04/05/2024
รางวัลโนเบลสาขาเคมีครั้งแรก
มอบให้กับผลงานเรื่องอะไร?
(เรียบเรียงโดย อ.ณัฐนันท์ รัตนชื่อสกุล)
ย้อนกลับไปราว 120 ปีก่อน รางวัลโนเบลครั้งแรกของโลกในปี ค.ศ. 1901เป็นของชายชาวเนเธอร์แลนด์ ชื่อ ยาโกบึส แฮ็นรีกึส วันต์โฮฟฟ์ (Jacobus H. van 't Hoff) สำหรับการศึกษาอัตราการเกิดปฏิกิริยาเคมี สมดุลเคมี และความดันออสโมติกในสารละลาย เรียกได้ว่าเขาเป็นหนึ่งในเสาหลักของผู้ก่อตั้งศาสตร์เคมีเชิงฟิสิกส์เลยก็ว่าได้
ในปี ค.ศ. 1884 เขาได้ตีพิมพ์หนังสือชื่อ Études de Dynamiquechimique ซึ่งเป็นการศึกษาพลศาสตร์เคมีโดยเนื้อหาสำคัญนั้นเกี่ยวข้องกับวิธีการหาอันดับของปฏิกิริยาโดยใช้กราฟ ซึ่งอับดับของปฏิกิริยาเป็นเรื่องที่ปรากฎอยู่ในแทบทุกตำราเรียนเคมีม.ปลายทุกวันนี้
นอกจากนี้ เขายังได้ประยุกต์ใช้องค์ความรู้ทางเทอร์โมไดนามิกส์ โดยการรบกวนสมดุลเคมีโดยการเปลี่ยนแปลงอุณหภูมิ และสังเกตการณ์เปลี่ยนแปลงของปฏิกิริยาแบบผันกลับได้ ซึ่งมันเป็นปฏิกิริยาที่สารตั้งต้นทำปฏิกิริยากันแล้วได้สารผลิตภัณฑ์ แต่ในขณะเดียวกัน สารผลิตภัณฑ์ที่เกิดขึ้นบางส่วนก็สามารถทำปฏิกิริยากันเอง แล้วเกิดปฏิกิริยาย้อนกลับมาเป็นสารตั้งต้นอีกครั้ง
เมื่อใดก็ตามที่ อัตราการเกิดปฏิกิริยาไปข้างหน้าเท่ากับอัตราการเกิดปฏิกิริยาย้อนกลับจะส่งผลให้ปริมาณของสารตั้งต้น และปริมาณของผลิตภัณฑ์นั้นคงที่ (แต่ไม่จำเป็นต้องเท่ากัน) เราเรียกสภาวะนี้ว่า ภาวะสมดุลเคมี (Chemical equilibrium)
ตัวอย่างเช่นภายในขวดโซดาที่ปิดฝาสนิท คาร์บอนไดออกไซด์ที่ละลายอยู่ในน้ำนั้นจะอยู่ในรูปของกรดคาร์บอนิก อย่างไรก็ตาม ก็ยังมีแก๊สคาร์บอนไดออกไซด์อยู่ที่ช่องว่างระหว่างขวดกับฝา ซึ่งแก๊สคาร์บอนไดออกไซด์จะลงไปละลายในโซดา และคาร์บอนไดออกไซด์ในโซดาก็เปลี่ยนกลับมาอยู่ในรูปของแก๊สตลอดเวลาเช่นเดียวกันจึงอยู่ในภาวะสมดุล โดยเขาได้ศึกษาบทบาทที่ความร้อนไปรบกวนสมดุลเคมี แล้วก่อให้เกิดสมดุลใหม่ขึ้น
.
ในปีถัดมา เขาได้บรรยายถึงศัพท์สำคัญที่เรียกว่า “ความดันออสโมติก” ซึ่งเป็นปรากฏการณ์ที่มีบทบาทในร่างกายสัตว์และพืชเป็นอย่างมาก โดยความเข้มข้นของสารละลายรอบเซลล์ ส่งผลต่อรูปร่างของเซลล์ และขนาดของเซลล์ด้วยเหมือนกัน โดยแบ่งออกได้เป็น 3 รูปแบบคือ
- ถ้าสารละลายมีความดันออสโมติกมากกว่าความดันออสโมติกในเซลล์เรียกว่า ไฮเปอร์โทนิก (hypertonic) ซึ่งจะทำให้ขนาดของเซลล์เล็กลงกว่าเดิม หรือเซลล์เหี่ยวได้
- ถ้าสารละลายมีความดันออสโมติกเท่ากับความดันออสโมติกในเซลล์ เรียกว่า ไอโซโทนิก (isotonic) เซลล์ยังคงมีรูปร่างเหมือนเดิม ไม่มีการเปลี่ยนแปลงขนาดของเซลล์
- ถ้าสารละลายมีความดันออสโมติกต่ำกว่าความดันออสโมติกในเซลล์เรียกว่า ไฮโปโทนิก (hypotonic) เซลล์มีขนาดใหญ่ขึ้นกว่าเดิม หรือเซลล์แตกได้
ตัวอย่างการประยุกต์ใช้ในปัจจุบันเช่น ทางการแพทย์ได้ใช้ประโยชน์ของความดันออสโมติกมาใช้ควบคู่กับการให้ยาปฏิชีวนะเพนนิซิลิน (penicillin) ที่ป้องกันไม่ให้แบคทีเรียสร้างผนังเซลล์ได้ เมื่อแบคทีเรียไม่สามารถสร้างผนังเซลล์ เซลล์ก็จะถูกทำลายด้วยแรงดันของน้ำที่แพร่เข้าไปในเซลล์
การค้นพบทั้งหมดที่กล่าวมานี้ ทำให้ Jacobus H. van 't Hoff จึงเป็นนักเคมีคนแรกที่ได้รับรางวัลโนเบลในปี ค.ศ. 1901
อ้างอิง
1. https://www.nobelprize.org/prizes/chemistry/1901/hoff/biographical/
2. https://www.britannica.com/biography/Jacobus-Henricus-van-t-Hoff
3. Chang, Raymond, Chemistry. Boston: McGraw-Hill, 2002.
4. Levine, Ira N., Physical Chemistry, 6th edition. Boston: McGraw-Hill, 2009.
