การทดลองถือเป็นหัวใจของการศึกษาค้นคว้าทางเคมีที่สามารถนําไปสู่การค้นพบและความรู้ใหม่ ทางเคมี นอกจากนี้การปฏิบัติการทดลองยังสามารถช่วยให้นักเรียนเกิดความรู้และความเข้าใจใน บทเรียนได้ดียิ่งขึ้น การทดลองทางเคมีสําหรับนักเรียนนิยมทําในห้องปฏิบัติการ โดยมีข้อควรปฏิบัติ และควรหลีกเลี่ยงที่เกี่ยวข้องกับความปลอดภัยในการทําปฏิบัติการ การจัดการเกี่ยวกับอุบัติเหตุจาก สารเคมี ความเที่ยงความแม่น หน่วยวัด และวิธีการทางวิทยาศาสตร์
การทำปฏิบัติการเคมีได้อย่างปลอดภัยจะต้องคำนึงถึงเรื่องใดบ้าง
1.1 ความปลอดภัยในการทำงานกับสารเคมี
การทำปฏิบัติการเคมีส่วนใหญ่ต้องมีความเกี่ยวข้องกับสารเคมี อุปกรณ์และเครื่องมือต่าง ๆ ซึ่งผู้ทำปฏิบัติการต้องตระหนักถึงความปลอดภัยของตนเอง ผู้อื่น และสิ่งแวดล้อม โดยผู้ทำปฏิบัติการ
ควรทราบเกี่ยวกับประเภทของสารเคมีที่ใช้ ข้อควรปฏิบัติในการทำปฏิบัติการเคมี และการกำจัด
สารเคมีที่ใช้แล้วหลังเสร็จสิ้นปฏิบัติการ เพื่อให้สามารถทำปฏิบัติการเคมีได้อย่างปลอดภัย
1.1.1 ประเภทของสารเคมี
สารเคมีมีหลายประเภท แต่ละประเภทมีสมบัติแตกต่างกัน สารเคมีจึงจำเป็นต้องมีฉลากที่มีข้อมูลเกี่ยวกับความเป็นอันตรายของสารเคมีเพื่อความปลอดภัยในการจัดเก็บ การนำไปใช้ และการกำจัด โดยฉลากของสารเคมีที่ใช้ในห้องปฏิบัติการควรมีข้อมูล ดังนี้
1. ชื่อผลิตภัณฑ์
2. รูปสัญลักษณ์ แสดงความเป็นอันตรายของสารเคมี
3. คำเตือน ข้อมูลความเป็นอันตราย และข้อควรระวัง
4. ข้อมูลของบริษัทผู้ผลิตสารเคมี
ผู้ใช้สังเกตได้ง่าย สัญลักษณ์แสดงความเป็นอันตรายมีหลายระบบ ในที่นี้จะกล่าวถึง 2 ระบบ ที่
มีการใช้กันอย่างแพร่หลาย คือ Globally Harmonized System of Classifi cation and Labelling of Chemicals (GHS) ซึ่งเป็นระบบที่ใช้สากล และ National Fire Protection Association Hazard Identifi cation System (NFPA) เป็นระบบที่ใช้ในสหรัฐอเมริกา ซึ่งสัญลักษณ์ทั้งสองระบบนี้ สามารถพบเห็นได้ทั่วไปบนบรรจุภัณฑ์สารเคมี
ในระบบ GHS จะแสดงสัญลักษณ์ในสี่เหลี่ยมกรอบสีแดง พื้นสีขาว ลักษณะดังรูป
สำหรับสัญลักษณ์แสดงความเป็นอันตรายในระบบ NFPA จะใช้สีแทนความเป็นอันตรายในด้านต่าง ๆ
ได้แก่ แสงสีแดงแทนความไวไฟ สีน้ำเงินแทนความเป็นอันตรายต่อสขุภาพ สีเหลืองแทนความว่องไวในการเกิดปฏิกิริยาเคมี โดยใส่ตัวเลข 0 ถึง 4 เพื่อระบุระดับความเป็นอันตรายจากน้อยไปหามากและช่องสีขาวใช้ใส่อักษรหรือสัญลักษณ์ที่แสดงสมบัติที่เป็นอันตรายด้านอื่น ๆ ดังตัวอย่างในรูป
นอกจากฉลากและสัญลักษณ์แสดงความเป็นอันตรายต่าง ๆ ที่ปรากฏบนบรรจุภัณฑ์ของสารเคมี
แล้ว สารเคมีทุกชนิดยังต้องมีเอกสารความปลอดภัย (safety data sheet, SDS) ซึ่งมีข้อมูลเกี่ยวกับ
ความปลอดภัยในการใช้สารเคมีอย่างละเอียด เช่น สมบัติและองค์ประกอบของสารเคมี ความเป็น
อันตราย การปฐมพยาบาลเบื้องต้น
1.1.2 ข้อควรปฏิบัติในการทำปฏิบัติการเคมี
การทําปฏิบัติการเคมีให้เกิดความปลอดภัยนอกจากต้องทราบข้อมูลของสารเคมีที่ใช้แล้ว ผู้ทําปฏิบัติการควรทราบเกี่ยวกับการปฏิบัติตนเบื้องต้นทั้งก่อน ระหว่าง และหลังทําปฏิบัติการ ดังต่อไปนี้
ก่อนทำการปฏิบัติการ
1) ศึกษาขั้นตอนหรือวิธีการทําปฏิบัติการให้เข้าใจ วางแผนการทดลอง หากมีข้อสงสัยต้อง สอบถามครูผู้สอนก่อนที่จะทําการทดลอง
2) ศึกษาข้อมูลของสารเคมีที่ใช้ในการทดลอง เทคนิคการใช้เครื่องมือ วัสดุอุปกรณ์ ตลอดจน วิธีการทดลองที่ถูกต้องและปลอดภัย
3) แต่งกายให้เหมาะสม เช่น สวมกางเกงหรือกระโปรงยาว สวมรองเท้ามิดชิดส้นเตี้ย คนที่มี ผมยาวควรรวบผมให้เรียบร้อย หลีกเลี่ยงการสวมใส่เครื่องประดับและคอนแทคเลนส์
ขณะทำปฏิบัติการ
1) ข้อปฏิบัติโดยทั่วไป
1.1 สวมแว่นตานิรภัย สวมเสื้อคลุมปฏิบัติการที่ติดกระดุมทุกเม็ด ควรสวมถุงมือเมื่อ ต้องใช้สารกัดกร่อนหรือสารที่มีอันตราย ควรสวมผ้าปิดปากเมื่อต้องใช้สารเคมีที่มีไอระเหย และทํา ปฏิบัติการในที่ซึ่งมีอากาศถ่ายเทหรือในตู้ดูดควัน ดังรูป
1.2 ห้ามรับประทานอาหารและเครื่องดื่ม หรือทํากิจกรรมอื่น ๆ ที่ไม่เกี่ยวข้องกับการ ทําปฏิบัติการ
1.3 ไม่ทําการทดลองในห้องปฏิบัติการตามลําพังเพียงคนเดียว เพราะเมื่อเกิดอุบัติเหตุขึ้น จะไม่มีใครทราบและไม่อาจช่วยได้ทันท่วงที หากเกิดอุบัติเหตุในห้องปฏิบัติการ ต้องแจ้งให้ครูผู้สอน ทราบทันทีทุกครั้ง
1.4 ไม่เล่นและไม่รบกวนผู้อื่นในขณะที่ทําปฏิบัติการ
1.5 ปฏิบัติตามขั้นตอนและวิธีการอย่างเคร่งครัด ไม่ทําการทดลองใด ๆ ที่นอกเหนือ จากที่ได้รับมอบหมาย และไม่เคลื่อนย้ายสารเคมี เครื่องมือ และอุปกรณ์ส่วนกลางที่ต้องใช้ร่วมกัน นอกจากได้รับอนุญาตจากครูผู้สอนเท่านั้น
1.6 ไม่ปล่อยให้อุปกรณ์ให้ความร้อน เช่น ตะเกียงแอลกอฮอล์ เตาแผ่นให้ความร้อน (hot plate) ทํางานโดยไม้มีคนดูแล และหลังจากใช้งานเสร็จแล้วให้ดับตะเกียงแอลกอฮอล์หรือปิดเครื่องและถอดปลั๊กไฟออกทันที แล้วปล่อยไว้ให้เย็นก่อนการจัดเก็บ เมื่อใช้เตาแผ่นให้ความร้อนต้อง ระวังไม่ให้สายไฟพาดบนอุปกรณ์
2) ข้อปฏิบัติในการใช้สารเคมี
2.1 อ่านชื่อสารเคมีบนฉลากให้แน่ใจก่อนนําสารเคมีไปใช้
2.2 การเคลื่อนย้าย การแบ่ง และการถ่ายเทสารเคมีต้องทําด้วยความระมัดระวัง โดยเฉพาะ อย่างยิ่งสารอันตราย และควรใช้อุปกรณ์ เช่น ช้อนตักสารและบีกเกอร์ที่แห้งและสะอาด การเทของเหลว จากขวดบรรจุสารให้เทด้านตรงข้ามฉลาก เพื่อป้องกันความเสียหายของฉลากเนื่องจากการสัมผัสสารเคมี 2.3 การทําปฏิกิริยาของสารในหลอดทดลอง ต้องหันปากหลอดทดลองออกจากตัวเอง และผู้อื่นเสมอ
2.4 ห้ามชิมหรือสูดดมสารเคมีโดยตรง ถ้าจําเป็นต้องทดสอบกลิ่นให้ใช้มือโบกให้ไอ ของสารเข้าจมูกเพียงเล็กน้อย
2.5 การเจือจางกรด ห้ามเทน้ำลงกรดแต่ให้เทกรดลงน้ำ เพื่อให้น้ำปริมาณมากช่วย ถ่ายเทความร้อนที่เกิดจากการละลาย
2.6 ไม่เทสารเคมีที่เหลือจากการเทหรือตักออกจากขวดสารเคมีแล้วกลับเข้าขวดอย่าง เด็ดขาด ให้เทใส่ภาชนะทิ้งสารที่จัดเตรียมไว้
2.7 เมื่อสารเคมีหกในปริมาณเล็กน้อยให้กวาดหรือเช็ด แล้วทิ้งลงในภาชนะสําหรับทิ้ง สารที่เตรียมไว้ในห้องปฏิบัติการ หากหกในปริมาณมากให้แจ้งครูผู้สอน
หลังทำปฏิบัติการ
1) ทําความสะอาดอุปกรณ์ เครื่องแก้ว และวางหรือเก็บในบริเวณที่จัดเตรียมไว้ให้ รวมทั้ง ทําความสะอาดโต๊ะทําปฏิบัติการ
2) ก่อนออกจากห้องปฏิบัติการให้ถอดอุปกรณ์ป้องกันอันตราย เช่น เสื้อคลุมปฏิบัติการ แว่นตานิรภัย ถุงมือ
1.1.3 การกำจัดสารเคมี
สารเคมีที่ใช้แล้วหรือเหลือใช้จากการทําปฏิบัติการเคมี จําเป็นต้องมีการกําจัดอย่างถูกวิธี เพื่อ ให้เกิดความปลอดภัยต่อสิ่งแวดล้อมและสิ่งมีชีวิต
การกําจัดสารเคมีแต่ละประเภท สามารถปฏิบัติได้ดังนี้
1) สารเคมีที่เป็นของเหลวไม่อันตรายที่ละลายน้ำได้และมี pH เป็นกลาง ปริมาณไม่เกิน 1 ลิตร สามารถเทลงอ่างน้ำและเปิดน้ำตามมาก ๆ ได้
2) สารละลายเข้มข้นบางชนิด เช่น กรดไฮโดรคลอริก โซเดียมไฮดรอกไซด์ ไม่ควรทิ้งลงอ่างน้ำ หรือท่อน้ำทันที ควรเจือจางก่อนเทลงอ่างน้ำ ถ้ามีปริมาณมากต้องทําให้เป็นกลางก่อน
3) สารเคมีที่เป็นของแข็งไม่อันตราย ปริมาณไม่เกิน 1 กิโลกรัม สามารถใส้ในภาชนะที่ปิดมิดชิด พร้อมทั้งติดฉลากชื่อให้ชัดเจน ก่อนทิ้งในที่ซึ่งจัดเตรียมไว้
4) สารไวไฟ ตัวทําละลายที่ไม่ละลายน้ำ สารประกอบของโลหะเป็นพิษ หรือสารที่ทําปฏิกิริยา กับน้ำ ห้ามทิ้งลงอ่างน้ำ ให้ทิ้งไว้ในภาชนะที่ทางห้องปฏิบัติการจัดเตรียมไว้ให้
1.2 อุบัติเหตุจากสารเคมี
ในการทําปฏิบัติการเคมีอาจเกิดอุบัติเหตุต่าง ๆ จากการใช้สารเคมีได้ ซึ่งหากผู้ทําปฏิบัติการมีความรู้ในการปฐมพยาบาลเบื้องต้นจะสามารถลดความรุนแรงและความเสียหายที่เกิดขึ้นได้ โดยการปฐมพยาบาลเบื้องต้นจากอุบัติเหตุจากการใช้สารเคมี มีข้อปฏิบัติดังนี
การปฐมพยาบาลเมื่อร่างกายสัมผัสสารเคมี
1. ถอดเสื้อผ้าบริเวณที่เปื้อนสารเคมีออก และซับสารเคมีออกจากร่างกายให้มากที่สุด
2. กรณีเป็นสารเคมีที่ละลายน้ำได้ เช่น กรดหรือเบส ให้ล้างบริเวณที่สัมผัสสารเคมีด้วยการเปิดน้ำไหลผ่านปริมาณมาก
3. กรณีเป็นสารเคมีที่ไม่ละลายน้ำ ให้ล้างบริเวณที่สัมผัสสารเคมีด้วยน้ำสบู่
4. หากทราบว่าสารเคมีที่สัมผัสร่างกายคือสารใด ให้ปฏิบัติตามข้อกําหนดในเอกสารความ ปลอดภัยของสารเคมี
กรณีที่ร่างกายสัมผัสสารเคมีในปริมาณมากหรือมีความเข้มข้นสูง
ให้ปฐมพยาบาลเบื้องต้นแล้วนําส่งแพทย์
การปฐมพยาบาลเมื่อสารเคมีเข้าตา
ตะแคงศีรษะโดยให้ตาด้านที่สัมผัสสารเคมีอยู่ด้านล่าง ล้างตาโดยการเปิดน้ำเบา ๆ ไหลผ่าน ดั้งจมูกให้น้ำไหลผ่านตาข้างที่โดนสารเคมี ดังรูป พยายามลืมตาและกรอกตาในน้ำอย่างน้อย 10 นาที หรือจนกว่าแน่ใจว่าชะล้างสารออกหมดแล้ว ระวังไม้ให้น้ำเข้าตาอีกข้างหนึ่ง แล้วนําส่งแพทย์ทันที
การปฐมพยาบาลเมื่อสูดดมแก๊สพิษ
1. เมื่อมีแก๊สพิษเกิดขึ้น ต้องรีบออกจากบริเวณนั้นและไปบริเวณที่มีอากาศถ่ายเทสะดวกทันที
2. หากมีผู้ที่สูดดมแก๊สพิษจนหมดสติหรือไม่สามารถช่วยเหลือตนเองได้ ต้องรีบเคลื่อนย้าย ออกจากบริเวณนั้นทันที โดยที่ผู้ช่วยเหลือต้องสวมอุปกรณ์ป้องกันที่เหมาะสม เช่น หน้ากากป้องกัน แก๊สพิษ ผ้าปิดปาก
3. ปลดเสื้อผ้าเพื่อให้ผู้ประสบอุบัติเหตุหายใจได้สะดวกขึ้น หากหมดสติให้จับนอนคว่ำและ ตะแคงหน้าไปด้านใดด้านหนึ่ง เพื่อป้องกันโคนลิ้นกีดขวางทางเดินหายใจ
4. สังเกตการเต้นของหัวใจและการหายใจ หากว่าหัวใจหยุดเต้นและหยุดหายใจให้นวดหัวใจ และผายปอดโดยผู้ที่ผ่านการฝึก แต่ไม่ควรใช้วิธีเป่าปาก (mouth to mouth) แล้วนําส่งแพทย์ทันที
การปฐมพยาบาลเมื่อโดนความร้อน
แช่น้ำเย็นหรือปิดแผลด้วยผ้าชุบน้ำจนหายปวดแสบปวดร้อน แล้วทายาขี้ผึ้งสําหรับไฟไหม้และน้ำร้อนลวก หากเกิดบาดแผลใหญ่ให้นําส่งแพทย์
กรณีที่สารเคมีเข้าปากให้ปฏิบัติตามคําแนะนําตามเอกสารความปลอดภัย
แล้วนําส่งแพทย์ทุกกรณี
1.3 การวัดปริมาณสาร
ในปฏิบัติการเคมีจําเป็นต้องมีการชั่ง ตวง และวัดปริมาณสาร ซึ่งการชั่ง ตวง วัด มีความคลาดเคลื่อน ที่อาจเกิดจากอุปกรณ์ที่ใช้ หรือผู้ทําปฏิบัติการ ที่จะส่งผลให้ผลการทดลองที่ได้มีค่ามากกว่าหรือน้อยกว่า ค่าจริง ความน่าเชื่อถือของข้อมูล สามารถพิจารณาได้จาก 2 ส่วนด้วยกัน คือ ความเที่ยง (precision) และ ความแม่น (accuracy) ของข้อมูล โดยความเที่ยง คือ ความใกล้เคียงกันของค่าที่ได้จากการวัดซ้ำ ส่วนความแม่น คือ ความใกล้เคียงของค่าเฉลี่ยจากการวัดซ้ำเทียบกับค่าจริง ดังแสดงในรูป
จากรูป จะเห็นว่า ก) ข้อมูลมีการกระจายตัวมากและมีค่าเฉลี่ยที่ไม่ใกล้เคียงกับค่าจริง
ส่วน ข) ข้อมูลมีการกระจายตัวมากถึงแม้ว่าอาจให้ค่าเฉลี่ยใกล้เคียงกับค่าจริง ก็จัดเป็นข้อมูลที่มี ความน่าเชื่อถือน้อย รวมทั้ง ค) ข้อมูลมีการกระจายตัวน้อยแต่มีค่าเฉลี่ยไม่ใกล้เคียงกับค่าจริง จึงยัง ถือว่าเป็นข้อมูลที่มีความน่าเชื่อถือน้อยเช่นกัน สําหรับ ง) ข้อมูลมีการกระจายตัวน้อยและมีค่าเฉลี่ย ใกล้เคียงกับค่าจริง จึงเป็นข้อมูลที่น่าเชื่อถือ
ความเที่ยงและความแม่นของข้อมูลที่ได้จากการวัดขึ้นอยู่กับทักษะของผู้ที่ทําการวัดและ ความละเอียดของอุปกรณ์ที่ใช้ อุปกรณ์การวัดที่ใช้โดยทั่วไปในปฏิบัติการเคมี ได้แก่ อุปกรณ์วัดปริมาตร และอุปกรณ์วัดมวล ซึ่งมีระดับความละเอียดของอุปกรณ์และวิธีการใช้ที่แตกต่างกัน
การแบ่งกลุ่มอุปกรณ์วัดปริมาตร ได้แก่ บีกเกอร์ ขวดรูปกรวย กระบอกตวง ปีเปตต์ บิวเรตต์ และขวดกําหนดปริมาตร โดยใช้ความแม่นเป็นเกณฑ์ จะสามารถแบ่งกลุ่มได้อย่างไร
1.3.1 อุปกรณ์วัดปริมาตร
อุปกรณ์วัดปริมาตรสารเคมีที่เป็นของเหลวที่ใช้ในห้องปฏิบัติการทางวิทยาศาสตร์มีหลายชนิด แต่ละชนิดมีขีดและตัวเลขแสดงปริมาตรที่ได้รับการตรวจสอบมาตรฐาน และกําหนดความคลาดเคลื่อน ที่ยอมรับได้ บางชนิดมีความคลาดเคลื่อนน้อย บางชนิด มีความคลาดเคลื่อนมาก ในการเลือกใช้ต้อง คํานึงถึงความเหมาะสมกับปริมาตรและระดับความแม่นที่ต้องการ อุปกรณ์วัดปริมาตรบางชนิดที่นักเรียน ได้ใช้งานในการทําปฏิบัติการทางวิทยาศาสตร์ที่ผ่านมา เช่น บีกเกอร์ ขวดรูปกรวย กระบอกตวง เป็น อุปกรณ์ที่ไม่สามารถบอกปริมาตรได้แม่นมากพอสําหรับการทดลองในบางปฏิบัติการ
บีกเกอร์
บีกเกอร์ (beaker) มีลักษณะเป็นทรงกระบอกปากกว้าง มีขีดบอกปริมาตรในระดับมิลลิลิตร มีหลายขนาด ดังรูป
ส่วน ข) ข้อมูลมีการกระจายตัวมากถึงแม้ว่าอาจให้ค่าเฉลี่ยใกล้เคียงกับค่าจริง ก็จัดเป็นข้อมูลที่มี ความน่าเชื่อถือน้อย รวมทั้ง ค) ข้อมูลมีการกระจายตัวน้อยแต่มีค่าเฉลี่ยไม่ใกล้เคียงกับค่าจริง จึงยัง ถือว่าเป็นข้อมูลที่มีความน่าเชื่อถือน้อยเช่นกัน สําหรับ ง) ข้อมูลมีการกระจายตัวน้อยและมีค่าเฉลี่ย ใกล้เคียงกับค่าจริง จึงเป็นข้อมูลที่น่าเชื่อถือ
ความเที่ยงและความแม่นของข้อมูลที่ได้จากการวัดขึ้นอยู่กับทักษะของผู้ที่ทําการวัดและ ความละเอียดของอุปกรณ์ที่ใช้ อุปกรณ์การวัดที่ใช้โดยทั่วไปในปฏิบัติการเคมี ได้แก่ อุปกรณ์วัดปริมาตร และอุปกรณ์วัดมวล ซึ่งมีระดับความละเอียดของอุปกรณ์และวิธีการใช้ที่แตกต่างกัน
การแบ่งกลุ่มอุปกรณ์วัดปริมาตร ได้แก่ บีกเกอร์ ขวดรูปกรวย กระบอกตวง ปีเปตต์ บิวเรตต์ และขวดกําหนดปริมาตร โดยใช้ความแม่นเป็นเกณฑ์ จะสามารถแบ่งกลุ่มได้อย่างไร
1.3.1 อุปกรณ์วัดปริมาตร
อุปกรณ์วัดปริมาตรสารเคมีที่เป็นของเหลวที่ใช้ในห้องปฏิบัติการทางวิทยาศาสตร์มีหลายชนิด แต่ละชนิดมีขีดและตัวเลขแสดงปริมาตรที่ได้รับการตรวจสอบมาตรฐาน และกําหนดความคลาดเคลื่อน ที่ยอมรับได้ บางชนิดมีความคลาดเคลื่อนน้อย บางชนิด มีความคลาดเคลื่อนมาก ในการเลือกใช้ต้อง คํานึงถึงความเหมาะสมกับปริมาตรและระดับความแม่นที่ต้องการ อุปกรณ์วัดปริมาตรบางชนิดที่นักเรียน ได้ใช้งานในการทําปฏิบัติการทางวิทยาศาสตร์ที่ผ่านมา เช่น บีกเกอร์ ขวดรูปกรวย กระบอกตวง เป็น อุปกรณ์ที่ไม่สามารถบอกปริมาตรได้แม่นมากพอสําหรับการทดลองในบางปฏิบัติการ
บีกเกอร์
บีกเกอร์ (beaker) มีลักษณะเป็นทรงกระบอกปากกว้าง มีขีดบอกปริมาตรในระดับมิลลิลิตร มีหลายขนาด ดังรูป
ขวดรูปกรวย
ขวดรูปกรวย (erlenmeyer flask) มีลักษณะคล้ายผลชมพู่ มีขีดบอกปริมาตรในระดับมิลลิลิตร มีหลายขนาด ดังรูป
กระบอกตวง
กระบอกตวง (measuring cylinder) มีลักษณะเป็นทรงกระบอก มีขีดบอกปริมาตรในระดับมิลลิลิตร มีหลายขนาด ดังรูป
นอกจากนี้ยังมีอุปกรณ์ที่สามารถวัดปริมาตรของของเหลวได้แม่นมากกว่าอุปกรณ์ข้างต้น โดยมีทั้งที่เป็นการวัดปริมาตรของของเหลวที่บรรจุอยู่ภายใน และการวัดปริมาตรของของเหลวที่ถ่ายเท เช่น
ปิเปตต์ บิวเรตต์ ขวดกําหนดปริมาตร
ปิเปตต์
ปิเปตต์ (pipette) เป็นอุปกรณ์วัดปริมาตรที่มีความแม่นสูง ซึ่งใช้สําหรับถ่ายเทของเหลว ปิเปตต์ที่ใช้กันทั่วไปมี 2 แบบ คือ แบบปริมาตรซึ่งมีกระเปาะตรงกลาง มีขีดบอกปริมาตรเพียงค่าเดียว และแบบใช้ตวง มีขีดบอกปริมาตรหลายค่า ดังรูป
บิวเรตต์
บิวเรตต์ (burette) เป็นอุปกรณ์สําหรับถ่ายเทของเหลวในปริมาตรต่าง ๆ ตามต้องการ มีลักษณะ เป็นทรงกระบอกยาวที่มีขีดบอกปริมาตร และมีอุปกรณ์ควบคุมการไหลของของเหลวที่เรียกว่า ก๊อก ปิดเปิด (stop cock) ดังรูป
ขวดกำหนดปริมาตร
ขวดกําหนดปริมาตร (volumetric flask) เป็นอุปกรณ์สําหรับวัดปริมาตรของของเหลวที่บรรจุภายใน ใช้สําหรับเตรียมสารละลายที่ต้องการความเข้มข้นแน่นอน มีขีดบอกปริมาตรเพียงขีดเดียว มีจุกปิดสนิท ขวดกําหนดปริมาตรมีหลายขนาด ดังแสดงในรูป
การใช้อุปกรณ์วัดปริมาตรเหล่านี้ให้ได้ค่าที่น่าเชื่อถือจะต้องมีการอ่านปริมาตรของของเหลว ให้ถูกวิธี โดยต้องให้สายตาอยู่ระดับเดียวกันกับระดับส่วนโค้งของของเหลว โดยถ้าส่วนโค้งของ ของเหลวมีลักษณะเว้า ใหอ่านปริมาตรที่จุดต่ำสุดของส่วนโค้งนั้น แต่ถ้าส่วนโค้งของของเหลวมี ลักษณะนูน ให้อ่านปริมาตรที่จุดสูงสุดของส่วนโค้งนั้น แสดงดังรูป การอ่านค่าปริมาตรของ ของเหลวให้อ่านตามขีดบอกปริมาตรและประมาณค่าทศนิยมตําแหน่งสุดท้าย
การบันทึกค่าปริมาตรให้บันทึกตามขนาดและความละเอียดของอุปกรณ์ เช่น ปิเปตต์มีความ ละเอียดของค่าปริมาตรถึงทศนิยมตําแหน่งที่สอง ดังนั้นปริมาตรของเหลวที่ได้จากการใช้ปิเปตต์ ขนาด 10 มิลลิลิตร บันทึกค่าปริมาตรเป็น 10.00 มิลลิลิตร
1.3.2 อุปกรณ์วัดมวล
เครื่องชั่ง เป็นอุปกรณ์สําหรับวัดมวลของสารทั้งที่เป็นของแข็งและของเหลว ความน่าเชื่อถือ ของค่ามวลที่วัดได้ขึ้นอยู่กับความละเอียดของเครื่องชั่งและวิธีการใช้เครื่องชั่ง เครื่องชั่งที่ใช้ในห้องปฏิบัติการเคมีโดยทั่วไปมี 2 แบบ คือ เครื่องชั่งแบบสามคาน (triple beam) และเครื่องชั่งไฟฟ้า (electronic balance) ซึ่งมีส่วนประกอบหลัก ดังรูป
ปัจจุบันเครื่องชั่งไฟฟ้าได้รับความนิยมมากขึ้น เนื่องจากสามารถใช้งานได้สะดวกและหาซื้อได้ง่าย ตัวเลขทศนิยมตําแหน่งสุดท้ายซึ่งเป็นค่าประมาณของเครื่องชั่งแบบสามคานมาจากการประมาณของผู้ชั่ง ขณะที่ทศนิยมตําแหน่งสุดท้ายของเครื่องชั่งไฟฟ้ามาจากการประมาณของอุปกรณ์
1.3.3 เลขนัยสำคัญ
ค่าที่ได้จากการวัดด้วยอุปกรณ์การวัดต่าง ๆ ประกอบด้วยตัวเลขและหน่วย โดยค่าตัวเลขที่ วัดได้จากอุปกรณ์แต่ละชนิดอาจมีความละเอียดไม่เท่ากัน ซึ่งการบันทึกและรายงานค่าการอ่านต้อง แสดงจํานวนหลักของตัวเลขที่สอดคล้องกับความละเอียดของอุปกรณ์
จากรูป อุณหภูมิที่อ่านได้จากเทอร์มอมิเตอร์ทั้งสอง มีค่าเท่าใด
การนับเลขนัยสำคัญ
การนับเลขนัยสําคัญของข้อมูลมีหลักการ ดังนี้
1. ตัวเลขที่ไม่มีเลขศูนย์ทั้งหมดนับเป็นเลขนัยสําคัญ เช่น
1.23 มีเลขนัยสําคัญ 3 ตัว
2. เลขศูนย์ที่อยู่ระหว่างตัวเลขอื่น นับเป็นเลขนัยสําคัญ เช่น
6.02 มีเลขนัยสําคัญ 3 ตัว
72.05 มีเลขนัยสําคัญ 4 ตัว
3. เลขศูนย์ที่อยู่หน้าตัวเลขอื่น ไม่นับเป็นเลขนัยสําคัญ เช่น
0.25 มีเลขนัยสําคัญ 2 ตัว
0.025 มีเลขนัยสําคัญ 2 ตัว
4. เลขศูนย์ที่อยู่หลังตัวเลขอื่นที่อยู่หลังทศนิยม นับเป็นเลขนัยสําคัญ เช่น
0.250 มีเลขนัยสําคัญ 3 ตัว
0.0250 มีเลขนัยสําคัญ 3 ตัว
5. เลขศูนย์ที่อยู่หลังเลขอื่นที่ไม่มีทศนิยม อาจนับหรือไม่นับเป็นเลขนัยสําคัญก็ได้ เช่น
100 อาจมีเลขนัยสําคัญเป็น 1 2 หรือ 3 ตัวก็ได้
เนื่องจากเลขศูนย์ในบางกรณีอาจมีค่าเป็นศูนย์จริง ๆ จากการวัด หรือเป็นตัวเลขที่ใช้แสดงให้เห็นว่าค่าดังกล่าวอยู่ในหลักร้อย
6. ตัวเลขที่แม่นตรง (exact number) เป็นตัวเลขที่ทราบค่าแน่นอนมีเลขนัยสําคัญเป็นอนันต์ เช่น
ค่าคงที่ เช่น π = 3.142… มีเลขนัยสําคัญเป็นอนันต์
ค่าจากการนับ เช่น ปิเปตต์ 3 ครั้ง เลข 3 ถือว่ามีเลขนัยสําคัญเป็นอนันต์
ค่าจากการเทียบหน่วย เช่น 1 วัน มี 24 ชั่วโมง ทั้งเลข 1 และ 24 ถือว่ามีเลขนัยสําคัญ เป็นอนันต์
7. ข้อมูลที่มีค่าน้อย ๆ หรือมาก ๆ ให้เขียนในรูปของสัญกรณ์วิทยาศาสตร์ โดยตัวเลขสัมประสิทธิ์ ทุกตัวนับเป็นเลขนัยสําคัญ เช่น
6.02 × 10²³ มีเลขนัยสําคัญ 3 ตัว
1.660 × 10-²⁴ มีเลขนัยสําคัญ 4 ตัว
ค่าตัวเลข 100 ในตัวอย่างข้อ 5 สามารถเขียนในรูปของสัญกรณ์วิทยาศาสตร์ แล้ว แสดง
เลขนัยสําคัญได้อย่างชัดเจน เช่น
1 × 10² มีเลขนัยสําคัญ 1 ตัว
1.0 × 10² มีเลขนัยสําคัญ 2 ตัว
1.00 × 10² มีเลขนัยสําคัญ 3 ตัว
การนําค่าตัวเลขที่ได้จากการวัดมาคํานวณจะต้องคํานึงถึงเลขนัยสําคัญของผลลัพธ์ โดยการคํานวณส่วนใหญ่เกี่ยวข้องกับตัวเลขที่ได้จากอุปกรณ้ที่แตกต่างกันทั้งหน่วยและความละเอียด ดังนั้น ต้องมีการตัดตัวเลขในผลลัพธ์ด่วยการปัดเศษ ดังต่อไปนี
การปัดตัวเลข
การปัดตัวเลข (rounding the number) พิจารณาจากตัวเลขที่อยู่ถัดจากตําแหน่งที่ต้องการ ดังนี้
1. กรณีที่ตัวเลขถัดจากตําแหน่งที่ต้องการมีค่าน้อยกว่า 5 ให้ตัดตัวเลขที่อยู่ถัดไปทั้งหมด เช่น 5.7432 ถ้าต้องการเลขนัยสําคัญ 2 ตัว ปัดเป็น 5.7
ถ้าต้องการเลขนัยสําคัญ 3 ตัว ปัดเป็น 5.74
2. กรณีที่ตัวเลขถัดจากตําแหน่งที่ต้องการมีค่ามากกว่า 5 ให้เพิ่มค่าของตัวเลขตําแหน่งสุดท้าย ที่ต้องการอีก 1 เช่น
3.7892 ถ้าต้องการเลขนัยสําคัญ 2 ตัว ปัดเป็น 3.8
ถ้าต้องการเลขนัยสําคัญ 3 ตัว ปัดเป็น 3.79
3. กรณีที่ตัวเลขถัดจากตําแหน่งที่ต้องการมีค่าเท่ากับ 5 และมีตัวเลขอื่นที่ไม่ใช่ 0 ต่อจากเลข 5 ให้เพิ่มค่าของตัวเลขตําแหน่งสุดท้ายที่ต้องการอีก 1 เช่น
2.1652 ถ้าต้องการเลขนัยสําคัญ 3 ตัว ปัดเป็น 2.17
กรณีที่ตัวเลขถัดจากตําแหน่งที่ต้องการมีค่าเท่ากับ 5 และมี 0 ต่อจากเลข 5 ให้พิจารณาโดย ใช้หลักการในข้อ 4
4. กรณีที่ตัวเลขถัดจากตําแหน่งที่ต้องการมีค่าเท่ากับ 5 และไม่มีเลขอื่นต่อจากเลข 5 ต้อง พิจารณาตัวเลขที่อยู่หน้าเลข 5 ดังนี้
4.1 หากตัวเลขที่อยู่หน้าเลข 5 เป็นเลขคี่ ให้ตัวเลขดังกล่าวบวกค่าเพิ่มอีก 1 แล้วตัดตัวเลข ตั้งแต่เลข 5 ไปทั้งหมด เช่น 0.635 ถ้าต้องการเลขนัยสําคัญ 2 ตัว ปัดเป็น 0.64
4.2 หากตัวเลขที่อยู่หน้าเลข 5 เป็นเลขคู่ ให้ตัวเลขดังกล่าวเป็นตัวเลขเดิม แล้วตัดตัวเลข ตั้งแต่เลข 5 ไปทั้งหมด เช่น 0.645 ถ้าต้องการเลขนัยสําคัญ 2 ตัว ปัดเป็น 0.64
สําหรับการคํานวณหลายขั้นตอน การปัดตัวเลขของผลลัพธ์ให้ทําในขั้นตอนสุดท้ายของการคํานวณ
การบวกและการลบ
ในการบวกและลบ ผลลัพธ์ที่ได้จะมีจํานวนตัวเลขที่อยู่หลังจุดทศนิยมเท่ากับข้อมูลที่มีจํานวน ตัวเลขที่อยู่หลังจุดทศนิยมน้อยที่สุด ดังตัวอย่าง
ในการคูณและการหาร ผลลัพธ์ที่ได้จะมีจํานวนเลขนัยสําคัญเท่ากับข้อมูลที่มีเลขนัยสําคัญ น้อยที่สุด ดังตัวอย่าง
การคํานวณไม่ต้องพิจารณาเลขนัยสําคัญของตัวเลขที่แม่นตรง ดังตัวอย่าง
ดังนั้น มวลเฉลี่ยของน้ํา เท่ากับ 10.00 กรัม
1.4 หน่วยวัด
การระบุหน่วยของการวัดปริมาณต่าง ๆ ในชีวิตประจําวันไม่ว่าจะเป็นความยาว มวล อุณหภูมิ อาจแตกต่างกันในแต่ละประเทศ เช่น การระบุน้ำหนักเป็นกิโลกรัม ปอนด์ หรือ การระบุส่วนสูงเป็นเซนติเมตร ฟุต ซึ่งทําให้ไม่สะดวกในการเปรียบเทียบหรือสื่อสารให้เข้าใจตรงกัน และในบางกรณี อาจนําไปสู่ความเข้าใจผิดที่ทําให้เกิดความเสียหายได้ ดังนั้น เพื่อให้การสื่อสารข้อมูลจากการวัดเป็น ที่เข้าใจตรงกัน จึงมีการตกลงร่วมกันให้มีหน่วยมาตรฐานสากลขึ้น
1.4.1 หน่วยในระบบเอสไอ
ในปี พ.ศ. 2503 ที่ประชุมนานาชาติว่าด้วยการ ชั่งและการวัด (The General conference on Weights and Measures) ได้ตกลงให้มีหน่วยวัดสากลขึ้น เรียกว่า ระบบหน่วยวัด ระหว่างประเทศ หรือเรียกย่อ ๆ ว่า หน่วยเอสไอ (SI units) ซึ่งเป็นหน่วยที่ดัดแปลงจาก หน่วยในระบบเมทริกซ์ โดยหน่วยเอสไอแบ่งเป็นหน่วยพื้นฐาน (SI base units) มี 7 หน่วย แสดงดังตาราง 1.1 ซึ่งเป็นหน่วยที่ไม่ขึ้นต่อกัน และสามารถนําไปใช้ในการกําหนดหน่วยอื่น ๆ ได้และหน่วยเอสไออนุพันธ์ (Derived SI units) ซึ่งเป็นหน่วยอื่น ๆ ที่มีความสัมพันธ์กันทางคณิตศาสตร์ของหน่วยเอสไอพื้นฐาน ตัวอย่างแสดงดังตาราง 1.2
ในทางวิทยาศาสตร์การคํานวณเกี่ยวกับปริมาณต่าง ๆ อาจจําเป็นต้องมีการเปลี่ยนหน่วยให้ อยู่ในหน่วยที่เหมาะสมโดยไม่ทําให้ค่าของปริมาณเปลี่ยนแปลง เช่น ในทางเคมีนิยมระบุพลังงาน ในหน่วยแคลอรี ในขณะที่หน่วยเอสไอของพลังงานคือจูล ดังนั้น นักเคมีจึงจําเป็นต้องเปลี่ยนหน่วย พลังงานระหว่างแคลอรีและจูลเพื่อให้เหมาะสมกับการใช้งาน การเปลี่ยนหน่วยทําได้หลายวิธี ในที่นี้ จะใช้วิธีการเทียบหน่วย ซึ่งต้องใช้แฟกเตอร์เปลี่ยนหน่วย
1.4.2 แฟกเตอร์เปลี่ยนหน่วย
แฟกเตอร์เปลี่ยนหน่วย (conversion factors) เป็นอัตราส่วนระหว่างหน่วยที่แตกต่างกัน 2 หน่วย ที่มีปริมาณเท่ากัน ตัวอย่างการหาแฟกเตอร์เปลี่ยนหน่วยเป็นดังนี้
วิธีการเทียบหน่วย
วิธีการเทียบหน่วย (factor label method) ทําได้โดยการคูณปริมาณในหน่วยเริ่มต้นด้วย แฟกเตอร์เปลี่ยนหน่วยที่มีหน่วยที่ต้องการอยู่ด้านบน ตามสมการ
1.5 วิธีการทางวิทยาศาสตร์
การทําปฏิบัติการเคมีนอกจากต้องมีการวางแผนการทดลอง การทําการทดลอง การบันทึกข้อมูล การสรุปและวิเคราะห์ข้อมูล การนําเสนอข้อมูล และการเขียนรายงานการทดลองที่ถูกต้อง แล้วต้อง คํานึงถึงวิธีการทางวิทยาศาสตร์ ทักษะกระบวนการทางวิทยาศาสตร์ และจิตวิทยาศาสตร์
วิธีการทางวิทยาศาสตร์ (scientific method) เป็นกระบวนการศึกษาหาความรู้ทางวิทยาศาสตร์ ที่มีแบบแผนขั้นตอน โดยภาพรวมสามารถทําได้ดังนี้
1. การสังเกต เป็นจุดเริ่มต้นของการได้ข้อมูลเกี่ยวกับสิ่งที่ต้องการศึกษา โดยอาศัยประสาท สัมผัสทั้ง 5 คือ การมองเห็น การฟังเสียง การได้กลิ่น การรับรส และการสัมผัส จากข้อมูลดังกล่าวจะนําไปสู่ข้อสงสัยหรือตั้งเป็นคําถามที่ต้องการคําตอบ ดังนั้นการสังเกตจึงเป็นทักษะที่สําคัญที่ก่อให้เกิดการเรียนรู้ของผู้เรียน
2. การตั้งสมมติฐาน เป็นการคาดคะเนคําตอบของคําถามหรือปัญหา โดยมีพื้นฐานจากการ สังเกต ความรู้หรือประสบการณ์เดิม โดยทั่วไปสมมติฐานจะเขียนในรูปของข้อความที่แสดงเหตุและผลที่เกิดขึ้น หรืออีกนัยหนึ่งจะเป็นความสัมพันธ์ของตัวแปรต้นและตัวแปรตาม
3. การตรวจสอบสมมติฐาน เป็นกระบวนการหาคําตอบของสมมติฐาน โดยมีการออกแบบ การทดลองให้มีการควบคุมปัจจัยต่าง ๆ ที่มีผลต่อการทดลอง รวมถึงขั้นตอนการทดลองที่ชัดเจน
4. การรวบรวมข้อมูลและวิเคราะห์ผล เป็นการนําข้อมูลที่ได้จากการสังเกต การตรวจสอบ สมมติฐาน มารวบรวม วิเคราะห์ และอธิบายข้อเท็จจริง
5. การสรุปผล เป็นการสรุปความรู้หรือข้อเท็จจริงที่ได้จากการตรวจสอบสมมติฐาน และมีการ เปรียบเทียบกับสมมติฐานที่ตั้งไว้ก่อนหน้า
ทั้งนี้ ในการศึกษาหาความรู้ทางวิทยาศาสตร์นั้นไม่มีรูปแบบที่ตายตัว โดยอาจมีรายละเอียดที่ แตกต่างกันขึ้นอยู่กับคําถาม บริบท หรือวิธีการที่ใช้ในการสํารวจตรวจสอบ
นอกจากวิธีการทางวิทยาศาสตร์แล้ว การเขียนรายงานการทดลองเป็นสิ่งสําคัญเช่นกัน เพราะ นอกจากจะช่วยให้ผู็ทําการทดลองมีข้อมูลไว้อ้างอิงแล้ว รายงานยังเป็นเครื่องมือสื่อสารที่ผู้อื่นสามารถ นําไปศึกษาและปฏิบัติตามได้ โดยหัวข้อที่ควรมีในรายงานการทดลองมีดังนี้
1. ชื่อการทดลอง 5. วิธีการทดลอง
2. จุดประสงค์ 6. ผลการทดลอง
3. สมมติฐานและการกําหนดตัวแปร 7. อภิปรายและสรุปผลการทดลอง
4. อุปกรณ์และสารเคมี
การศึกษาความรู้ทางวิทยาศาสตร์ต้องอาศัยทักษะกระบวนการทางวิทยาศาสตร์ (scientific process skill) และจิตวิทยาศาสตร์ (scientific mind) โดยมีรายละเอียดดังนี้
ทักษะกระบวนการทางวิทยาศาสตร์ เป็นความสามารถและความชํานาญในการคิดเพื่อค้นหา ความรู้และแก้ไขปัญหา โดยทักษะกระบวนการทางวิทยาศาสตร์ประกอบด้วย 14 ทักษะ คือ การสังเกต การวัด การลงความเห็นจากข้อมูล การจําแนกประเภท การหาความสัมพันธ์ของสเปซกับเวลา การใช้จํานวน การจัดกระทําและสื่อความหมายข้อมูล การพยากรณ์ การตั้งสมมติฐาน การกําหนด นิยามเชิงปฏิบัติการ การกําหนดและควบคุมตัวแปร การทดลอง การตีความหมายข้อมูลและลงข้อสรุป และการสร้างแบบจําลอง
จิตวิทยาศาสตร์ เป็นความรู้สึกนึกคิด พฤติกรรมหรือลักษณะนิสัย ที่เป็นผลมาจากประสบการณ์ และการเรียนรู้ ซึ่งมีอิทธิพลต่อความคิด การตัดสินใจ หรือพฤติกรรมของบุคคลต่อความรู้หรือ สิ่งที่มีความเกี่ยวข้องกับวิทยาศาสตร์ เช่น ความอยากรู้อยากเห็น การใช้วิจารณญาณ ความใจกว้าง ความซื่อสัตย์ ความมุ่งมั่นอดทน ความรอบคอบ การเห็นความสําคัญและคุณค่าของวิทยาศาสตร์
การที่นักเรียนมีเจตคติที่ดีต่อวิทยาศาสตร์ เห็นคุณค่าของการเรียนวิทยาศาสตร์ ย่อมจะทําให้ มีความฝักใฝ่ในการเรียนรู้วิทยาศาสตร์และมีการนําความรู้ไปใช้ประโยชน์อย่างถูกต้องเหมาะสม
การศึกษาความรู้ทางวิทยาศาสตร์นั้น นอกจากการเรียนรู้อย่างเป็นระบบตามวิธีการทาง วิทยาศาสตร์ โดยอาศัยทักษะกระบวนการทางวิทยาศาสตร์และจิตวิทยาศาสตร์แล้วนั้น ผู้เรียน ยังต้องคํานึงถึงจริยธรรมซึ่งเกี่ยวข้องกับความถูกต้องในการศึกษาวิทยาศาสตร้ที่มีต่อตนเอง ผู้อื่น และสิ่งแวดล้อม ตัวอย่างจริยธรรมทางวิทยาศาสตร้ เช่น ความซื่อสัตย์ในการรายงานข้อมูลทางวิทยาศาสตร์ การวิเคราะห์และแปลความหมายข้อมูลอย่างอิสระบนพื้นฐานของข้อมูลที่มีอยู่ โดย ไม่ให้ข้อมูลจากแหล่งภายนอกมีอิทธิพลต่อการวิเคราะห์และการตีความ การอ้างอิงแหล่งของข้อมูล ต่าง ๆ อย่างเหมาะสม ความรับผิดชอบต่อสังคมหรือสภาพแวดล้อม
ความรู้และทักษะปฏิบัติการต่าง ๆ ที่ได้ศึกษาในบทเรียนนี้เป็นพื้นฐานสําคัญในการเรียนรู้ วิชาเคมีบทอื่น ๆ ต่อไป
สรุปเนื้อหาภายในบทเรียน
การทําปฏิบัติการให้ปลอดภัย ผู้ทําปฏิบัติการต้องทราบเกี่ยวกับประเภทของสารเคมีที่ใช้ วิธีปฏิบัติการทดลอง ข้อควรปฏิบัติในการทําปฏิบัติการเคมีและการกําจัดสารเคมี รวมถึงต้อง มีความรู้และสามารถปฐมพยาบาลเบื้องต้นเพื่อลดความรุนแรงและความเสียหายที่เกิดขึ้นได้
ความน่าเชื่อถือของข้อมูลจากการทําปฏิบัติการเคมี พิจารณาได้จากความเที่ยงและ ความแม่น ซึ่งขึ้นกับทักษะของผู้ทําปฏิบัติการในการวัดปริมาณสารและความละเอียดของเครื่องมือและอุปกรณ์ที่ใช้ การบอกปริมาณของสารอาจระบุอยู่ในหน่วยต่าง ๆ ดังนั้นเพื่อ ให้เกิดความเข้าใจที่ตรงกันจึงมีการกําหนดหน่วยในระบบเอสไอให้เป็นหน่วยสากลโดยการ เปลี่ยนหน่วยเพื่อให้เป็นหน่วยสากลสามารถทําได้ด้วยการใช้แฟกเตอร์เปลี่ยนหน่วย
การทําปฏิบัติการเคมีต้องมีการวางแผนการทดลอง การทําการทดลอง การบันทึก ข้อมูล สรุปและวิเคราะห์ นําเสนอข้อมูล และการเขียนรายงานการทดลองที่ถูกต้อง โดยการ ทําปฏิบัติการเคมีต้องคํานึงถึงวิธีการทางวิทยาศาสตร์ ทักษะกระบวนการทางวิทยาศาสตร์ จิตวิทยาศาสตร์ และจริยธรรมทางวิทยาศาสตร์
ไม่มีความคิดเห็น:
แสดงความคิดเห็น