Transcription
เคมีทุกแขนงใน 8 นาที
เคมีอนินทรีย์นี่คือ ฝันร้ายของเด็ก ม.ปลายครับ เคมีอนินทรีย์คือเคมีที่ศึกษาธาตุต่างๆ ที่อยู่ในตารางนี้นี่แหละครับ การศึกษาพวกนี้นะครับ ก็รวมไปตั้งแต่คุณสมบัติพื้นฐานของมันครับ ไม่ว่าจะเป็นสถานะ สี การนำไฟฟ้า การนำความร้อน บลาๆ แล้วก็รวมไปถึงการศึกษาว่าเราจะสังเคราะห์มันขึ้นมาได้ยังไง หรือเวลาที่มันทำปฏิกิริยากับธาตุตัวอื่นในตารางธาตุเนี่ย มันจะให้ผลลัพธ์ให้ผลิตภัณฑ์ออกมาเป็นแบบไหน
เวลาที่ธาตุ 2 ตัวหรือมากกว่านั้นต่างชนิดกันมาอยู่รวมกัน เราก็จะเรียกมันว่าสารประกอบครับ ซึ่งเคมีอนินทรีย์ครับก็คือเคมีที่ศึกษาสารประกอบเหล่านี้ด้วย แต่ยกเว้นสารประกอบที่เกิดมาจากธาตุตัวนี้ แต่ก็ไม่ทั้งหมดนะครับ ส่วนถ้าเป็นสารประกอบที่มีธาตุตัวนี้เป็นส่วนประกอบหลักนะครับ เราก็จะเรียกมันว่าสารประกอบอินทรีย์ ซึ่งเคมีที่ศึกษาสารประกอบอินทรีย์นะครับ เราก็จะเรียกมันว่าเคมีอินทรีย์ เหตุผลที่ต้องเป็นคาร์บอนแทนที่จะเป็นธาตุอื่นนะครับ ก็เพราะว่าคาร์บอนนะครับ เป็นธาตุที่มีความยืดหยุ่นมากครับ ยืดหยุ่นในที่นี้หมายถึงว่าเวลาที่มันจะไปเกิดสารประกอบเนี่ย มันสามารถมีได้ถึง 4 พันธะที่จะสามารถไปจับกับใครก็ได้ โดยเฉพาะไฮโดรเจน ออกซิเจน แล้วก็ไนโตรเจน หรือแม้กระทั่งจับกับตัวมันเองต่อตัวกันเป็นสายยาว เป็นโครงสร้าง 3 มิติ หรือเป็นวงกลม เกิดเป็นรูปแบบของสารประกอบที่ไม่ซ้ำกันเป็นล้านๆ ชนิด ซึ่งสารล้านๆ ชนิดที่ไม่ซ้ำกันเนี่ยนะครับ ถูกกำหนดคุณสมบัติหรือว่าความสามารถเนี่ย ด้วยสิ่งที่เรียกว่าหมู่ฟังก์ชัน
เคมีวิเคราะห์
ตลอดเวลาที่ผ่านมานะครับ เคมีเป็นแค่ไสยศาสตร์แขนงหนึ่งที่มีชื่อเล่นว่าการเล่นแร่แปรธาตุ คนแรกๆ ที่มีการใช้เครื่องมือวัดกับเคมี คืออองตวนลาวัวซิเยร์ ที่เขาค้นพบว่ามวลของสารก่อนเริ่มปฏิกิริยามีค่าเท่ากับมวลของสารหลังเกิดปฏิกิริยา ที่ต่อมาเราจะเรียกว่ากฎทรงมวล และการขึ้นตาชั่งครั้งแรกของสสารนี่แหละครับ ที่เปลี่ยนไสยศาสตร์ให้กลายเป็นวิทยาศาสตร์อย่างเคมี ก่อนที่ในภายหลังนะครับ เคมีวิเคราะห์จะถูกพัฒนาขึ้นมาในแง่ของเครื่องมือแล้วก็ทฤษฎี หน้าที่ของเคมีวิเคราะห์คือตรวจสอบ ระบุ หรือแยกองค์ประกอบในสารเคมี รวมถึงพัฒนาเทคนิควิธีการต่างๆ เพื่อทำให้การตรวจสอบ การระบุ การแยกองค์ประกอบมีประสิทธิภาพมากขึ้น
เคมีเชิงฟิสิกส์
ในยุครุ่งเรืองของเคมีอินทรีย์ครับ นักเคมีทั่วบ้านทั่วเมืองก็ค้นพบสารใหม่ๆ กันเป็นว่าเล่น แต่นักเคมีในช่วงนั้นครับ รู้แค่ว่าผสมอะไรได้อะไร แต่ไม่มีอะไรการันตีเลยครับว่าปฏิกิริยาจะเกิดขึ้นหรือไม่ ไม่รู้ว่าทำไมบางปฏิกิริยาถึงหยุด บางปฏิกิริยาถึงเกิดย้อนกลับ ซึ่งเป็นช่วงที่คาบเกี่ยวพอดีกับช่วงการตื่นตัวของเทอร์โมไดนามิกส์ในซีกโลกฟิสิกส์ พลิกโลกไปที่อเมริกาครับ มีชายคนนึงครับที่เห็นความเชื่อมโยงบางอย่างระหว่างเทอร์โมไดนามิกส์และเคมี จนนำไปสู่การควบรวมเข้าด้วยกัน ทำให้ปฏิกิริยาสามารถถูกทำนายได้ด้วยเทอร์โมไดนามิกส์ เป็นจุดเริ่มต้นของเคมีเชิงฟิสิกส์อย่างเป็นทางการ
เคมีเชิงฟิสิกส์ครับ คือเคมีที่ประยุกต์ใช้หลักการและกฎทางฟิสิกส์เข้ามาอธิบายปฏิกิริยาและการเปลี่ยนแปลงของสสาร ทั้งในระดับที่เล็กมากๆ และก็ใหญ่มากๆ มองเห็นด้วยตาเปล่า รวมถึงพลังงานที่เกี่ยวข้องกับการเปลี่ยนแปลงด้วย ซึ่งเคมีเชิงฟิสิกส์ในยุคหลังๆ ครับ มันก็จะแตกแยกย่อยออกไปอีกหลายสาขาเลยนะครับ อย่างจลนศาสตร์เคมีครับ หรือว่าเคมีที่ศึกษาอัตราการเกิดปฏิกิริยาเคมี ปฏิกิริยาจะเกิดขึ้นเร็ว เกิดขึ้นช้าแค่ไหน อะไรที่ทำให้เร็วหรือช้า แล้วกลไกหรือวิธีการย่อยๆ ในการเกิดปฏิกิริยาเคมีคืออะไร เคมีไฟฟ้า เคมีที่ศึกษาว่าพลังงานไฟฟ้ากับพลังงานเคมีมีความสัมพันธ์กันยังไง อิเล็กตรอนเคลื่อนที่ไปมาในปฏิกิริยาส่งผลให้เกิดอะไรขึ้น เพราะสาขานี้นี่แหละครับ ที่ทำให้เราค้นพบธาตุใหม่อย่างโซเดียม แมกนีเซียม แคลเซียม อะลูมิเนียม ลิเทียม บลาๆๆๆ ฐานกระบวนการที่มีชื่อเรียกว่าอิเล็กโทรลิซิส เคมีไฟฟ้าครับ มีบทบาทกับอุตสาหกรรมในปัจจุบันหลายอุตสาหกรรมเลยครับ อย่างเช่นอุตสาหกรรมอิเล็กทรอนิกส์ อุตสาหกรรมการแพทย์ อุตสาหกรรมแบตเตอรี่ อุตสาหกรรมพลังงานสะอาด
เคมีควอนตัม
ถึงแม้ว่าเราจะใช้ประโยชน์จากสารประกอบในเคมีมานานมากๆ แล้วนะครับ ตั้งแต่ที่เราเริ่มสร้างอารยธรรมมนุษย์ขึ้นมานะครับ แต่เราก็ยังตอบไม่ได้ว่าจริงๆ แล้วพันธะเคมีคืออะไร แล้วกลไกการเกิดของมันคืออะไร ที่ผ่านมาเราก็เสนอทฤษฎีไว้มากมายเลยนะครับ แต่ทุกๆ ทฤษฎีครับที่เคยใช้อธิบายมาก่อนครับ ต่างก็มีจุดบกพร่องและข้อยกเว้นเยอะแยะมากมายเป็นหมดนะครับ จนมันดูเหมือนว่าเรายังไม่เจอทฤษฎีที่ดีที่สุด จนกระทั่งการมาของสมการคลื่นของในควอนตัมฟิสิกส์ครับ ที่สามารถอธิบายพันธะเคมีได้เป็นอย่างดีเลยนะครับ ดังนั้นก็เลยพูดได้ว่าเคมีควอนตัมนะครับ คือเคมีที่เกิดขึ้นมาจากการพยายามอธิบายพันธะเคมีผ่านมุมมองของฟิสิกส์นั่นแหละครับ บทบาทของเคมีควอนตัมในปัจจุบันนะครับ ก็อย่างเช่น ออกแบบวัสดุล้ำๆ แล้วก็ไม่ใช่แค่ออกแบบด้วยนะครับ แต่ยังสามารถทำนายคุณสมบัติก่อนที่เราจะลงมือสังเคราะห์มันออกมาจริงๆ ได้ด้วยนะครับ
Solid State Chemistry
ทุกคนรู้จักคาร์บอนกันใช่ไหมมั้ครับ แล้วบอกผมทีครับว่านี่คืออะไร นี่แหละครับ แล้วนี่แหละครับ นี่ล่ะจะเห็นว่าที่ผมพูดมาทั้งหมดนะครับ มันก็คาร์บอนกันทั้งนั้นเลย ใช่มั้ยครับ แต่ถึงแม้ว่ามันจะเป็นอะตอมเดียวกันนะครับ ก็ใช่ว่ามันจะทำให้สมบัติในตอนที่มันมาอยู่ด้วยกันเยอะมากๆ เนี่ย มันจะมีสมบัติเดียวกันได้ Solid State Chemistry นะครับ เข้ามาเพื่อศึกษาสิ่งนี้ครับ ถึงแม้ว่าจะเป็นอะตอมหรือโมเลกุลเดียวกัน แต่ถ้ามีการจัดเรียงโครงสร้างต่างกัน ก็จะทำให้คุณสมบัติในระดับมหภาคต่างกันออกไปได้ โจทย์ของ Solid State Chemistry นะครับ คือศึกษาสมบัติที่ต่างกันของวัสดุของแข็งต่างๆ นะครับ แล้วเราจะออกแบบหรือจัดเรียงอะตอมยังไง ให้ได้คุณสมบัติแบบที่เราต้องการ หรือจะสร้างตามที่เราออกแบบไว้ได้ยังไง
เคมีพื้นผิว
ผิวที่ผ่านมาเคมีที่เราคุ้นเคยนะครับ ก็มักจะเป็นเคมีที่พูดถึงเนื้อของตัวสาร แต่เคมีพื้นผิวครับ เป็นเคมีที่พูดถึงปฏิกิริยาและปรากฏการณ์ที่เกิดขึ้นบริเวณรอยต่อของสารต่างสถานะกัน ซึ่งเป็นกุญแจสำคัญในการทำความเข้าใจทั้งปฏิกิริยาที่เราพึงประสงค์ อย่างการใช้ตัวเร่งปฏิกิริยาที่มีสถานะต่างจากสารตั้งต้นที่เราใช้ หรือจะเป็นปฏิกิริยาที่เราไม่พึงประสงค์นะครับ อย่างเช่นการกัดกร่อนที่เกิดขึ้นบนพื้นผิวต่างๆ
ชีวเคมี
นี่คือเคมีที่รวมร่างกับชีววิทยาครับ ขอบเขตของการศึกษาชีวเคมีคือการศึกษากระบวนการทางเคมีต่างๆ ที่เกี่ยวข้องกับสิ่งมีชีวิต โครงสร้างกับหน้าที่ของสารชีวโมเลกุลในเซลล์ เรียกได้ว่าเป็นชีววิทยาที่มองผ่านเลนส์ของเคมีก็ได้ครับ
เคมีนิวเคลียร์
ในขณะที่ปฏิกิริยาเคมีทั่วไปครับ จะพูดถึงการเปลี่ยนแปลงที่เกิดขึ้นรอบนอกของนิวเคลียส แต่ปฏิกิริยานิวเคลียร์ครับ จะพูดถึงการเปลี่ยนแปลงที่เกิดขึ้นภายในนิวเคลียสของอะตอม เคมีนิวเคลียร์ครับ คือเคมีที่ศึกษาเกี่ยวกับการเปลี่ยนแปลงที่เกิดขึ้นภายในนิวเคลียสของอะตอมนี่แหละครับ แล้วก็รวมถึงว่าเราจะเอามันไปใช้ทำอะไรได้บ้าง
เคมีโคออร์ดิเนชัน
ในรูปของเคมีครับ จะมีสารประกอบอยู่ชนิดหนึ่งครับ ที่ถ้าเราปรับแต่งแค่นิดเดียวครับ ก็สามารถทำให้คุณสมบัติของมันครับ เปลี่ยนจากหน้ามือเป็นหลังมือ เช่นจากตอนแรกที่มันเสถียรมากๆนะครับ แต่หลังจากการปรับแต่งแค่นิดเดียวครับ ก็สามารถทำให้มันไวต่อปฏิกิริยามากๆ ได้ หรือตอนแรกที่ไม่เบี่ยงเบนในสนามแม่เหล็กครับ ก็สามารถปรับแต่งให้เบี่ยงเบนในสนามแม่เหล็กได้ สารประกอบนั้นครับ มีชื่อเรียกว่าสารประกอบเชิงซ้อนครับ ซึ่งโครงสร้างของมันเนี่ยครับ จะประกอบด้วยแกนกลางครับ ซึ่งอะตอมหรือว่าไอออนของโลหะแกนกลางนะครับ ก็จะถูกล้อมรอบด้วยสิ่งที่เรียกว่าลิแกนด์ ซึ่งความสามารถในการปรับแต่งสมบัติของโลหะกับลิแกนด์นี่แหละครับ ที่เป็นหัวใจสำคัญของสาขานี้ เคมีโคออร์ดิเนชันมีความสำคัญกับหลายวงการครับ เช่นวงการยาครับ ยารักษามะเร็งชื่อดังอย่างซิสพลาตินก็เป็นหนึ่งในสารประกอบเชิงซ้อน หรือสารประกอบเชิงซ้อนที่ทำหน้าที่เป็นตัวเร่งปฏิกิริยาต่างๆ แล้วก็ยังมีสารประกอบเชิงซ้อนบางประเภทที่ถูกใช้ในการบำบัดสิ่งแวดล้อมด้วยครับ
จริงๆ ยังมีเคมีอีกหลายสาขาเลยนะครับ ที่ยังไม่ได้พูดถึง ถ้าฟังมาถึงตรงนี้ครับ ก็น่าจะพอสังเกตได้นะครับว่าหลายๆ สาขามันเชื่อมโยงกันไปหมดเลย และไม่ใช่แค่เชื่อมโยงระหว่างเคมีกับเคมีเท่านั้นนะครับ แต่ยังสามารถเชื่อมโยงไปยังศาสตร์อื่นๆ ไม่ว่าจะเป็นเคมีกับชีวะ หรือว่าเคมีกับฟิสิกส์ด้วย ซึ่งผมเคยทำคลิปฟิสิกส์ทุกแขนงใน 8 นาทีไว้แล้ว และนี่คือเคมีทุกแขนงใน 8 นาทีครับ