วิทยาศาสตร์ของตัวดูดน้ำ
หลายคนคงเคยได้ยินข่าวหรืออาจจะเคยพบเห็นของเล่นชนิดหนึ่งที่เรียกว่า “ตัวดูดน้ำ” ที่มีรูปร่างเป็นสัตว์ต่าง ๆ และมีลักษณะพิเศษ เมื่อนำของเล่นชนิดนี้ไปแช่น้ำ มันสามารถจะพองหรือขยายขนาดใหญ่กว่าเดิมหลายเท่า ทำให้หลายคนสงสัยว่า แล้วตัวดูดน้ำทำมาจากอะไร? ทำไมมันจึงสามารถขยายตัวได้มากขนาดนั้น? วันนี้ทีนเอ็มไทย มีคำตอบมาฝากเพื่อนๆ กันค่ะ…วิทยาศาสตร์ของตัวดูดน้ำ
วิทยาศาสตร์ของตัวดูดน้ำ
เรื่องน่ารู้ >> วิทยาศาสตร์ของตัวดูดน้ำ
ของเล่นตัวดูดน้ำประกอบด้วยวัสดุ 2 ชนิดคือ สารโพลิอะคริลามีด (polyacrylamide) และสารไวนิลอะซีเตด-เอทิลีนโคโพลิเมอร์ (vinylacetate-ethylene copolymer) สารโพลิอะคริลามีดเป็นโพลิเมอร์ที่มีสมบัติของการดูดซับน้ำไว้ในโมเลกุลได้เป็นจำนวนมาก ผลการทดลองในห้องปฏิบัติการพบว่า สารสามารถดูดซับน้ำกลั่นในปริมาณมากกว่าน้ำหนักโพลิเมอร์ถึง 800 เท่า แต่หากทดลองกับน้ำชนิดอื่นอย่างเช่นน้ำประปาแล้ว ความสามารถในการดูดซับน้ำจะลดลง เพราะโดยทั่วไปน้ำประปามีสารต่าง ๆ เจือปนและแขวนลอยอยู่ สารนี้นอกจากถูกนำมาใช้เป็นของเล่นตัวดูดน้ำแล้วยังนิยมใช้เป็นดินวิทยาศาสตร์ที่มีลักษณะเหมือนวุ้นใสมีสีสันสวยงาม เพราะสามารถเก็บกักน้ำได้มากซึ่งช่วยให้ไม่ต้องเสียเวลาในการรดน้ำบ่อย
ในทางวิชาการนั้น สารที่มีสมบัติดูดซับน้ำได้ในปริมาณมากจะถูกเรียกว่า สารโพลิเมอร์ดูดซับยิ่งยวด (super absorbent polymer – SAP) นอกจากสารโพลิอะคริลามีดที่ได้กล่าวมาแล้ว ยังมีสารอื่น เช่น สารโพลิอะคริลิกแอซิด (polyacrylic acid) สารโซเดียมโพลิอะคริเลต (sodium polyacrylate) เป็นต้น สารสองชนิดนี้เป็นสารดูดซับยิ่งยวดที่ถูกนำมาประยุกต์ใช้กับการดูดซับน้ำเช่นกัน แต่นิยมใช้เป็นสารดูดซับน้ำสำหรับผลิตภัณฑ์อย่างพวกผ้าอ้อมสำเร็จรูปสำหรับเด็ก-ผู้ใหญ่ และผ้าอนามัยมากกว่า
สำหรับวัสดุชนิดที่สองที่เป็นอีกองค์ประกอบหนึ่งของตัวดูดน้ำคือ สารไวนิลอะซีเตด-เอทิลีนโคโพลิเมอร์ซึ่งเป็นโพลิเมอร์ได้จากปฏิกิริยาการเกิดโพลิเมอร์ระหว่างไวนิลอะซีเตดโมโนเมอร์ กับเอทิลีนโมโนเมอร์ โพลิเมอร์นี้ทำหน้าที่เป็นเสมือนแกนโครงสร้าง ทำให้ตัวดูดน้ำไม่สูญเสียรูปทรงไปเพราะการพองตัว ผู้เล่นจึงสามารถแช่ตัวดูดน้ำจนพอง นำมาผึ่งหรือตากให้น้ำระเหยแห้ง แล้วนำมาแช่น้ำซ้ำใหม่ได้หลายครั้ง โดยไม่ว่าจะแช่น้ำจนพองหรือหลังจากตากแห้งแล้ว รูปลักษณ์ (ไม่ใช่ขนาด) ของตัวดูดน้ำก็ไม่มีการเปลี่ยนแปลง
ความลับของการขยายร่าง โดยทั่วไปการละลายของสาร คือ การที่สารชนิดหนึ่งแพร่กระจายจนมีความเข้มข้นของสารเท่ากันหมดทั่วทั้งของเหลว แต่ในตัวดูดน้ำนี้ เนื่องจากมันประกอบขึ้นจากสารโพลิเมอร์ดูดซับยิ่งยวดซึ่งเป็นสารโพลิเมอร์ที่โมเลกุลมีขนาดใหญ่มาก อีกทั้งโครงสร้างโมเลกุลก็มีลักษณะคล้ายร่างแห หรือตาข่าย ดังนั้นเมื่อโมเลกุลของน้ำแทรกซึมเข้าไปโมเลกุลของสารแล้ว โมเลกุลของสารโพลิเมอร์จึงเพียงแต่ถูกทำให้คลายตัวออกมา แต่ไม่สามารถแพร่กระจายออกได้เพราะการยึดติดกันของเส้นสายโพลิเมอร์ในโมเลกุลเอง จึงทำให้ลักษณะภายนอกหลังจากโพลิเมอร์ดูดน้ำเข้าไปแล้วมีลักษณะเป็นก้อนคล้ายวุ้น หรือเจลใส และเมื่อนำก้อนโพลิเมอร์ที่อุ้มน้ำนั้นมาตากแดด หรืออบด้วยความร้อนเพื่อไล่น้ำแล้วก็จะได้สารโพลิเมอร์กลับคืนมาเหมือนเดิม
ส่วนการที่โมเลกุลของน้ำสามารถยึดเกาะกับโมเลกุลของสารโพลิเมอร์ได้นั้น เกิดจากหมู่เอมีน (-NH2) ของสารโพลิอะคริลามีดเกิด “พันธะไฮโดรเจน” กับโมเลกุลน้ำ (H2O) แรงนี้เป็นแรงดึงดูดอย่างอ่อนที่เกิดเฉพาะอะตอมของไฮโดรเจนกับอะตอมของออกซิเจน (O) หรือไนโตรเจน (N) หรือฟลูออรีน (F) เท่านั้น
ปัจจุบัน ของเล่นวิทยาศาสตร์ของตัวดูดน้ำ
มีรูปแบบออกมาจำหน่ายมากมายดึงดูดความสนใจทั้งเด็กและผู้ใหญ่ อย่างไข่ไดโนเสาร์ เล่นโดยนำไปแชร์ทั้งไข่ในน้ำ ตัวดูดน้ำข้างในก็จะเริ่มขยายตัวและผลักตัวเองออกมาจากไข่ มีลักษณะคล้ายกับการฝักตัวของไข่ไดโเสาร์ หรือถ้าเป็นกลุ่มผู้ใหญ่ที่ชอบเลี้ยงต้นไม้ แต่มักเลี้ยงแล้วตาย ก็มีตัวดูดน้ำที่เป็นเหล่าบรรดาต้นกระบองเพชรสนองความต้องการเช่นกัน ทั้งเลี้ยงง่าย โตไว ตายยาก สวยงาม พร้อมตั้งโชว์ได้ คุณสมบัติที่ดึงดูดให้เจ้าวิทยาศาสตร์ของตัวดูดน้ำ กลับมาฮอตฮิตอีกครั้ง ได้ไม่ยาก
ของเล่นอันตรายและไร้ประโยชน์ แต่ในประเทศไทยก็ยังมีการสั่งห้ามนำเข้าของเล่นตัวดูดน้ำเข้ามาจำหน่ายอย่างเด็ดขาด เนื่องจากเกรงว่าเด็กเล็กอาจเผลอหยิบของเล่นชนิดนี้กลืนเข้าไปในร่างกาย แต่ในต่างประเทศ (ที่พัฒนาแล้ว) นั้น ของเล่นชนิดนี้สามารถนำมาใช้เป็นของเล่น และเป็นสื่อการเรียน การสอนทางด้านวิทยาศาสตร์ได้ และแม้ว่าตัวดูดน้ำจะเป็นของเล่นที่ถูกมองว่ามีอันตราย (สำหรับเด็กในประเทศไทย) แต่ในแง่มุมการออกแบบและประยุกต์ใช้แล้ว ต้องถือว่าสิ่งนี้มีความน่าสนใจในแง่ของการนำสมบัติเฉพาะตัวออกมานำเสนอได้อย่างน่าสนใจทีเดียว
เรียบเรียงโดย teen.mthai.com
ข้อมูล : atcloud.com
No comments:
Post a Comment