ปิโตรเลียม

พอลิเมอร์

พอ ลิเมอร์ (Polymer) คือ สารประกอบที่มีโมเลกุลขนาดใหญ่ และมีมวลโมเลกุลมากประกอบด้วยหน่วยเล็ก ๆ ของสารที่อาจจะเหมือนกันหรือต่างกันมาเชื่อมต่อกันด้วยพันธะโควาเลนต์
มอนอเมอร์ (Monomer) คือ หน่วยเล็ก ๆ ของสารในพอลิเมอร์ ดังภาพ

ประเภทของพอลิเมอร์ แบ่งตามเกณฑ์ต่าง ๆ ดังนี้
1. แบ่งตามการเกิดเป็นเกณฑ์ เป็น 2 ชนิด คือ
ก . พอลิเมอร์ธรรมชาติ เป็นพอลิเมอร์ที่เกิดขึ้นเองตามธรรมชาติ เช่น โปรตีน แป้ง เซลลูโลส ไกโคเจน กรดนิวคลีอิก และยางธรรมชาติ (พอลีไอโซปรีน)
ข . พอลิเมอร์สังเคราะห์ เป็นพอลิเมอร์ที่เกิดจากการสังเคราะห์เพื่อใช้ประโยชน์ต่าง ๆ เช่น พลาสติก ไนลอน ดาครอน และลูไซต์ เป็นต้น


2. แบ่งตามชนิดของมอนอเมอร์ที่เป็นองค์ประกอบ เป็น 2 ชนิด คือ
ก . โฮมอลิเมอร์ (Homopolymer) เป็นพอลิเมอร์ที่ประกอบด้วยมอนอเมอร์ชนิดเดียวกัน เช่น แป้ง(ประกอบด้วยมอนอเมอร์ที่เป็นกลูโคสทั้งหมด) พอลิเอทิลีน PVC (ประกอบด้วยมอนอเมอร์ที่เป็นเอทิลีนทั้งหมด)

ข . เฮเทอโรพอลิเมอร์ (Heteropolymer) เป็นพอลิเมอร์ที่ประกอบด้วยมอนอเมอร์ต่างชนิดกัน เช่น โปรตีน (ประกอบด้วยมอนอเมอร์ที่เป็นกรดอะมิโนต่างชนิดกัน) พอลิเอสเทอร์ พอลิเอไมด์ เป็นต้น

3. แบ่งตามโครงสร้างของพอลิเมอร์ แบ่งออกเป็น 3 แบบ คือ
ก. พอลิเมอร์แบบเส้น (Chain length polymer) เป็นพอลิเมอร์ที่เกิดจากมอนอเมอร์สร้างพันธะต่อกันเป็นสายยาว โซ่พอลิเมอร์เรียงชิดกันมากว่าโครงสร้างแบบอื่น ๆ จึงมีความหนาแน่น และจุดหลอมเหลวสูง มีลักษณะแข็ง ขุ่นเหนียวกว่าโครงสร้างอื่นๆ ตัวอย่าง PVC พอลิสไตรีน พอลิเอทิลีน ดังภาพ

ข. พอลิเมอร์แบบกิ่ง (Branched polymer) เป็นพอลิเมอร์ที่เกิดจากมอนอเมอร์ยึดกันแตกกิ่งก้านสาขา มีทั้งโซ่สั้นและโซ่ยาว กิ่งที่แตกจาก พอลิเมอร์ของโซ่หลัก ทำให้ไม่สามารถจัดเรียงโซ่พอลิเมอร์ให้ชิดกันได้มาก จึงมีความหนาแน่นและจุดหลอมเหลวต่ำยืดหยุ่นได้ ความเหนียวต่ำ โครงสร้างเปลี่ยนรูปได้ง่ายเมื่ออุณหภูมิเพิ่มขึ้น ตัวอย่าง พอลิเอทิลีนชนิดความหนาแน่นต่ำ ดังภาพ

ค. พอลิเมอร์แบบร่างแห (Croos -linking polymer) เป็นพอลิเมอร์ที่เกิดจากมอนอเมอร์ต่อเชื่อมกันเป็นร่างแห พอลิเมอร์ชนิดนี้มีความแข็งแกร่ง และเปราะหักง่าย ตัวอย่างเบกาไลต์ เมลามีนใช้ทำถ้วยชาม ดังภาพ

หมายเหตุ พอลิเมอร์บางชนิดเป็นพอลิเมอร์ที่เกิดจากสารอนินทรีย์ เช่น ฟอสฟาซีน ซิลิโคน

การเกิดพอลิเมอร์

พอลิเมอร์เกิดขึ้นจากการเกิดปฏิกิริยาพอลิเมอร์ไรเซชันของมอนอเมอร์พอลิเมอร์ไรเซชัน (Polymerization) คือ กระบวนการเกิดสารที่มีโมเลกุลขนาดใหญ่ ( พอลิเมอร์) จากสารที่มีโมเลกุลเล็ก ( มอนอเมอร์)

 ปฏิกิริยาพอลิเมอร์ไรเซชัน

1. ปฏิกิริยาพอลิเมอร์ไรเซชันแบบเติม (Addition polymerization reaction) คือปฏิกิริยาพอลิเมอร์ไรเซชันที่เกิดจากมอนอเมอร์ของสารอินทรีย์ชนิดเดียวกันที่มี C กับ C จับกันด้วยพันธะคู่มารวมตัวกันเกิดสารพอลิเมอร์เพียงชนิดเดียวเท่านั้น ดังภาพ

2. ปฏิกิริยาพอลิเมอร์ไรเซชันแบบควบแน่น (Condensation polymerization reaction) คือปฏิกิริยาพอลิเมอร์ไรเซชันที่เกิดจากมอนอเมอร์ที่มีหมู่ฟังก์ชันมากกว่า 1 หมุ่ ทำปฏิกิริยากันเป็นพอลิเมอร์และสารโมเลกุลเล็ก เช่น น้ำ ก๊าซแอมโมเนีย ก๊าซไฮโดรเจนคลอไรด์ เมทานอล เกิดขึ้นด้วย ดังภาพ

พลาสติก

พลาสติก (Plastic) คือ สารที่สามารถทำให้เป็นรูปต่าง ๆ ได้ด้วยความร้อน พลาสติกเป็นพอลิเมอร์ ขนาดใหญ่ มวลโมเลกุลมาก

สมบัติทั่วไปของพลาสติก

• มีความเสถียรมากในธรรมชาติ สลายตัวยาก มีมวลน้อย และเบา
• เป็นฉนวนความร้อนและไฟฟ้าที่ดี
• ส่วนมากอ่อนตัวและหลอมเหลวเมื่อได้รับความร้อน จึงเปลี่ยนเป็นรูปต่างๆ ได้ตามประสงค์

ประเภทของพลาสติก

1. เทอร์มอพลาสติก เมื่อได้รับความร้อนจะอ่อนตัว และเมื่อเย็นลงจะแข็งตัว สามารถเปลี่ยนรูปได้ พลาสติกประเภทนี้โครงสร้างโมเลกุลเป็นโซ่ตรงยาว มีการเชื่อมต่อระหว่างโซ่พอลิเมอร์น้อยมาก จึงสามารถหลอมเหลว หรือเมื่อผ่านการอัดแรงมากจะไม่ทำลายโครงสร้างเดิม ตัวอย่าง พอลิเอทิลีน พอลิโพรพิลีนพอลิสไตรีน

 

2. พลาสติกเทอร์มอเซต จะคงรูปหลังการผ่านความร้อนหรือแรงดันเพียงครั้งเดียว เมื่อเย็นลงจะแข็งมาก ทนความร้อนและความดัน ไม่อ่อนตัวและเปลี่ยนรูปร่างไม่ได้ แต่ถ้าอุณหภูมิสูงก็จะแตกและไหม้เป็นขี้เถ้าสีดำ พลาสติกประเภทนี้โมเลกุลจะเชื่อมโยงกันเป็นร่างแหจับกันแน่น แรงยึดเหนี่ยวระหว่างโมเลกุลแข็งแรงมาก จึงไม่สามารถนำมาหลอมเหลวได้ ตัวอย่าง เมลามีน พอลิยูรีเทน

เชื้อเพลิงซากดึกดําบรรพ์และผลิตภัณฑ์

ถ่านหิน

                ถ่านหินนับว่าเป็นแหล่งพลังงานจากซากดึกดำบรรพ์ที่มีปริมาณมากที่สุดในโลก มนุษย์มีการใช้ถ่านหินเป็นเชื้อเพลิงในการปรุงอาหารและให้ความร้อนเป็นเวลานับพันปีมาแล้ว ซึ่งการใช้พลังงานจากถ่านหินในสมัยก่อนนั้นยังมีไม่มากนัก เพราะมนุษย์ยังมีการใช้เชื้อเพลิงจากฟืนซึ่งหาได้ง่าย และต่อมามีการใช้เชื้อเพลิงจากน้ำมันเตาควบคู่กันไปเพราะมีราคาถูก แต่ตั้งแต่เกิดการปฏิวัติอุตสาหกรรมในประเทศอังกฤษและมีการขยายตัวไปทั่วยุโรปและอเมริกา ถ่านหินกลับเป็นแหล่งเชื้อเพลิงที่นิยมใช้กันมากขึ้น ประกอบกับเมื่อเกิดมีวิกฤตการณ์พลังงานครั้งใหญ่ในปี พ.ศ. 2516 และ พ.ศ. 2522 ซึ่งราคาน้ำมันเชื้อเพลิงเพิ่มสูงขึ้นมาก ทั่วโลกจึงหันมาหาแหล่งเชื้อเพลิงอื่นๆ ที่มีราคาต่ำกว่าทดแทน ซึ่งในที่สุดก็มีการใช้ถ่านหินเป็นแหล่งพลังงานดังกล่าว อย่างไรก็ตามถึงแม้ว่าถ่านหินยังคงเป็นทรัพยากรธรรมชาติที่มีประโยชน์และยังมีเหลือพอให้มนุษย์ใช้ได้อีกนับร้อยปี แต่การใช้ถ่านหินเป็นเชื้อเพลิงนั้นจำเป็นต้องคำนึงถึงผลกระทบต่อสภาพแวดล้อมของโลกด้วย
                   การเกิดถ่านหิน

          พืชในยุคโบราณเมื่อประมาณ 350 ถึง 280 ล้านปีที่ผ่านมา เมื่อตาบลงแล้วเกิดการทับถมและเน่าเปื่อยผุพังอยู่ใต้แหล่งน้ำและโคลตม เมื่อเกิดการเปลี่ยนแปลงของผิวโลก เช่น แผ่นดินไหว หรือภูเขาไฟระเบิด ซากพืชเหล่านี้จะจมลงไปในผิวโลก ภายใต้ความร้อนและความดันสูง ซากพืชเหล่านี้ซึ่งอยู่ในภาวะที่ขาดออกซิเจนหรือมีออกซิเจนขำกัดจะเกิดการย่อยสลายอย่างช้า ๆ โครงสร้างของพืชซึ่งประกอบด้วยเซลลูโลส น้ำ และลิกนิน ซึ่งมีธาตุองค์ประกอบเป็นคาร์บอน ไฮโดรเจน และออกซิเจน เมื่อถูกย่อยสลายให้มีขนาดโมเลกุลเล็กลง คาร์บอนจะเปลี่ยนแปลงเป็นสารประกอบอินทรีย์ที่มีปริมาณคาร์บอนตั้งแต่ร้อยละ 50 โดยมวล หรือมากกว่าร้อยละ 70 โดยปริมาตร ส่วนไฮโดรเจนและออกซิเจนจะเกิดเป็นสารประกอบอื่นแยกออกไป

ลิกนิน

  เป็นสารประกอบที่มีอยู่ในเนื้อไม้ มักเกิดร่วมกับเซลลูโลส เป็นสารเคลือบผนังเซลล์ของพืชเพื่อเพิ่มความแข็งแรงให้แก่พืช

ปัจจัยที่มีผลต่อสมบัติของถ่านหิน

การที่สมบัติทางกายภาพและทางเคมีของถ่านหินตามแหล่งต่าง ๆ แตกต่างกัน เป็นผลจากปัจจัยหลายอย่างดังนี้

1. ชนิดของพืช

2. การเน่าเปื่อยที่เกิดขึ้นการถูกฝังกลบ

3. ปริมาณสารอนินทรีย์ที่ปนเปื้อนในขั้นตอนการเกิด

4. อุณหภูมิและความดันในขณะที่มีการเปลี่ยนแปลง

หินน้ำมัน

หินน้ำมันเป็นหินตะกอนเนื้อละเอียดที่มีการเรียงตัวเป็นชั้นบางๆ มีสารประกอบอินทรีย์ที่สำคัญคือ เคลโรเจน แทรกอยู่ระหว่างชั้นหินตะกอน หินน้ำมันโดยทั่งไปมีความถ่วงจำเพาะ 1.6 – 2.5 หินน้ำมันคุณภาพดีมีสีน้ำตาลไหม้จนถึงสีดำ มีลักษณะแข็งและเหนียวเมื่อนำหินน้ำมันมสกัดด้วยความร้อนที่เพียงพอ เคอโรเจนจะสลายตัวให้น้ำมันหินซึ่งมีลักษณะคล้ายน้ำมันดิบ ถ้ามีปริมาณเคอโรเจนมากก็จะได้น้ำมันหินมาก การเผาไหม้น้ำมันหินจะมีเถ้ามากกว่าร้อยละ 33 โดยมวลในขณะที่ถ่านหินมีเถ้าน้อยกว่าร้อยละ 33

การเกิดถ่านหิน

เมื่อประมาณ 350 ถึง 280 ล้านปีในอดีตพืชต่างๆที่ตายแล้วจะทับถมและเน่าเปื่อยผุพังอยูใต้แหล่งน้ำและโคลนตม เมื่อเกิดการเปลี่ยนแปลงของผิวโลก เช่นแผ่นดินไหวหรือภูเขาไฟระเบิด ซากพืชเหล่านี้จะจมลึกลงไปในผิวโลกภายใต้ความร้อนและความดันสูง ซากพืชเหล่านี้ซึ่งอยู่ในภาวะที่ขาดหรือมีออกซิเจนจำกัดจึงเกิดการย่อยสลายอย่างช้าๆ โครงสร้างหลักของพืชเป็นเซลลุโลส น้ำและลิกนินซึ่งสารเหล่านี้ประกอบด้วยธาตุคาร์บอน ไฮโดรเจนและออกซิเจน เมื่อถูกย่อยสลายให้มีโมเลกุลเล็กลงคาร์บอนจะเปลี่ยนแปลงไปเป็นสารประกอบอินทรีย์ที่มีปริมาณคาร์บอนตั้งแต่ร้อยละ 50 โดยมวลหรือมากกว่าร้อยละ 70 โดยปริมาตรส่วนไฮโดรเจนและออกซิเจนจะเกิดเป็นสารประกอบอื่นแยกออกไป

การใช้ประโยชน์จากหินน้ำมัน

หินน้ำมันมาใช้เป็นแหล่งพลังงานได้เช่นเดียวกับถ่านหิน ตั้งแต่ศตวรรษที่ 19ต่อมามีผู้ศึกษาหาวิธีสกัดน้ำมันจากหินน้ำมันจนสามารถผลิตน้ำมันหินใช้ในอุตสาหกรรมต่างๆได้นอกจากนี้การ
ทำเหมืองเพื่อผลิตหินน้ำมันเป็นหลักแล้วยังมีผลพลอยได้จากแร่ธาตุส่วนนน้อยที่เกิดร่วมกับหินน้ำมันและสารประกอบที่
เกิดขึ้นจากกระบวนการสกัดน้ำมันคือยูเรเนียมวาเนเดียมสังกะสีโซเดียมคาร์บอเนตแอมโมเนียมซัลเฟตและกำมะถันน้ำมัน
และผลพลอยได้เหล่านี้สามารถนำไปใช้ผลิตภัณฑ์ต่างๆหลายชนิดเช่นใยคาร์บอนคาร์บอนดูดซับคาร์บอนล็กอิฐและปุ๋ย