ถ่านหิน

ถ่านหิน

ถ่านหิน คือ หินตะกอนชนิดหนึ่งและเป็นแร่เชื้อเพลิงสามารถติดไฟได้ มีสีน้ำตาลอ่อนจนถึงสีดำ มีทั้งชนิดผิวมันและผิวด้าน น้ำหนักเบา ถ่านหินประกอบด้วยธาตุที่สำคัญ ๔ อย่างได้แก่ คาร์บอน ไฮโดรเจน ไนโตรเจน และออกซิเจน นอกจากนั้น มีธาตุหรือสารอื่น เช่น กำมะถัน เจือปนเล็กน้อย ถ่านหินที่มีจำนวนคาร์บอนสูงและมีธาตุอื่น ๆ ต่ำ เมื่อนำมาเผาจะให้ความร้อนมาก ถือว่าเป็นถ่านหินคุณภาพดี
1. ประเภทของถ่านหิน
ถ่านหินสามารถแยกประเภทตามลำดับชั้นได้เป็น ๕ ประเภท คือ
พีต (Peat) เป็นขั้นแรกในกระบวนการเกิดถ่านหิน ประกอบด้วยซากพืชซึ่งบางส่วนได้สลายตัวไปแล้วสามารถใช้เป็นเชื้อเพลิงได้
ลิกไนต์ (Lignite) มีซากพืชหลงเหลืออยู่เล็กน้อย มีความชื้นมาก เป็นถ่านหินที่ใช้เป็นเชื้อเพลิง
ซับบิทูมินัส (Subbituminous) มีสีดำ เป็นเชื้อเพลิงที่มีคุณภาพเหมาะสมในการผลิตกระแสไฟฟ้า
บิทูมินัส (Bituminous) เป็นถ่านหินเนื้อแน่น แข็ง ประกอบด้วยชั้นถ่านหินสีดำมันวาว ใช้เป็นเชื้อเพลิงเพื่อการถลุงโลหะ
แอนทราไซต์ (Anthracite) เป็นถ่านหินที่มีลักษณะดำเป็นเงา มันวาวมาก มีรอยแตกเว้าแบบก้นหอย ติดไฟยาก
2. การใช้ประโยชน์ถ่านหิน
ถ่านหินถูกนำมาใช้ประโยชน์อย่างแพร่หลาย เนื่องจากมีแหล่งสำรองกระจายอยู่ทั่วโลกและปริมาณค่อนข้างมาก การขุดถ่านหินขึ้นมาใช้ประโยชน์ไม่ยุ่งยากซับซ้อน ถ่านหินราคาถูกกว่าน้ำมัน ถ่านหินส่วนใหญ่จึงถูกนำมาเป็นเชื้อเพลิงในอุตสาหกรรมต่าง ๆ ที่ใช้หม้อน้ำร้อนในกระบวนการผลิต เช่น การผลิตไฟฟ้า การถลุงโลหะ การผลิตปูนซีเมนต์ การบ่มใบยาสูบ และการผลิตอาหาร เป็นต้น นอกจากนั้นยังมีการใช้ประโยชน์ในด้านอื่น เช่น การทำถ่านสังเคราะห์ (Activated Carbon) เพื่อดูดซับกลิ่น การทำคาร์บอนด์ไฟเบอร์ (Carbon Fiber) ซึ่งเป็นวัสดุที่มีความแข็งแกร่งแต่มีน้ำหนักเบา และการแปรสภาพถ่านหินเป็นเชื้อเพลิงเหลว (Coal liquefaction) หรือ เป็นแปรสภาพก๊าซ (Coal Gasification) ซึ่งเป็นการใช้ถ่านหินแบบเชื้อเพลิงสะอาดเพื่อช่วยลดมลภาวะจากการใช้ถ่านหินเป็นเชื้อเพลิงได้อีกทางหนึ่ง ภายใต้กระบวนการแปรสภาพถ่านหิน จะสามารถแยกเอาก๊าซที่มีฤทธิ์เป็นกรดหรือเป็นพิษ และสารพลอยได้ต่าง ๆ ที่มีอยู่ในถ่านหินนำไปใช้ประโยชน์อื่นได้อีก เช่น กำมะถันใช้ทำกรดกำมะถันและแร่ยิปซัม แอมโมเนียใช้ทำปุ๋ยเพื่อเกษตรกรรม เถ้าถ่านหินใช้ทำวัสดุก่อสร้าง เป็นต้น
3. แหล่งถ่านหินในประเทศไทย
ประเทศไทยมีแหล่งถ่านหินกระจายอยู่ทั่วทุกภาค มีปริมาณสำรองทั้งสิ้น ประมาณ 2,197 ล้านตัน แหล่งสำคัญอยู่ในภาคเหนือประมาณ 1,803 ล้านตัน หรือร้อยละ 82 ของปริมาณสำรองทั่วประเทศ ส่วนอีก 394 ล้านตัน หรือ ร้อยละ 18 อยู่ภาคใต้ ถ่านหินส่วนใหญ่มีคุณภาพต่ำอยู่ในขั้นลิกไนต์และซับบิทูมินัส มีค่าความร้อนระหว่าง 2,800 - 5,200 กิโลแคลอรี่ต่อกิโลกรัม หรือ ถ่านลิกไนต์ 2 - 3.7 ตัน ให้ค่าความร้อนเท่ากับน้ำมันเตา 1 ตัน ลิกไนต์เป็นถ่านหินที่พบมากที่สุดในประเทศไทย ที่แม่เมาะ จ.ลำปาง และ จ.กระบี่ จัดว่าเป็นลิกไนต์ที่คุณภาพแย่ที่สุด พบว่าส่วนใหญ่ มีเถ้าปนอยู่มากแต่มีกำมะถันเพียงเล็กน้อย คาร์บอนคงที่อยู่ระหว่างร้อยละ 41 - 74 ปริมาณความชื้นอยู่ระหว่างร้อยละ 7 - 30 และเถ้าอยู่ระหว่างร้อยละ 2 - 45 โดยน้ำหนัก ในช่วงที่ราคาน้ำมันยังไม่แพงประเทศไทยไม่นิยมใช้ลิกไนต์มากนักแต่ภายหลังที่เกิดวิกฤติน้ำมัน จึงได้มีการนำลิกไนต์มาใช้แทนน้ำมันเชื้อเพลิงมากขึ้นทั้งในด้านการผลิตกระแสไฟฟ้าและอุตสาหกรรม แหล่งถ่านหินที่มีการสำรวจพบบางแหล่งได้ทำเหมืองผลิตถ่านหินขึ้นมาใช้ประโยชน์แล้ว แต่บางแหล่งยังรอการพัฒนาขึ้นมาใช้ประโยชน์ต่อไป

การกลั่นน้ำมันดิบคือ การย่อยสลายสารประกอบไฮโดรคาร์บอนที่เป็นส่วนประกอบของปิโตรเลียมออกเป็นกลุ่ม (Groups) หรือออกเป็นส่วน (Fractions) ต่างๆ โดยกระบวนการกลั่น(Distillation) ที่ยุ่งยากและซับซ้อน น้ำมันดิบในโรงกลั่นน้ำมันนั้น ไม่เพียงแต่จะถูกแยกออกเป็นส่วนต่างๆ เท่านั้น แต่มลทิน (Impurities) ชนิดต่างๆ เช่น กำมะถัน ก็จะถูกกำจัดออกไปอีก โรงกลั่นน้ำมันอาจผลิตน้ำมัน แก๊ส และเคมีภัณฑ์ที่แตกต่างกันออกมาได้มากมายถึง ๘๐ ชนิด ผลิตภัณฑ์ที่สำคัญที่สุดคือ เชื้อเพลิงชนิดต่างๆ จากน้ำมันส่วนที่เบากว่า (Lighter fractions) เช่น น้ำมันเบนซิน (Petrol หรือ Gasoline) พาราฟิน (Parafin หรือ Kerosene) เบนซีน (Benzene) แต่น้ำมันส่วนที่หนักกว่า Heavier fractions) เช่น น้ำมันดีเซล (Diesel) น้ำมันหล่อลื่น (Lubricants) และน้ำมันเตา (Fuel oils) ก็นับได้ว่ามีความสำคัญเช่นกัน นอกเหนือไปจากนี้ ก็มีสารเหลือค้าง (Residues) อีกหลายชนิดเกิดขึ้น เช่น ถ่านโค้ก (Coke) แอสฟัลต์ (Asphalt) และบิทูเม็น (Bitumen) หรือน้ำมันดิน (Tar) และขี้ผึ้ง (Wax หรือ Vaseline) ก็อาจได้รับการสกัดออกมา รวมทั้งยังมีแก๊สชนิดต่างๆ เกิดขึ้นด้วย เช่น บิวเทน (Butane) และโพรเพน (Propane) น้ำมันส่วนที่หนักกว่าและแก๊สชนิดต่างๆ ที่เกิดขึ้นนั้น ยังสามารถนำไปแปรรูปทางเคมีต่อไปทำให้เกิดเป็นแก๊สที่มีคุณค่าขึ้นอีกหลายชนิดรวมทั้งได้รับน้ำมันเตาในปริมาณที่มากขึ้นจากกระบวนการกลั่นลำดับส่วน (Fractionating process) ตามปกติอีกด้วย
วิธีการกลั่นน้ำมันที่สำคัญๆ ในโรงกลั่น มีดังนี้
บริเวณโรงกลั่นน้ำมัน

การกลั่นลำดับส่วน (Fractional distillation)
วิธีการนี้คือการกลั่นน้ำมันแบบพื้นฐาน ซึ่งสามารถแยกน้ำมันดิบออกเป็นส่วน (Fractions) ต่างๆ กระบวนการนี้ใช้หลักการจากลักษณะของส่วนต่างๆ ของน้ำมันดิบที่มีค่าอุณหภูมิจุดเดือด (Boiling point) ที่แตกต่างกันออกไป และเป็นผลให้ส่วนต่างๆ ของน้ำมันดิบนั้นมีจุดควบแน่น (Condensation point) ที่แตกต่างกันออกไปด้วย น้ำมันดิบจากถังจะได้รับการสูบผ่านเข้าไปในเตาเผา (Furnace) ที่มีอุณหภูมิสูงมากพอที่จะทำให้ทุกๆ ส่วนของน้ำมันดิบแปรสภาพไปเป็นไอได้ แล้วไอน้ำมันดังกล่าวก็จะถูกส่งผ่านเข้าไปในหอกลั่นลำดับส่วน (Fractionatingtower) ที่มีรูปร่างเป็นทรงกระบอก มีขนาดความสูงประมาณ ๓๐ เมตร และมีขนาดเส้นผ่าศูนย์กลางประมาณ ๒.๕- ๘ เมตร ภายในหอกลั่นดังกล่าวมีการแบ่งเป็นห้องต่างๆ หลายห้องตามแนวราบ โดยมีแผ่นกั้นห้องที่มีลักษณะคล้ายถาดกลม โดยแผ่นกั้นห้องทุกแผ่นจะมีการเจาะรูเอาไว้ เพื่อให้ไอน้ำมันที่ร้อนสามารถผ่านทะลุขึ้นสู่ส่วนบนของหอกลั่นได้ และมีท่อต่อเพื่อนำน้ำมันที่กลั่นตัวแล้วออกไปจากหอกลั่นเมื่อไอน้ำมันดิบที่ร้อนถูกส่งให้เข้าไปสู่หอกลั่นทางท่อ ไอจะเคลื่อนตัวขึ้นไปสู่ส่วนบนสุดของหอกลั่น และขณะที่เคลื่อนตัวขึ้นไปนั้น ไอน้ำมันจะเย็นตัวลงและควบแน่นไปเรื่อยๆ แต่ละส่วนของไอน้ำมันจะกลั่นตัวเป็นของเหลวที่ระดับต่างๆ ในหอกลั่น ทั้งนี้ขึ้นอยู่กับอุณหภูมิของการควบแน่นที่แตกต่างกันออกไป น้ำมันส่วนที่เบากว่า (Lighterfractions) เช่น น้ำมันเบนซิน (Petorl) และพาราฟิน (Parafin) ซึ่งมีค่าอุณหภูมิของการควบแน่นต่ำจะกลายเป็นของเหลวที่ห้องชั้นบนสุดของหอกลั่นและค้างตัวอยู่บนแผ่นกั้นห้องชั้นบนสุด น้ำมันส่วนกลาง (Medium fractions) เช่น ดีเซล (Diesel) น้ำมันแก๊ส (Gas oils) และน้ำมันเตา(Fuel oils) บางส่วนจะควบแน่นและกลั่นตัวที่ระดับต่างๆ ตอนกลางของหอกลั่น ส่วนน้ำมันหนัก (Heavy factions) เช่น น้ำมันเตา และสารตกค้างพวกแอสฟัลต์ จะกลั่นตัวที่ส่วนล่างสุดของหอกลั่น ซึ่งมีอุณหภูมิสูงและจะถูกระบายออกไปจากส่วนฐานของหอกลั่น
ข้อเสียของกระบวนการกลั่นลำดับส่วนคือ จะได้น้ำมันเบาประเภทต่างๆ ในสัดส่วนที่น้อยมากทั้งที่น้ำมันเบาเหล่านี้ล้วนมีคุณค่าทางเศรษฐกิจสูงกระบวนการกลั่นน้ำมัน

การกลั่นแบบเทอร์มอล แครกกิง (Thermal cracking)
กระบวนการนี้จะได้น้ำมันที่กลั่นแล้ว คือ น้ำมันเบนซิน (Petrol) เพิ่มสูงขึ้นเป็นร้อยละ ๕๐ ในปัจจุบัน กระบวนการกลั่นแบบนี้เกิดขึ้นโดยการเอาน้ำมันดิบมาทำให้เกิดการแตกตัวในถัง ที่อุณหภูมิสูงกว่า ๑,๐๐๐ องศาฟาเรนไฮต์ ที่ความกดดันมากกว่า ๑,๐๐๐ ปอนด์ ต่อรารางนิ้ว สภาวะอุณหภูมิที่สูงและความกดดันที่สูงทำให้สารประกอบไฮโดรคาร์บอนที่มีโครงสร้างโมเลกุลขนาดใหญ่ เกิดการแยกตัวหรือแตกตัวเป็นน้ำมันส่วนเบา หรือเป็นสารไฮโดรคาร์บอนที่มีโมเลกุลขนาดเล็กลง รวมทั้งมีจำนวนอะตอมของคาร์บอน้อยลง และน้ำมันส่วนเบาซึ่งมีสภาพเป็นไอร้อนนี้ก็จะถูกปล่อยให้เข้าไปในหอกลั่น เพื่อควบแน่นและกลั่นตัวเป็นของเหลวต่อไป
การกลั่นแบบคาตาลิติก แครกกิง (Catalytic cracking)
กระบวนการกลั่นนี้ได้รับการพัฒนาต่อเนื่องจากแบบดั้งเดิมที่กล่าวมาแล้วทั้งสองแบบ เพื่อเพิ่มปริมาณน้ำมันที่กลั่นแล้วตลอดจนคุณภาพของน้ำมันที่กลั่นก็ได้รับการปรับปรุงให้ดีขึ้น โดยการเติมตัวเร่งปฏิกิริยา (Catalyst) เข้าไปในน้ำมันส่วนกลาง (Mediumfractions) ซึ่งช่วยทำให้โมเลกุลน้ำมันแตกตัว หรือแยกตัวดีขึ้น โดยไม่มีผลต่อการเปลี่ยนแปลงส่วนประกอบทางเคมีของน้ำมัน ตัวเร่งปฏิกิริยาอยู่ในรูปของผงแพลทินัม (Platinum) หรือดินเหนียว (Clay) ที่มีขนาดอนุภาคละเอียดมากผงตัวเร่งปฏิกิริยาจะสัมผัสกับไอน้ำมันร้อนในเตาปฏิกรณ์ (Reactor) ทำให้ไอน้ำมันเกิดการแตกตัว หรือแยกตัวเป็นน้ำมันส่วนที่เบา เช่นน้ำมันเบนซิน (Petrol) แล้วก็ควบแน่นกลั่นตัวในที่สุด โดยทิ้งอะตอมของคาร์บอนและมลทินไว้กับอนุภาคของดินเหนียว ตัวเร่งปฏิกิริยาที่มีคาร์บอนเคลือบอยู่ก็จะถูกปล่อยให้ไหลออกจากเตาปฏิกรณ์เข้าสู่รีเจนเนอเรเตอร์ (Regenerator) ซึ่งคาร์บอนจะถูกเผาไหม้ไปในกระแสอากาศกระบวนการกลั่นแบบนี้จึงเป็นการใช้ปฏิกิริยาทางเคมีกระทำต่อน้ำมันดิบ ซึ่งช่วยแยกโมเลกุลของไฮโดรคาร์บอนชนิดต่างๆ ออกจากกัน รวมไปถึงการกำจัดมลทินต่างๆ เช่น สารประกอบของกำมะถัน สารเมอร์แคบแทนส์ (Mercaptans) ที่มีกลิ่นฉุน อโรเมติกส์ (Aromatics) และไฮโดรเจนซัลไฟด์ ออกไปอีกด้วย
การกลั่นแบบโพลีเมอไรเซซั่น (Polymerization)
กระบวนการกลั่นแบบแครกกิง(Cracking) ช่วยปรับปรุงน้ำมันแบนซินให้มีปริมาณมากขึ้น โดยการแยกน้ำมันส่วนที่หนักกว่าออกไปแต่การกลั่นแบบโพลีเมอไรเซซั่นเป็นการเพิ่มปริมาณน้ำมันเบนซินจากน้ำมันส่วนที่เบาที่สุด(Lightest fractions) ซึ่งก็คือ แก๊ส นั่นเอง โดยทั่วๆ ไปจะถูกเผาทิ้งไป แก๊สเหล่านี้ได้รับการนำมารวมกันเป็นสารประกอบที่มีโมเลกุลใหญ่ขึ้นและทำให้สามารถเพิ่มปริมาณน้ำมันเบนซินที่กลั่นได้ รวมไปถึงการเพิ่มปริมาณออกเทน (Octane content) อีกด้วย การใช้ประโยชน์จากน้ำมันและแก๊สธรรมชาตินั้นได้เป็นไปอย่างกว้างขวางในกิจการอุตสาหกรรม พาณิชยกรรม เกษตรกรรม และในด้านอื่นๆ อีกมากมาย และก็นับได้ว่า เป็นปัจจัยสำคัญที่ทำให้เกิดการพัฒนาอุตสาหกรรมในช่วงหลายร้อยปีที่ผ่านมา โดยใช้เป็นเชื้อเพลิงวัสดุหล่อลื่น ให้แสงสว่าง และใช้เป็นวัตถุดิบสำหรับผลิตภัณฑ์หลายชนิด นอกจากนี้ ผลพลอยได้จากน้ำมันและแก๊สธรรมชาติก็สามารถนำไปใช้เป็นเคมีภัณฑ์ ยารักษาโรค เส้นใยสังเคราะห์ ฯลฯ อย่างไรก็ดี การนำปิโตรเลียมไปใช้ประโยชน์ในรูปแบบต่างๆ นั้น อาจสรุปได้ดังนี้
- ใช้ในการขนส่ง ประมาณร้อยละ ๔๖ ของปิโตรเลียมได้ถูกนำไปใช้ประโยชน์เป็นเชื้อเพลิงสำหรับรถยนต์ในระบบเครื่องยนต์เผาไหม้ภายใน (Internal combustion engine) ซึ่งได้แก่ น้ำมันเบนซิน น้ำมันดีเซล น้ำมันเครื่องบินและไอพ่น น้ำมันเตาสำหรับรถไฟและเรือ - ใช้เป็นเชื้อเพลิงสำหรับอุตสาหกรรมซึ่งส่วนมากใช้น้ำมันเตา และแก๊สธรรมชาติในโรงงานอุตสาหกรรม โรงไฟฟ้าพลังความร้อนแก๊สหุงต้ม และในอุตสาหกรรมขนาดเล็กเครื่องสูบน้ำ ฯลฯ ซึ่งส่วนมากจะใช้น้ำมันเบา(Light oils) เป็นเชื้อเพลิง - ใช้ในเครื่องกำเนิดความร้อน และให้แสงสว่าง น้ำมันหนัก (Heavy oils) มักจะมีการนำมาใช้ในเครื่องกำเนิดความร้อนของประเทศในแถบหนาว สำหรับโรงงาน สำนักงาน และที่พักอาศัย น้ำมันเบาก็มีความสำคัญเช่นกัน อาทิ น้ำมันก๊าด (Kerosene) ใช้เป็นเชื้อเพลิงให้แสงสว่างและหุงต้มในท้องถิ่นที่ยังไม่เจริญหรืออยู่ห่างไกลแก๊สโพรเพน (Propane) และบิวเทน (Butane) ใช้เป็นเชื้อเพลิงหุงต้มในครัวเรือน - ใช้เป็นวัสดุหล่อลื่น ประมาณร้อยละ ๑ - ๒ ของน้ำมันดิบที่ผ่านกระบวนการกลั่นจะได้รับการแปรสภาพไปเป็น น้ำมันหล่อลื่น (Lubricants) และจาระปี (Greases) สำหรับการขนส่งเครื่องยนต์และโรงงานอุตสาหกรรม - ประโยชน์อื่นๆ อาทิเช่น แอสฟัลต์ (Asphalt) บิทูเม็น (Bitumen) น้ำมันดิน (Tar) ใช้ราดถนน ฉาบหลังคา และใช้เป็นสารกันน้ำขี้ผึ้ง (Wax) ใช้ทำเทียนไข วัสดุกันซึม วัสดุขัดมัน และเป็นเชื้อเพลิงให้แสงสว่าง - สารปิโตรเลียม ปิโตรเลียมใช้เป็นวัตถุดิบสำหรับอุตสาหกรรมปิโตรเลียม ซึ่งจะนำไปสู่การผลิตพลาสติกและสารสังเคราะห์มากมายหลายชนิด (Plastics) เส้นใยสังเคราะห์ (Synthetic fibres) และสิ่งทอสังเคราะห์ (Synthetictextiles) ยางสังเคราะห์ (Syntheic rubber) สารคาร์บอนดำ (Carbon black) ฯลฯ

ปิโตรเลียม

ปิโตรเลียม (petroleum จากภาษากรีก petra – หิน และ elaion – น้ำมัน หรือภาษาละติน oleum – น้ำมัน ) รวมความแล้วหมายถึง น้ำมันที่ได้จากหิน หรือที่เราเรียกกันว่า น้ำมันดิบ บางครั้งเรียกอย่างไม่เป็นทางการว่า "ทองคำสีดำ" หรือ "น้ำชาเท็กซัส" คือเป็นของเหลวที่ขุ่นข้นมีสีน้ำตาลเข้มหรือสีเขียวเข้ม
ปิโตรเลียม เป็นสารไฮโดรคาร์บอน (CH) ที่เกิดขึ้นเองตามธรรมชาติ โดยมีธาตุองค์ประกอบหลัก 2 ชนิด คือ คาร์บอน (C) และไฮโดรเจน (H) ซึ่งอาจมีธาตุอโลหะชนิดอื่นปนอยู่ด้วย เช่น กำมะถัน ออกซิเจน ไนโตรเจน ฯลฯ ทั้งนี้ปิโตรเลียมเป็นได้ทั้ง 3 สถานะ คือของแข็ง ของเหลว หรือ ก๊าซ โดยจะขึ้นอยู่กับองค์ประกอบของปิโตรเลียม รวมถึงความร้อน และความดันของสภาพแวดล้อมในการเกิดและการกักเก็บปิโตรเลียม
ปิโตรเลียม แบ่งตามสถานะได้เป็น 2 ชนิดหลักๆ คือ น้ำมันดิบ (Oil) และ ก๊าซธรรมชาติ ( Natural Gases)
น้ำมันดิบ จะประกอบด้วยสารไฮโดรคาร์บอนชนิดระเหยง่ายเป็นหลัก นอกจากนั้นจะเป็นสารจำพวกกำมะถัน ไนโตรเจน และสารประกอบออกไซด์อื่นปนอยู่
ก๊าซธรรมชาติ เป็นปิโตรเลียมที่อยู่ในรูปของ ก๊าซ ณ อุณหภูมิ และความดันที่ผิวโลก ซึ่งประกอบด้วยสารไฮโดรคาร์บอนเป็นหลัก โดยอาจมีสัดส่วนสูงถึงร้อยละ 95 ส่วนที่เหลือจะเป็นสารจำพวกไนโตรเจน และคาร์บอนไดออกไซด์ บางครั้งอาจจะพบไฮโดรเจนซัลไฟด์ปนอยู่ด้วย โดยจะหมายรวมถึง ก๊าซธรรมชาติเหลว ซึ่งเมื่ออยู่ในแหล่งกักเก็บใต้ผิวโลกซึ่งมีอุณหภูมิและความดันสูงจะมีสภาพเป็นก๊าซ และจะกลายสภาพเป็นของเหลวเมื่อขึ้นมาสู่พื้นผิว เนื่องจากประกอบด้วยไฮโดรคาร์บอนในกลุ่มเดียวกันกับก๊าซธรรมชาติ แต่มีจำนวนคาร์บอนอะตอมในโครงสร้างโมเลกุลสูงกว่าก๊าซธรรมชาติ จึงเรียกว่า ก๊าซธรรมชาติเหลว

พอลิเมอร์

พอลิเมอร์ (Polymer) คือ สารประกอบที่มีโมเลกุลขนาดใหญ่ และมีมวลโมเลกุลมากประกอบด้วย หน่วยเล็ก ๆ ของสารที่อาจจะเหมือนกันหรือต่างกันมาเชื่อมต่อกันด้วยพันธะเคมี เรียกว่าพันธะโคเวเลนต์ (Covalent bond) หน่วยเล็กๆของพอลิเมอร์คือโมเลกุลเล็กๆ เรียกว่า มอนอเมอร์ (Monomer)
มอนอเมอร์ (Monomer) คือ หน่วยเล็ก ๆ ของสารในพอลิเมอร์ ปฏิกิริยาการเกิดพอลิเมอร์ เรียกว่า พอลิเมอไรเซชั่น (Polymerization) ซึ่งเป็นปฏิกิริยาการรวมตัวของมอนอเมอร์แต่ละชนิด ภายใต้สภาวะต่างๆ เช่น ตัวเร่งปฏิกิริยา อุณหภูมิ ความดัน เป็นต้น ทำให้เกิดพอลิเมอร์ชนิดต่างๆขึ้นมากมาย ทั้งที่เป็นพอลิเมอร์ในธรรมชาติ หรือพอลิเมอร์สังเคราะห์
พอลิเมอร์ แบ่งตามเกณฑ์ต่าง ๆ ดังนี้ แบ่งตามการเกิด ก. พอลิเมอร์ธรรมชาติ เป็นพอลิเมอร์ที่เกิดขึ้นเองตามธรรมชาติ เช่น โปรตีน แป้ง เซลลูโลส ยางธรรมชาติ ข. พอลิเมอร์สังเคราะห์ เป็นพอลิเมอร์ที่เกิดจากการสังเคราะห์โดยปฏิกิริยาเคมี โดยใช้สารเริ่มต้นหรือมอนอเมอร์ ส่วนใหญ่เป็นโมเลกุลของไฮโดรคาร์ไม่อิ่มตัว ซึ่งเป็นผลพลอยได้จากการกลั่นน้ำมันดิบ
ไฮโดรคาร์บอนไม่อิ่มตัว คือสารประกอบที่มีพันธะคู่ระหว่างคาร์บอนอะตอมในโมเลกุลของไฮโดรคาร์บอน เช่น เอทิลีน โพรพิลีน เป็นต้น ผลิตภัณฑ์ที่ได้จากปฏิกิริยาพอลิเมอไรเซชั่น จะได้พอลิเมอร์ ที่มีมวลโมเลกุลมาก และมีโครงสร้างแข็งแรง เช่น พอลีเอทิลีน พอลีโพรพิลีน เป็นต้น ซึ่งพอลิเมอร์เหล่านี้เรียกว่า เม็ดพลาสติก ซึ่งจะถูกนำไปใช้ในอุตสาหกรรมต่อเนื่อง เรียกว่า ปิโตรเคมี เพื่อใช้ประโยชน์ในการผลิตวัสดุต่าง ๆ เช่น พลาสติก ไนลอน ดาครอนและลูไซต์ วัสดุต่างๆที่เป็นพลาสติก ในปัจจุบันจึงได้จากกระบวนการพอลิเมอไรเซชั่นเป็นจำนวนมาก เช่น พลาสติกต่างๆ ภาชนะใส่อาหาร ท่อสายยาง ฟิล์มถ่ายรูป ของเล่นเด็ก และอีกมากมาย แบ่งตามชนิดของมอนอเมอร์ที่เป็นองค์ประกอบ
โฮมอลิเมอร์ เป็นพอลิเมอร์ที่ประกอบด้วยมอนอเมอร์ชนิดเดียวกัน เช่น แป้ง พอลิเอทิลีน PVC ข. โคพอลิเมอร์ เป็นพอลิเมอร์ที่ประกอบด้วยมอนอเมอร์ต่างชนิดกัน เช่น โปรตีน พอลิเอสเทอร์ โครงสร้างของพอลิเมอร์ ก. พอลิเมอร์แบบเส้น เป็นพอลิเมอร์ที่เกิดจากมอนอเมอร์สร้างพันธะต่อกันเป็นสายยาว โซ่พอลิเมอร์เรียงชิดกันมากว่าโครงสร้างแบบอื่น ๆ จึงมีความหนาแน่น และจุดหลอมเหลวสูง มีลักษณะแข็ง ขุ่นเหนียวกว่าโครงสร้างอื่นๆ ตัวอย่าง PVC พอลิสไตรีน พอลิเอทิลีน

ข. พอลิเมอร์แบบกิ่ง เป็นพอลิเมอร์ที่เกิดจากมอนอเมอร์ยึดกันแตกกิ่งก้านสาขา มีทั้งโซ่สั้นและโซ่ยาว กิ่งที่แตกจาก พอลิเมอร์ของโซ่หลัก ทำให้ไม่สามารถจัดเรียงโซ่พอลิเมอร์ให้ชิดกันได้มาก จึงมีความหนาแน่นและจุดหลอมเหลวต่ำยืดหยุ่นได้ ความเหนียวต่ำ โครงสร้างเปลี่ยนรูปได้ง่ายเมื่ออุณหภูมิเพิ่มขึ้น ตัวอย่าง พอลิเอทิลีนชนิดความหนาแน่นต่ำ

ค. พอลิเมอร์แบบร่างแห เป็นพอลิเมอร์ที่เกิดจากมอนอเมอร์ต่อเชื่อมกันเป็นร่างแห พอลิเมอร์ชนิดนี้มีความแข็งแกร่ง และเปราะหักง่าย ตัวอย่างเบกาไลต์ เมลามีนใช้ทำถ้วยชาม

สารชีวโมเลกุล

สารชีวโมเลกุล-สารชีวโมเลกุล คือสารเคมีต่าง ๆ ที่เป็นองค์ประกอบของสิ่งมีชีวิต เป็นสารอินทรีย์ที่มีธาตุคาร์บอนและไฮโดรเจนเป็นองค์ประกอบหลัก โดยทั่วไปมีขนาดโมเลกุลใหญ่มาก เมื่อเทียบกับโมเลกุลทั่วไป เพราะเกิดจากปฏิกิริยาควบแน่นของโมโนเมอร์แต่ละชนิด พบอยู่ในสิ่งมีชีวิตเท่านั้น ประกอบไปด้วย 4 ประเภทใหญ่ ๆ คือ 1. คาร์โบไฮเดรต (carbohydrates) 2. ไขมันและน้ำมัีน หรือ ลิปิด (lipids) 3. โปรตีนและกรดอะมิโน (proteins) 4. กรดนิวคลีอิก (nucleic acids) สารชีวโมเลกุลโดยส่วนใหญ่ เป็นสารที่มีขนาดใหญ่ (macromolecules)
ซึ่งประกอบขึ้นจากหน่วยย่อย ๆ ดังนั้นจึงมีความจำเป็นต้องทำความเข้าใจหลักการของ polymerPolymer เป็นโมเลกุลขนาดใหญ่ที่ประกอบไปด้วยหน่วยย่อย (monomer) ที่เหมือนหรือคล้ายคลึงกัน การเกิดและการแตกสลาย polymer มีหลักคล้ายคลึงกัน โดยส่วนใหญ่ polymer เกิดจากปฏิกิริยา condensation ของ monomer ซึ่งมีการสูญเสียน้ำ (บางครั้งอาจเรียกว่าเป็นปฏิกิริยา dehydration) ในการแตกสลายของ polymer ต้องมีการนำน้ำเข้าไปใช้ในปฏิกิริยา จึงเรียกปฏิกิริยานี้ว่า hydrolysisบทบาทสำคัญของสารชีวโมเลกุลสารชีวโมเลกุลมีบทบาทสำคัญต่อการดำรงชีวิตมาก ร้อยละ 50 ของน้ำหนักตัวเราเป็นสารชีวโมเลกุลประเภทโปรตีน เซลล์ร่างกายมนุษย์ประกอบด้วยเยื่อหุ้มเซลล์และนิวเคลียสซึ่งประกอบด้วยโปรตีนและไขมัน ไซโตพลาสซึมในเซลประกอบด้วยโปรตีน ไขมัน คาร์โบไฮเดรต ผนังเซลล์ประกอบด้วยเซลลูโลส ซึ่งเป็นคาร์โบไฮเดรตชนิดหนึ่ง สารชีวโมเลกุลจึงมีบทบาทสำคัญต่อร่างกาย

เซลล์ไฟฟ้าเคมี

เซลล์ไฟฟ้าเคมี
เซลล์ไฟฟ้าเคมี (Electrochemical view) คือ เครื่องมือหรืออุปกรณ์ทางเคมีที่เกิดจากการเปลี่ยนแปลงพลังงานเคมีเป็นพลังงานไฟฟ้า หรือไฟฟ้าเป็นเคมี
เซลล์ไฟฟ้าเคมี แบ่งออกเป็น 2 ประเภท
1. เซลล์กัลวานิก (Galvanic cell) คือ เซลล์ไฟฟ้าเคมีที่เปลี่ยนพลังงานเคมีเป็นพลังงานไฟฟ้า เกิดจากสารเคมีทำปฏิกิริยากันในเซลล์ แล้วเกิดกระแสไฟฟ้า เช่น ถ่านไฟฉาย เซลล์แอลคาไลน์ เซลล์ปรอท เซลล์เงิน แบตเตอรี่
2. เซลล์อิเล็กโทรไลต์ (Electrolytic cell) คือ เซลล์ไฟฟ้าเคมีที่เปลี่ยนพลังงานไฟฟ้าเป็นพลังงานเคมี เกิดจากการผ่านกระแสไฟฟ้าเข้าไปในเซลล์ แล้วเกิดปฏิกิริยาเคมีขึ้น เช่น เซลล์แยกน้ำด้วยไฟฟ้า การชุบโลหะด้วยไฟฟ้า
ส่วนประกอบของเซลล์ไฟฟ้าเคมี
1. ขั้วไฟฟ้า มี 2 ชนิด
1.1 ขั้วว่องไว (Active electrode) ได้แก่ ขั้วโลหะทั่วไป เช่น Zn Cu Pb ขั้วพวกนี้บางโอกาสจะมีส่วนร่วมในปฏิกิริยาด้วย
1.2 ขั้วเฉื่อย (Inert electrode) คือ ขั้วที่ไม่มีส่วนร่วมใดๆ ในการเกิดปฏิกิริยาเคมี เช่น Pt C(แกรไฟต์)
ในเซลล์ไฟฟ้าปกติ จะประกอบด้วยขั้วไฟฟ้า 2 ขั้วเสมอ ดังนี้
1. ขั้วแอโนด (Anode) คือ ขั้วที่เกิดออกซิเดชัน
2. ขั้วแคโทด (Cathode) คือ ขั้วที่เกิดรีดักชัน
2. สารละลายอิเล็กโทรไลต์ (Electrolyte)
อิเล็กโทรไลต์ (Electrolyte) คือ สารที่มีสถานะเป็นของเหลว นำไฟฟ้าได้ เพราะมีไอออนเคลื่อนที่ไปมาอยู่ในสารละลาย
สารละลายอิเล็กโทรไลต์ มี 2 ชนิดคือ
1. สารประกอบไอออนิกหลอมเหลว เช่น สารละลาย NaCl
2. สารละลายอิเล็กโทรไลต์ เช่น สารละลายกรด เบส เกลือ
เซลล์กัลวานิก หรือเซลล์วอลตาอิก(Voltaic cell)
เซลล์กัลวานิก (Galvanic cell) คือ เซลล์ไฟฟ้าที่เปลี่ยนพลังงานเคมีเป็นพลังงานไฟฟ้า ประกอบด้วยครึ่งเซลล์ 2 ครึ่งเซลล์มาต่อกัน และเชื่อมให้ครบวงจรโดยใช้สะพานไอออนต่อระหว่างครึ่งเซลล์ไฟฟ้าทั้งสอง

สมบัติของสารที่ใช้ทำเป็นสะพานไอออน
1. เป็นสารประกอบไอออนิกที่สามารถแตกตัวละลายน้ำได้ดี มีปริมาณไอออนมาก
2. ไอออนต้องไม่ทำทำปฏิกิริยาเคมีใดๆ กับสารละลายของแต่ละครึ่งเซลล์
3. ไอออนบวกและไอออนลบที่แตกตัวออกมาต้องมีความสามารถในการเคลื่อนที่ใกล้เคียงกัน
4. สารที่ใช้ทำสะพานไอออน ได้แก่ KNO3, KCl, NH4Cl
5. ต้องเป็นสารละลายอิ่มตัว ประกอบด้วยไอออนมาก
ลักษณะสำคัญของเซลล์กัลวานิก
1. กระแสไฟฟ้าที่เกิดขึ้นเป็นกระแสตรง คือ กระแสอิเล็กตรอน
2. อิเล็กตรอนจะไหลจากครึ่งเซลล์ที่มีศักย์ไฟฟ้าต่ำไปยังครึ่งเซลล์ที่มีศักย์ไฟฟ้าสูง
เซลล์อิเล็กโทรไลต์ (Electrolytic cell)
เซลล์อิเล็กโทรไลต์ คือ เซลล์ไฟฟ้าเคมีที่ใช้พลังงานไฟฟ้าให้เปลี่ยนเป็นพลังงานเคมี หรือเกิดปฏิกิริยาเคมีขึ้น นั่นเอง
ปฏิกิริยาที่เกิดขึ้นก็จะเป็นปฏิกิริยารีดอกซ์ ซึ่งเซลล์ประเภทนี้จะมีค่า E0 cell ติดลบ

เซลล์อิเล็กโทรไลต์ประกอบด้วยภาชนะที่บรรจุสารเคมีที่จะเกิดปฏิกิริยา และมีขั้วไฟฟ้าซึ่งต่ออยู่กับแหล่งไฟฟ้ากระแสตรง โดยทั่วไปมักเป็นขั้วเฉื่อยที่ไม่มีส่วนร่วมกับปฏิกิริยา ดังรูป

ส่วนประกอบของเซลล์อิเล็กโทรไลต์
1. ขั้วไฟฟ้า(Electrode) เป็นโลหะหรือแกรไฟต์ที่นำไฟฟ้าได้ดี โดยทั่วไปมักจะใช้ขั้วเฉื่อย เช่น ขั้ว Pt สามารถจำแนกขั้วไฟฟ้าได้ดังนี้
จำแนกตามการเกิดปฏิกิริยา
1.1 ขั้วแอโนด (Anode) เป็นขั้วที่เกิดปฏิกิริยาออกซิเดชัน
1.2 ขั้วแคโทด (Cathode) เป็นขั้วที่เกิดปฏิกิริยารีดักชัน
จำแนกขั้วตามการต่อเข้ากับแหล่งกำเนิดไฟฟ้า
1.1 ขั้วบวก เป็นขั้วที่ต่อเข้ากับขั้วบวกของแบตเตอรี่หรือแหล่งกำเนิดไฟฟ้า
1.2 ขั้วลบ เป็นขั้วที่ต่อเข้ากับขั้วลบของแบตเตอรี่หรือแหล่งกำเนิดไฟฟ้า
2. สารอิเล็กโทรไลต์ คือ สารที่มีสถานะของเหลวประกอบด้วยไอออนที่เคลื่อนที่ และนำไฟฟ้าได้
2.1 สารประกอบไอออนิกหลอมเหลว เช่น สารละลายโซเดียมคลอไรด์ที่หลอมเหลว
2.2 สารละลายอิเล็กโทรไลต์ เช่น สารละลายกรด เบส เกลือ