าให้ความหลากหลายทางชีวภาพลดลง >> ตัวอย่างปัจจัยที่ท าให้ความหลากหลายทางชีวภาพลดลง การถางป่าชายเลน การขุดบ่อก่อสร้างคันดิน ปัจจัยที่ท าให้ความหลากหลายทางชีวภาพเพิ่มขึ้น -71- 1.การปรับตัวให้เข้ากับสภาพการเปลี่ยนแปลงความเค็ม 2. การปรับตัวต่อสภาวะอุณหภูมิสูง และสภาวะการสูญเสียน ้าจากตัว 3.การปรับตัวเรื่องการหายใจ 4.การปรับตัวด้านการกินอาหารและการหาอาหาร 5.การปรับตัวด้านการสืบพันธุ์ 1.การใช้ทรัพยากรธรรมชาติมากเกินไป 2.การบุกรุกและท าลายป่า 3.การใช้สารเคมีก าจัดศัตรูพืช 4.การสร้างมลพิษจากบ้านเรือน และโรงงานอุตสาหกรรม 5.การท าเกษตรเชิงเดี่ยวที่มุ่งเน้นการค้า และอุตสาหกรรม 6.การน าเข้าสิ่งมีชีวิตต่างถิ่น 7.การเกิดภัยธรรมชาติ 8.การเปลี่ยนแปลงสภาพอากาศ
กระบองเพชรที่อยู่ในทะเลทรายมี การปรับตัวโดยเปลี่ยนใบเป็น หนามเพื่อลดการสูญเสียน ้า กิ้งก่าปรับสีตัวให้กลมกลืนกับ สิ่งแวดล้อมเพื่อพรางตัวในการ หาอาหารและความปลอดภัย ตัวอย่างปัจจัยที่ท าให้ความหลากหลาย ทางชีวภาพเพิ่มขึ้น # การอนุรักษ์ความหลากหลายทางชีวภาพ 1) จัดระบบนิเวศให้ใกล้เคียงตามธรรมชาติ โดยฟื้นฟูหรือพัฒนา พื้นที่เสื่อมโทรมให้คงความหลากหลายทางชีวภาพไว้มากที่สุด 2) จัดให้มีศูนย์อนุรักษ์หรือพิทักษ์สิ่งมีชีวิตนอกถิ่นก าเนิด เพื่อเป็นที่ พักพิงชั่วคราวที่ปลอดภัย ก่อนน ากลับไปสู่ธรรมชาติ เช่น สวนพฤกศาสตร์ ศูนย์เพาะเลี้ยงสัตว์น ้าเค็ม เป็นต้น 3) ส่งเสริมการเกษตรแบบไร่นาสวนผสม และใช้ต้นไม้ล้อมรั้วบ้าน หรือแปลงเกษตร เพื่อให้มีพืชและสัตว์หลากหลายชนิดมาอาศัยอยู่ร่วมกัน ซึ่งเป็นการอนุรักษ์ความหลากหลายทางชีวภาพได้ -72-
สรุปความรู้วิทยาศาสตร์ ชั้นมัธยมศึกษาปีที่3 เรื่อง วัสดุในชีวิต ประจ าวัน -73-
สรุปความรู้ เรื่อง วัสดุในชีวิตประจ าวัน สิ่งต่าง ๆ รอบตัวเราที่จับต้องได้ล้วนท าขึ้นจากวัสดุ (materials) และในชีวิตประจ าวันของเราเกี่ยวข้องกับวัสดุหลายชนิดทั้งที่เป็นวัสดุธรรมชาติ และวัสดุสังเคราะห์ เราสามารถน าวัสดุต่าง ๆ มาใช้ท าผลิตภัณฑ์ได้มากมาย หลายชนิดโดยเลือกสมบัติของวัสดุให้เหมาะสมกับการใช้งานผลิตภัณฑ์นั้น -74- พอลิเมอร์ (Polymer) เป็นสารประกอบที่มีโมเลกุลขนาดใหญ่ เกิดจากสารที่มีโมเลกุลขนาดเล็กจ านวนมากมาท าปฏิกิริยาเคมีกัน โครงสร้างของพอลิเมอร์ที่ได้จะประกอบด้วยหน่วยซ ้า ๆ ที่เรียกว่า มอนอเมอร์ (monomer) จ านวนมากมายึดเหนี่ยวกัน โครงสร้างของ พอลิเมอร์มีทั้งแบบเส้น แบบกิ่ง และแบบร่างแห โครงสร้างแบบเส้น (linear polymer) โครงสร้างแบบกิ่ง (branched polymer) โครงสร้างแบบร่างแห (network polymer)
พอลิเมอร์ที่ประกอบด้วยมอนอเมอร์เพียง 1 ชนิด มาต่อกันเป็นสายยาว พอลิเมอร์ที่ประกอบด้วยมอนอเมอร์ที่มี มากกว่า 1 ชนิด มาเรียงซ ้าต่อกัน พอลิเมอร์ มอนอเมอร์ พอลิเมอร์ มอนอเมอร์ -75-
ประเภทของพอลิเมอร์ พิจารณาตามลักษณะการเกิด >> แบ่งออกได้เป็น 2 ประเภท พิจารณาตามชนิดของมอนอเมอร์ >> แบ่งออกได้เป็น 2 ประเภท เป็นพอลิเมอร์ที่เกิดขึ้นจากการสังเคราะห์ ด้วยการน ามอนอเมอร์มาผ่านกระบวนการ สังเคราะห์ เรียกว่า ปฏิกิริยาพอลิเมอไรเซชัน พอลิเมอร์สังเคราะห์ พอลิเมอร์ธรรมชาติ เป็นพอลิเมอร์ที่เกิดขึ้นเองตาม ธรรมชาติ เช ่น โปรตีน ไหม เซลลูโลส แป้ง ยางธรรมชาติ เป็นพอลิเมอร์ที่ประกอบด้วยมอนอเมอร์ต่างชนิดกัน เช่น โปรตีน ยางเอสบีอาร์ โคพอลิเมอร์หรือพอลิเมอร์ร่วม เป็นพอลิเมอร์ที่ประกอบด้วยมอนอเมอร์ชนิดเดียวกัน เช่น แป้ง เซลลูโลส ไกลโคเจน โฮโมพอลิเมอร์ หรือพอลิเมอร์เอกพันธุ์ -76-
พอลิเมอร์ในชีวิตประจ าวัน -77- พอลิเมอร์ที่ใช้ในชีวิตประจ าวันส่วนใหญ่เป็นประเภท พลาสติก ยาง และเส้นใย ซึ่งแต่ละประเภทมีสมบัติต่างกัน จึงน ามาใช้ประโยชน์ต่างกัน พอลิเมอร์สังเคราะห์ ฝ้าย ไม้ พลาสติก เส้นใยสังเคราะห์ สารที่มีโมเลกุลเป็นสายโซ่ยาวมีโครงสร้างซับซ้อน เรียกว่า พอลิเมอร์ (polymer) มีทั้งที่เป็นพอลิเมอร์ธรรมชาติ และที่เป็นพอลิเมอร์สังเคราะห์ พอลิเมอร์ธรรมชาติ ตัวอย่าง ถ้าเราจ าแนกประเภทของพอลิเมอร์ตามลักษณะการใช้งาน จะจ าแนกได้ เป็น 3 ประเภท คือ พลาสติก ยาง และเส้นใย # สมบัติทางกายภาพของพอลิเมอร์ พลาสติก ยาง และเส้นใย เป็นพอลิเมอร์ที่มีสมบัติทางกายภาพที่แตกต่างกัน เนื่องจากมีโครงสร้างแตกต่างกัน โดยพลาสติกจะอ่อนตัว หรือหลอมเหลวได้ เมื่อได้รับความร้อน ท าให้สามารถขึ้นรูปเป็นรูปทรงต่าง ๆ ได้ ยางเป็นสารพอลิเมอร์ ที่มีสมบัติพิเศษ คือ มีความยืดหยุ่น สามารถยืดออกหรือเปลี่ยนขนาดได้เมื่อถูกดึง และกลับคืนสู่สภาพเดิมได้เมื่อปล่อยแรงดึง ส่วนเส้นใยเป็นสารพอลิเมอร์ที่มี โครงสร้างเหมาะสมต่อการรีด และปั่นเป็นเส้นด้าย ท าให้สามารถดึงเป็นเส้นยาวได้
1) พลาสติก พลาสติก (plastic) เป็นวัสดุที่เข้ามามีบทบาทในชีวิตประจ าวันเป็นอย่าง มากสามารถน ามาใช้ท าผลิตภัณฑ์ต่าง ๆ ได้หลายรูปแบบ เนื่องจากมีสมบัติ พิเศษหลายอย่าง เช่น อ่อนตัวได้เมื่อถูกความร้อน ไม่ผุกร่อนง่าย มีความเหนียว ยืดหยุ่นได้ แข็งแรง น ้าหนักเบา ทนทานต่อการสึกกร่อน ทนทานสารเคมี เป็น ฉนวนไฟฟ้ากันน ้าได้ จ าแนกพลาสติกได้เป็น 2 ประเภท คือ เทอร์มอพลาสติก และเทอร์มอเซต-พลาสติก >> ผลิตภัณฑ์จากพอลิเมอร์ พอลิเมอร์ที่ใช้ในชีวิตประจ าาวันส่วนใหญ่เป็นประเภทพลาสติก ยาง และเส้นใย ซึ่งแต่ละประเภท มีสมบัติต่างกัน จึงน ามาใช้ประโยชน์ ต่างกันดังนี้ (1) เทอร์มอพลาสติก (thermoplastic) เป็นพลาสติกประเภทที่ได้รับ ความร้อนแล้วอ่อนตัว และเมื่ออุณหภูมิลดลงจะแข็งตัว ถ้าให้ความร้อนอีกก็จะอ่อน ตัว และสามารถท าให้กลับเป็นรูปร่างเดิม หรือเปลี่ยนแปลงรูปร่างได้ โดยสมบัติ ของพลาสติกไม่เปลี่ยนแปลง จึงสามารถน ากลับมาแปรใช้ใหม่ (recycle) ได้ การใช้ประโยชน์ เช่น ถุงพลาสติก ภาชนะบรรจุอาหาร กล่องโฟม ของเล่นเด็ก ท่อพีวีซี -78- พอลิเมอร์ที่ใช้ในชีวิตประจ าาวันส่วนใหญ่เป็นประเภทพลาสติก ยาง และเส้นใย ซึ่งแต่ละประเภท มีสมบัติต่างกัน จึงน ามาใช้ประโยชน์ต่างกันดังนี้ 1) พลาสติก พลาสติก (plastic) เป็นวัสดุที่เข้ามามีบทบาทในชีวิตประจ าวันเป็น อย่างมากสามารถน ามาใช้ท าผลิตภัณฑ์ต่าง ๆ ได้หลายรูปแบบ เนื่องจากมี สมบัติพิเศษหลายอย่าง เช่น อ่อนตัวได้เมื่อถูกความร้อน ไม่ผุกร่อนง่าย มีความเหนียวยืดหยุ่นได้ แข็งแรง น ้าหนักเบา ทนทานต่อการสึกกร่อน ทนทานสารเคมี เป็นฉนวนไฟฟ้ากันน ้าได้ จ าแนกพลาสติกได้เป็น 2 ประเภท คือ เทอร์มอพลาสติก และเทอร์มอเซต-พลาสติก (1) เทอร์มอพลาสติก (thermoplastic) เป็นพลาสติกประเภทที่ได้รับ ความร้อนแล้วอ่อนตัว และเมื่ออุณหภูมิลดลงจะแข็งตัว ถ้าให้ความร้อนอีกก็จะอ่อน ตัว และสามารถท าให้กลับเป็นรูปร่างเดิม หรือเปลี่ยนแปลงรูปร่างได้ โดยสมบัติ ของพลาสติกไม่เปลี่ยนแปลง จึงสามารถน ากลับมาแปรใช้ใหม่ (recycle) ได้ การใช้ประโยชน์ เช่น ถุงพลาสติก ภาชนะบรรจุอาหาร กล่องโฟม ของเล่นเด็ก ท่อพีวีซี (2) เทอร์มอเซตพลาสติก (thermosetplastic) เป็นพลาสติกที่ขึ้นรูปด้วย การผ่านความร้อนหรือแรงดัน แล้วจะไม่สามารถน ากลับมาขึ้นรูปใหม่ได้อีกพลาสติก ประเภทนี้เมื่อขึ้นรูปแล้วหากได้รับความร้อนอีกจะไม่อ่อนตัว แต่จะเกิดการแตกหัก มีโครงสร้างแบบร่างแห เมื่อแข็งตัวแล้วจะมีความแข็งแรงมากทนต่อความร้อน และ ความดันได้ดีกว่าเทอร์มอพลาสติก >>พอลิเมอร์ที่ใช้ในชีวิตประจ าวัน การใช้ประโยชน์ เช่น เต้าเสียบไฟฟ้า สารเคลือบผิวหน้าวัสดุ ภาชนะเมลามีน
2) ยาง สิ่งของเครื่องใช้ที่เราใช้กันอยู่เป็น ประจ าทุกวันนี้มีหลายอย่างที่ท าจาก ยาง เช่น ยางลบดินสอ ยางลบปากกา ยางรัดของ พื้นรองเท้ายาง พื้นรองเท้ากีฬา ยางล้อรถจักรยาน ยางล้อรถยนต์ แผ่นรองในขวด สายยางรดน ้า ยางรอง ลูกโป่ง แว่นตากันน ้า ยางล้อรถยนต์ ยาง (rubber) เป็นพอลิเมอร์ประเภทหนึ่ง มีสมบัติพิเศษ คือ มีความ ยืดหยุ่น ยางสามารถยืดตัวได้หลายเท่าของความยาวเดิม เมื่อมีแรงดึงยางจะยืด ตัว และยางจะหดกลับสู่สภาพเดิมเมื่อปล่อยแรงดึง (1) ยางธรรมชาติ เป็นสารพอลิเมอร์ที่มีชื่อทางเคมีว่า พอลิไอโซพรีน (polyisoprene) ประกอบด้วย มอนอเมอร์ที่มีชื่อว่า ไอโซพรีน จ านวน1,500-150,000 โมเลกุล มารวมตัวกันทางเคมี ยางธรรมชาติได้จากต้นยางพารา ชาวสวนยางพาราจะ กรีดน ้ายางจากเปลือกล าต้นมาท าเป็นแผ่นยาง เพื่อเป็นวัตถุดิบที่ จะน าไปท าผลิตภัณฑ์ยางต่อไป ยางแบ่งได้เป็น 2 ประเภท คือ ยางธรรมชาติ และยางสังเคราะห์ -79-
(2) ยางสังเคราะห์ มีสมบัติที่ดีที่ยางธรรมชาติไม่มี เช่น ความต้านทานต่อน ้ามันและแก๊สธรรมชาติ ทั้งนี้ เพราะเรา สามารถควบคุมกระบวนการผลิตให้ได้ยางสังเคราะห์ประเภทต่าง ๆ ตามสมบัติ ที่ต้องการ อย่างไรก็ตามก่อนน ายางสังเคราะห์ไปใช้ก็ต้องผ่านกระบวนการ ปรับปรุงคุณภาพโดยการเผากับก ามะถัน เช่นเดียวกับยางธรรมชาติ ตัวอย่าง -80- (2.1) ยางพอลิบิวตะไดอีน (polybutadien rubber) เป็นยางสังเคราะห์ชนิดแรก มีมอนอเมอร์เป็นบิวตะไดอีน ใช้ท ายางรถยนต์ และยางล้อเครื่องบิน (2.2) ยางสไตรีนบิวตะไดอีน (styrene-butadiene rubber)มีมอนอเมอร์เป็น สไตรีน และแก๊สบิวตะไดอีน มีสมบัติทนทานต่อการขัดถูสูงมาก มีความทนทานต่อแรงดึงต ่า ใช้ท าพื้นรองเท้า ท่อสายยาง สายรัด และยางปูพื้น (2.3) ยางพอลิคลอโรพรีน (polychloroprene rubber)มีมอนอเมอร์เป็นคลอโรพรีน มีสมบัติทนต่อแก๊สโอโซน น ้า กรด และเบส ไม่บวมน ้ามันจึงมักน าไปท าที่ปิดผนึกตาม ขอบประตู หน้าต่าง หรือที่ปิดผนึกในเครื่องใช้ต่าง ๆ (2.4) ยางไอโซพรีน (isoprene rubber) เป็นยางสังเคราะห์ที่มีโครงสร้างเหมือนยาง ธรรมชาติ แต่มีจุดเด่น คือ มีสิ่งเจือปนน้อย คุณภาพสม ่าเสมอ ทั้งก้อนมีสีขาว นิยมน ามาท าจุกนมยาง และอุปกรณ์ทางการแพทย์
3) เส้นใย ข้อดี ข้อเสีย ดูดซับน ้าได้ดี ระบายอากาศได้ดี เมื่อถูกความชื้นจะขึ้นราได้ง่าย เมื่อได้รับความร้อนจะหดตัว ข้อดี น ้าหนักเบา ไม่ดูดซับความร้อน ดูดซับเหงื่อได้ดี เส้นใยธรรมชาติ >>แบ่งได้เป็น 2 ชนิด 1. เส้นใยจากพืช คือ เส้นใยเซลลูโลส ได้จากส่วนต่าง ๆ ของพืช เช่น ฝ้าย นุ่น ลินิน ป่าน ปอ โดยเส้นใยที่น ามาใช้มาก ที่สุด คือ ฝ้าย 2. เส้นใยจากสัตว์ คือ เส้นใยโปรตีน ได้ จากขนสัตว์ เช่น ขนแกะ ขนแพะ รังไหม เส้นใยกึ่งสังเคราะห์>>แบ่งได้เป็น 2 ชนิด 1. เซลลูโลสแอซีเตต เกิดจากปฏิกิริยา ระหว่างเซลลูโลสกับกรดแอซีติก เข้มข้น โดยมีกรดแอซีติกเป็นตัวเร่ง ปฏิกิริยา มีสมบัติคล้ายเซลลูโลส 2. เรยอน มีสมบัติคล้ายขนสัตว์ ไหม ลินิน หรือฝ้าย เส้นใยสังเคราะห์>>แบ่งได้เป็น 2 ชนิด 1. ไนลอน หรือพอลิเอไมด์ หรือ ไนลอน-6,6 เป็นพอลิเมอร์ระหว่างเอมีนกับกรดคาร์บอกซิลิก 2. ดาครอน หรือพอลิเอสเทอร์ เป็นพอลิเมอร์ระหว่างเอทิลีนไกลคอลกับได เมทิล-เทเรฟทาเลต ข้อดี น ้าหนักเบา ทนต่อ จุลินทรีย์ ทนต่อเชื้อรา และแบคทีเรีย ไม่ยับง่าย ไม่ดูดน ้า ทนต่อสารเคมี ซักง่าย และแห้งเร็ว -81- ผลิตภัณฑ์สิ่งทอ เช่น เสื้อผ้า รองเท้า ถุงเท้า ถุงน่อง ขนแปรงต่าง ๆ ผลิตมาจากเส้นใย ผลิตภัณฑ์จากเส้นใยที่เราใช้อยู่ในชีวิตประจ าวัน มาจากเส้นใยมากมายหลายชนิด เส้นใย (fiber) เป็นพอลิเมอร์ที่ประกอบด้วยมอนอเมอร์จ านวนมาก เชื่อมต่อกันด้วยพันธะเคมี เป็นเส้นยาว และมีโครงสร้างที่เหมาะสมต่อ การรีดและปั่นเป็นเส้นด้าย แบ่งเป็น 3 ประเภท คือ เส้นใยธรรมชาติ เส้นใยสังเคราะห์ และเส้นใยกึ่งสังเคราะห์
ผลที่เกิดจากการใช้พอลิเมอร์ต่อสิ่งมีชีวิตและสิ่งแวดล้อม ขยะพลาสติก เมื่อทิ้งลงสู่สิ่งแวดล้อมจะสลายตัวได้ยาก ถ้ามีปริมาณพลาสติกอยู่ในดินมาก จะท าให้ดินขาดความอุดมสมบูรณ์ พืชเจริญเติบโตได้ไม่ดี ปัญหาขยะพลาสติกจึงเป็นปัญหาด้าน สิ่งแวดล้อมของโลก จึงมีความพยายามคิดค้นผลิตพลาสติกที่ย่อย สลายได้ทางชีวภาพ (biodegradable) มาใช้แทนและเปลี่ยน พลาสติกบางชนิดที่ไม่ย่อยสลายเป็นชนิดที่ย่อยสลายได้ แต่ก็ยังไม่ สามารถแก้ปัญหาขยะพลาสติกได้ -82- พอลิเมอร์มีประโยชน์ต่อการด ารงชีวิต มาก แต่ก็ก่อให้เกิดปัญหาตามมาได้ เช่น ปัญหาขยะพลาสติก ขยะอิเล็กทรอนิกส์ที่เป็น อันตราย ดังนั้น หากใช้อย่างฟุ่มเฟือยและไม่ ระมัดระวังก็จะก่อให้เกิดปัญหาสิ่งแวดล้อมได้
เมื่อกล่าวถึงเซรามิก คนส่วนใหญ่มักจะนึกถึงเพียงแค่ของใช้ และผลิตภัณฑ์บางอย่างในบ้าน เช่น ถ้วย จาน ชาม เครื่องสุขภัณฑ์ รวมทั้งกระเบื้องบุผนัง กระเบื้องปูพื้น แต่ที่จริงแล้ว ผลิตภัณฑ์ที่ท าจากเซรามิกมีหลากหลายชนิดและมีประโยชน์มากมาย เซรามิก # ประเภทของเซรามิก เซรามิกสมัยใหม่ (advance ceramics) ตัวอย่างเช่น • ผลิตภัณฑ์ทางการแพทย์ • ผลิตภัณฑ์ไฟฟ้าและอิเล็กทรอนิกส์ • ผลิตภัณฑ์ที่เกี่ยวข้องกับงานเทคนิคขั้นสูง เซรามิกดั้งเดิม (traditional ceramics) ตัวอย่างเช่น • เครื่องปั้นดินเผา • เครื่องแก้ว • ปูนซีเมนต์ • โลหะเคลือบ -83-
สมบัติทางกายภาพของเซรามิก ขึ้นอยู่กับวัตถุดิบที่น ามาใช้ โดยวัตถุดิบที่ใช้ในอุตสาหกรรมเซรามิกแบ่งออกได้เป็น 2 ประเภท คือ วัตถุดิบหลักและวัตถุดิบเสริม # สมบัติทางกายภาพของเซรามิก เฟลด์สปาร์หรือแร่ฟันม้า เป็นสารประกอบในกลุ่มซิลิเกต ใช้ผสมกับเนื้อดิน ท าให้เกิดการ หลอมเหลวที่อุณหภูมิต ่า เกิดการ เปลี่ยนแปลงเป็นเนื้อแก้ว จึงท าให้เซรามิกมีความโปร่งใส ดินเหนียว มีองค์ประกอบทางเคมีที่ส าคัญ คือ สารประกอบออกไซด์ของซิลิคอน และอะลูมิเนียม คล้ายกับที่พบใน ดินขาว แต่ดินเหนียวมีสิ่งเจือปน อื่นๆ ในปริมาณมากกว่า ดินขาว เป็นวัตถุดิบหลักในการผลิตเซรามิก โดยดินขาวบริสุทธิ์ คือ แร่เคโอลิไนต์ (kaolinite; Al2O3 •2SiO2 •2H2O) ควอตซ์ หรือแร่เขี้ยวหนุมาน มีองค์ประกอบหลัก คือ ซิลิกา ส่วนใหญ่มีลักษณะใส ไม่มีสี ช่วยให้ผลิตภัณฑ์เซรามิก เกิดความแข็งแรง ไม่โค้งงอ และท าให้ผลิตภัณฑ์ก่อนเผา และหลังเผาหดตัวน้อยลง -84-
วัสดุในชีวิตประจ าวัน นอกจากจะพบว่าบางชนิด เป็นพอลิเมอร์ เช่น พลาสติก ยาง เส้นใย บางชนิดเป็น เซรามิกแล้ว ยังพบว่าวัสดุบางชนิดอาจมีส่วนประกอบ เป็นสารมากกว่า 1 ชนิดมาผสมกันเพื่อให้มีสมบัติที่ดี ตรงตามวัตถุประสงค์ของการใช้งาน ซึ่งวัสดุดังกล่าว เรียกว่า วัสดุผสม (composite material) # สมบัติทางกายภาพของวัสดุผสม วัสดุผสม -85- สมบัติของวัสดุผสมจะขึ้นอยู่กับวัสดุที่น ามาใช้ประกอบกันเป็นวัสดุผสม โดยวัสดุผสมจะต้องประกอบด้วยวัสดุ 2 แบบ 1. วัสดุเนื้อพื้น (matrix phase) ซึ่งส่วนใหญ่จะเป็นโลหะ เซรามิก หรือพอลิเมอร์ ซึ่งวัสดุเนื้อพื้นแต่ละประเภทจะมีสมบัติต่างกันดังนี้ ▪ โลหะ เป็นวัสดุที่มีความแข็งแรง ทนความร้อนสูง น าาไฟฟ้า เหนียว ดึง เป็นเส้นหรือท าให้เป็นแผ่นได้ แต่มีข้อเสียคือผุกร่อนหรือเกิดสนิมง่าย และหนัก ▪ พอลิเมอร์ เป็นวัสดุที่มีน ้าหนักเบา ความแข็งแรงน้อย ไม่ทนความร้อน ไม่น าไฟฟ้า ▪ เซรามิก เป็นวัสดุที่มีความแข็งแรงสูง ทนความร้อนได้ดี ทนต่อการสึกหรอ หรือผุกร่อนได้ดี แต่เปราะ และหนัก 2. วัสดุเสริมแรง (reinforce phase)เป็นวัสดุที่กระจายอยู่ในวัสดุเนื้อพื้น ช่วยท าาให้ได้ผลิตภัณฑ์มีคณุ ภาพ มีสมบัติเฉพาะที่จะน าไปใช้ผลิต สิ่งต่าง ๆ วัสดุเสริม แรงนี้ต้องไม่ละลาย ไม่ท า ปฏิกิริยากับวัสดุเนื้อพื้น และมีการกระจาย ตัวอยู่ในวัสดุเนื้อพื้นอย่างสม ่าเสมอ
ในชีวิตประจ าวันเราใช้วัสดุผสมต่าง ๆ เพื่อให้ได้สมบัติที่ดีของ วัสดุตรงตามวัตถุประสงค์ของการใช้งาน โดยวัสดุผสมแต่ละชนิดจะมี ส่วนประกอบ และสมบัติแตกต่างกัน ดังนี้ 1) คอนกรีต (concrete) เป็นวัสดุผสมที ่น าไปใช้ในงานก ่อสร้าง ประกอบด้วย 3 ส่วนหลัก คือ 1. ปูนซีเมนต์ 2. หิน ทรายหรือกรวด และ 3. น ้า โดยอาจจะมีสารเคมีเติมเพิ่มเข้าไปส าหรับสมบัติด้านอื่น เมื่อผสมเสร็จคอนกรีต จะแข็งตัวอย่างช้า ๆ ซึ่งน ้าและซีเมนต์จะท าปฏิกิริยาทางเคมีกัน โดยซีเมนต์จะเริ่ม จับตัวกับวัสดุอื่น และแข็งตัว ความแข็งแรงของคอนกรีตจะเพิ่มขึ้นเรื่อย ๆ หลังจาก ที่ผสมและหลังจากแข็งตัวแล้ว 28 วัน ความแข็งแรงจะเริ่มคงที่ 2) คอนกรีตเสริมเหล็ก (reinforced concrete) เมื่อต้องการ เพิ่มความแข็งแรง และความต้านทานแรงดึงของคอนกรีตในบริเวณที่เป็นคาน และโครงสร้าง ถ้าใช้คอนกรีตทั้งหมดจะท าให้มีขนาดใหญ่ และสิ้นเปลือง ดังนั้น จึงได้น าเหล็กเส้นที่มีสมบัติยืดหยุ่นมาเสริม โดยจะเทคอนกรีตเหลว ลงบนตาข่ายของเหล็กเส้นที่จัดวางต าแหน่งคงที่ หลังจากคอนกรีตแข็งตัวจะ ท าให้มีความแข็งแรงและมีความต้านทานแรงดึงได้มากขึ้น ผลิตภัณฑ์จากวัสดุผสม -86-
3) พลาสติกเสริมใยแก้ว (fiberglass reinforced plastic) หรือเรียกว่า ไฟเบอร์กลาส เป็นวัสดุผสม ระหว่างพลาสติกที่เสริมแรงด้วยเส้นใยแก้ว ที่ทอเป็นผืน หรือตัดเป็นชิ้นเล็ก ๆ เพื่อเป็นการประสานสมบัติความแข็ง ของเส้นใยแก้วผสมความยืดหยุ่นของ พอลิเมอร์ ท าให้ได้วัสดุที่มีสมบัติที่ดี ตัวอย่างชิ้นงานต่าง ๆ ที่ท า จากพลาสติกเสริมใยแก้ว หรือไฟเบอร์กลาส 4) พอลิเมอร์เสริมใยคาร์บอน (carbon fiber) เป็นวัสดุผสมระหว่างเส้นใยคาร์บอน และพอลิเมอร์ นิยมใช้ในอุตสาหกรรมการ บินและอากาศยานเพื่อช่วยให้โครงสร้างของ เครื่องบิน สามารถคงความแข็งแรงเหมือนการ ใช้เหล็กอัลลอย อีกทั้งยังทนทานต่อการเกิด สนิมมากกว่าวัสดุประเภทอื่น มีอายุการใช้ งานที่ยาวนานกว่าอะลูมิเนียม ต้องการการ ดูแลรักษาที่น้อยกว่าและใช้ค่าบ ารุงรักษาที่ ถูกกว่า ชิ้นส่วนของเครื่องบินที่ท าจาก วัสดุผสมประเภทพอลิเมอร์ เสริมใยคาร์บอน -87-
จะเห็นได้ว่าสิ่งของที่เราใช้ล้วนท าขึ้นจากวัสดุ ไม่ว่าจะเป็นวัสดุ ธรรมชาติหรือวัสดุสังเคราะห์ เราจ าเป็นต้องใช้วัสดุให้คุ้มค่าและเกิดประโยชน์ สูงสุด เกิดผลเสียต่อสิ่งแวดล้อมน้อยที่สุด 1A3R เป็นแนวคิดในการใช้ทรัพยากร ให้คุ้มค่า และใช้ประโยชน์ได้สูงสุด การรณรงค์เกี่ยวกับแนวทางการใช้วัสดุอย่างคุ้มค่า และส่งผลกระทบต่อสิ่งแวดล้อมน้อยที่สุด การลดการใช้ (reduce) การใช้ซ ้า (reuse) การน ากลับมาใช้ใหม่ (recycle) เป็นการน าผลิตภัณฑ์ พอลิเมอร์สังเคราะห์ที่ผ่านการ ใช้งานแล้ว แต่ยังมีคุณภาพดี กลับมาใช้งานอีกครั้ง เป็นการลดหรือใช้ผลิตภัณฑ์ พอลิเมอร์สังเคราะห์ให้น้อยลง อาจใช้ วัสดุหรือบรรจุภัณฑ์จากธรรมชาติแทน บรรจุภัณฑ์จากพอลิเมอร์สังเคราะห์ หรือใช้บรรจุภัณฑ์ที ่มีความคงทน สามารถน ากลับมาใช้ใหม่ได้ เป็นการน าผลิตภัณฑ์พอลิเมอร์ สังเคราะห์ที่เคยผ่านการใช้งานแล้ว มาผ่านการแปรรูปเป็นผลิตภัณฑ์ใหม่ เพื่อน ากลับมาใช้งานอีกครั้งโดยเฉพาะ พลาสติกซึ่งเป็นผลิตภัณฑ์ที่ใช้กัน อย่างแพร่หลาย แนวทางการใช้วัสดุอย่างประหยัดและคุ้มค่า -88-
การคัดแยกขยะ การคัดแยกขยะโดยการทิ้งขยะให้ถูกประเภทเป็นอีกหนึ่งแนวทาง ที่ช่วยลดปัญหาขยะล้นเมือง ส าหรับขยะที่ย่อยสลายได้ สามารถน าไปหมักเป็นปุ๋ย ได้ เช่น เศษผัก เปลือก ผลไม้ เศษอาหาร ใบไม้ ส าหรับขยะรีไซเคิล หรือขยะที่น าไปแปรรูปได้ เช่น แก้ว กระดาษ กระป๋อง เครื่องดื่ม เศษพลาสติก ส าหรับขยะที่ย่อยสลายยาก และไม่คุ้มค่าส าหรับการน า กลับมาใช้ประโยชน์ใหม่ เช่น ห่อพลาสติกใส่ขนม ซองบะหมี่ กึ่งส าเร็จรูป โฟมบรรจุอาหาร ส าหรับขยะอันตราย หรือขยะที่มีพิษต่อสิ่งมีชีวิต และสิ่งแวดล้อม เช่น หลอดไฟฟ้า ถ่านไฟฉาย กระป๋องสเปรย์ กระป๋องยาฆ่าแมลง -89-
สรุปความรู้วิทยาศาสตร์ ชั้นมัธยมศึกษาปีที่3 เรื่อง ปฏิกิริยาเคมี -90-
สรุปความรู้ เรื่อง ปฏิกิริยาเคมี สารแต่ละชนิดมีสมบัติเฉพาะตัว และแตกต่างจากสมบัติของสารอื่น สมบัติของสารอาจ เปลี่ยนแปลงได้ เช่น ใบไม้เปลี่ยนสีจากสีเขียวเป็นสีน ้าตาล อาหารเกิดการเน่าเสียน ้ามันปรุง อาหารที่ใช้แล้วมีกลิ่นหืน เมื่อให้ความร้อนแก่น ้าแข็ง น ้าแข็งจะหลอมเหลว และถ้าให้ความร้อน ต่อไปก็จะเดือดและกลายเป็นไอ การเปลี่ยนแปลงเช่นนี้เกิดขึ้นได้อย่างไร เราจะได้ศึกษากระบวนการที่สารเปลี่ยนแปลง และผลของการเปลี่ยนแปลงที่อาจส่งผลต่อ ชีวิต และสิ่งแวดล้อม เพื่อให้สามารถใช้สารเคมีอย่างถูกต้อง คุ้มค่า ปลอดภัย ตลอดจนสามารถ ป้องกันและแก้ไขผลของการเปลี่ยนแปลงนั้นอย่างถูกวิธี การเปลี่ยนแปลงของสารที่เกิดขึ้นจะท าให้สมบัติของสารเปลี่ยนแปลงไป การเปลี่ยนแปลงบางอย่างอาจท าให้มีสารใหม่เกิดขึ้น ดังนั้น หากใช้สมบัติของสารเป็นเกณฑ์จะ สามารถจ าแนกประเภทของการเปลี่ยนแปลงได้ 2 ประเภท คือ 1) การเปลี่ยนแปลงทางกายภาพ (chemical change) และ 2) การเปลี่ยนแปลงทางเคมี(physical change) หากสารมีสมบัติ ทางกายภาพเปลี่ยนไปจัดว่าการเปลี่ยนแปลงดังกล่าวเป็น การเปลี่ยนแปลงทางกายภาพ หลัง การเปลี่ยนแปลงทางกายภาพ สมบัติทางเคมีและองค์ประกอบทางเคมีของสารจะยังคงเหมือนเดิม การระเหิดของลูกเหม็น เป็นการเปลี่ยนสถานะจาก ของแข็งเป็นแก๊ส ตัวอย่างการเปลี่ยนแปลงทางกายภาพของสาร ก้อนหินถูกค้อนทุบ จนแตกเป็นก้อนเล็ก ๆ -91-
ปฏิกิริยาเคมี (chemical reaction) หมายถึง การที่สารเดิมซึ่งเป็น สารตั้งต้น (reactant)เกิดการเปลี่ยนแปลงไปเป็นสารใหม่ที่เรียกว่า ผลิตภัณฑ์ (product) ที่มี การจัดเรียงอะตอมของสารใหม่เปลี่ยนไปจากเดิม มีผลท าาให้สมบัติทางเคมี และสมบัติ ทางกายภาพเปลี่ยนไป เช่น สี กลิ่น ความเป็นกรด-เบส จุดหลอมเหลวการน าไฟฟ้า # การเกิดปฏิกิริยาเคมี การเกิดปฏิกิริยาเคมีสามารถเขียนแทนด้วยประโยคสัญลักษณ์ เรียกว่า สมการเคมี (chemical equation) ตัวอย่างเช่น ปฏิกิริยาระหว่างแก๊สไฮโดรเจนกับแก๊สออกซิเจนได้ น ้าเป็นผลิตภัณฑ์ อะตอมของออกซิเจน อะตอมของไฮโดรเจน แก๊สไฮโดรเจน แก๊สออกซิเจน น ้า สารตั้งต้น สารตั้งต้น ผลิตภัณฑ์ เขียนสมการเคมีได้เป็น 2H 2H2O 2 + O2 → ตัวอย่างการเปลี่ยนแปลงทางเคมีของสาร การเกิดสนิมของตะปู การติดไฟของกระดาษ -92-
สารตั้งต้น ผลิตภัณฑ์ 2H2 (g) + O2 (g) 2H2 O (l) การเปลี่ยนแปลงทางเคมีของสาร ท าให้เกิดสารใหม่ที่มีสมบัติเปลี่ยนไปจากเดิม -93- เราเรียกสารก่อนการเปลี่ยนแปลงว่าสารตั้งต้น (reactant) และ เรียกสารใหม่ที่เกิดขึ้นจากปฏิกิริยาว่า ผลิตภัณฑ์(product) การเกิดปฏิกิริยาเคมีตามตัวอย่างที่กล่าวมา สามารถเขียนอธิบาย การเปลี่ยนแปลงได้ด้วยสมการข้อความ ดังนี้ สารตั้งต้น ผลิตภัณฑ์ หากใช้สัญลักษณ์ธาตุในการเขียนสูตรเคมีของสารตั้งต้น และผลิตภัณฑ์จะเรียกสัญลักษณ์แสดงการเปลี่ยนแปลงในปฏิกิริยา ดังกล่าวว่า สมการเคมี (chemical equations) สมการเคมี เป็นการแสดงการเกิดปฏิกิริยาโดยใช้สัญลักษณ์ หรือสูตรเคมี ของสารตั้งต้น และผลิตภัณฑ์ที่เกี่ยวข้องในปฏิกิริยาเคมี ใช้ลูกศรแสดงทิศทาง การเปลี่ยนแปลงจากสารตั้งต้นเกิดเป็นผลิตภัณฑ์ ท าให้ทราบว่า 1. ชนิดของสารที่ท าปฏิกิริยากัน และชนิดของสารใหม่ที่เกิดขึ้น 2. ปริมาณของสารที่ท าปฏิกิริยาพอดีกัน และปริมาณสารใหม่ที่เกิดขึ้น A และ B คือ สารตั้งต้น C และ D คือ ผลิตภัณฑ์ เช่น A + B C+D สมการเคมี (chemical equations)
สารตั้งต้น คือ แก๊สไฮโดรเจน (H ) และแก๊สออกซิเจน (O) ผลิตภัณฑ์ คือ น ้า (H2 O) ถ้าใช้ H2 2 โมเลกุล ท าปฏิกิริยาพอดีกับ O2 1 โมเลกุล เกิด H 2 O 2 โมเลกุล แก๊สไฮโดรเจน 2 โมเลกุล ท าปฏิกิริยาพอดีกับแก๊สออกซิเจน 1 โมเลกุล เกิดเป็นน ้า 2 โมเลกุล ความหมาย อ่านว่า ตัวอย่าง -94- 2H2 (g) + O2 (g) 2H2O (g) หลักการเขียนสมการเคมี สมการเคมี (chemical equation) เขียนขึ้นแทนการเกิดปฏิกิริยาระหว่างสาร ตั้งต้นกับการเกิดผลิตภัณฑ์ซึ่งเขียนได้ 2 แบบ ดังนี้ 1. สมการข้อความ เป็นการเขียนสมการโดยเขียนชื่อสารตั้งต้นไว้ด้านซ้ายมือ ถ้ามีมากกว่า 1 สาร ให้ใช้เครื่องหมายบวก (+) คั่นระหว่างสาร แล้วใช้ลูกศร (→) แทนการเกิดปฏิกิริยาเคมี แล้วจึง เขียนชื่อผลิตภัณฑ์ด้านขวามือ เช่น แก๊สไนโตรเจน+ แก๊สไฮโดรเจน → แก๊สแอมโมเนีย โลหะแมกนีเซียม +แก๊สออกซิเจน → แมกนีเซียมออกไซด์ สารละลายแคลเซียมไฮดรอกไซด์ + แก๊สคาร์บอนไดออกไซด์ → แคลเซียมคาร์บอเนต + น ้า เผา
2. สมการเคมีที่เขียนแทนด้วยสูตรเคมี มีหลักการเขียนดังนี้ 2.1 เขียนสูตรเคมีของสารตั้งต้นไว้ด้านซ้าย ถ้ามีมากกว่า 1 ชนิด ใช้เครื่องหมายบวก (+) คั่น 2.2 เขียนลูกศร (→) แสดงการเกิดปฏิกิริยา 2.3 เขียนสูตรเคมีของผลิตภัณฑ์ไวด้านขวา 2.4 ดุลสมการเคมีโดยน าาตัวเลขที่เหมาะสมไปใส่หน้าสูตรเคมีทั้งด้านซ้ายและด้านขวา เพื่อ ท าาให้จ านวนอะตอมของทุกธาตุในสารตั้งต้นเท่ากับจ านวนอะตอมของทุกธาตุในผลิตภัณฑ์ เช่น แก๊สไฮโดรเจนท าปฏิกิริยากับแก๊สออกซิเจนได้ไอน ้าา เขียนแทนด้วยสมการเคมี H2 (g) +O2 (g) H2 O(g) 2H2 (g) + O2 (g) 2H2 O(g) เมื่อดุลสมการ -95- สรุปการเขียนสมการเคมี สารตั้งต้นอยู่ซ้าย ผลิตภัณฑ์อยู่ขวา คั่นด้วย มีหลักการดังนี้ เขียนสารตั้งต้นและผลิตภัณฑ์ด้วยสูตรเคมี และระบุสถานะของสาร ดุลจ านวนอะตอมของธาตุแต่ละธาตุของสารตั้งต้น และผลิตภัณฑ์ให้เท่ากัน
# ระบบและสิ่งแวดล้อมกับการเปลี่ยนแปลงของสาร การศึกษาเกี่ยวกับการเปลี่ยนแปลงของสารจะต้องก าหนดขอบเขตที่จะ ศึกษา โดยสสารหรือสิ่งต่าง ๆ ที่เราก าลังสนใจศึกษาเรียกว่า ระบบ (system) ส่วนสิ่งที่อยู่นอกขอบเขตที่เราต้องการศึกษา เช่น ภาชนะ อุปกรณ์ ความดัน อุณหภูมิของอากาศโดยรอบ เรียกว่า สิ่งแวดล้อม (environment) ระบบในการเกิดการเปลี่ยนแปลงทางเคมี จ าแนกออกเป็น 3 ระบบ ตามการเปลี่ยนแปลงของมวลและพลังงานที่เกี่ยวข้องในระบบนั้น ดังนี้ 1) ระบบเปิด (open system) คือ ระบบที่มีการถ่ายโอนทั้งพลังงาน และมวล ของสารในระบบกับสิ่งแวดล้อม ท าให้มวล และพลังงานของระบบก่อนท าปฏิกิริยาไม่ เท่ากับหลังท าปฏิกิริยา เช่น • ตั้งน ้าปูนใสทิ้งไว้จะมีตะกอนขุ่นขาวเกิดขึ้น มวลของสารจะเพิ่มขึ้น เนื่องจากมีแก๊สคาร์บอนไดออกไซด์ในอากาศลงไปท าปฏิกิริยา • การระเหิดของลูกเหม็นในบีกเกอร์ ท าให้มีมวลลดลง 2) ระบบปิด (closed system) คือ ระบบที่ไม่มีการถ่ายโอนมวลของสาร ในระบบกับสิ ่งแวดล้อม ดังนั้น มวลของสารก ่อนเกิดปฏิกิริยา และหลังการ เกิดปฏิกิริยาจะคงที่ส่วนใหญ่เกิดในภาชนะปิด แต่ถ้าภาชนะเปิดสารในปฏิกิริยา ทุกชนิดจะไม่มีสถานะแก๊ส เช่น การละลายน ้าตาลในน ้า,น ้าแข็งหลอมเหลวเป็นน ้า -96- >> ประเภทของระบบ
ระบบปิด ระบบเปิด มวลของสารก่อนเกิดปฏิกิริยาจะเท่ากับ มวลของสารหลังเกิดปฏิกิริยา ซึ่งเป็นไปตามกฎทรงมวล ปฏิกิริยาในภาชนะปิด มวลของสารก่อนเกิดปฏิกิริยาจะไม่เท่ากับ มวลของสารหลังเกิดปฏิกิริยา เนื่องจากแก๊สที่ เป็นผลิตภัณฑ์จะออกสู่ภายนอกภาชนะ ปฏิกิริยาในภาชนะเปิด ผลิตภัณฑ์ที่เกิดขึ้นในภาชนะเปิด กับภาชนะปิดแตกต่างกันอย่างไร ? CH4 2O2 CO2 2H2O CH4 2O2 2H2 O CO2 -97-
3) ระบบโดดเดี่ยว (isolated system) คือ ระบบที่ไม่มีการถ่ายโอนทั้งมวล และพลังงานในระบบกับสิ่งแวดล้อม ท าให้มวล และพลังงานของระบบก่อนและหลังท า ปฏิกิริยาเท่ากัน เช่น กระติกน ้าร้อนที่มีฉนวนหุ้มอย่างดี ตาราง การเปลี่ยนแปลงพลังงานและการเปลี่ยนแปลงมวล ของสารในระบบเปิด ระบบปิด และระบบโดดเดี่ยว มวลของสารกับการเกิดปฏิกิริยาเคมี เมื่อสารเกิดปฏิกิริยาเคมี มวลของสารในระบบมีการเปลี่ยนแปลงหรือไม่ อย่างไร นักเรียนจะได้ศึกษาจากการทดลองต่อไปนี้ เมื่อหย่อนหินปูนลงในสารละลายกรดไฮโดรคลอริกพบว่า มีปฏิกิริยาเคมีเกิดขึ้น สังเกตได้จากมีฟองแก๊สเกิดขึ้น ซึ่งสามารถเขียน สมการข้อความ และสมการเคมี แสดง ปฏิกิริยาได้ ดังนี้ -98- ชนิดของระบบ การเปลี่ยนแปลง พลังงานของระบบ การเปลี่ยนแปลง มวลของระบบ ตัวอย่าง ระบบเปิด ระบบปิด ระบบโดดเดี่ยว สารละลายกรดไฮโดรคลอริก + แคลเซียมคลอไรด์ แคลเซียมคาร์บอเนต + น ้า + แก๊สคาร์บอนไดออกไซด์