สถานะโบรมีนออกซิเดชันสูง: สารที่ไม่ควรลงมือทำงานด้วย (2019)
(blogs.sciencemag.org)- เมื่อพ้นจากรูปแบบที่คุ้นเคยอย่างธาตุโบรมีนและโบรไมด์ไปแล้ว ชนิดสารโบรมีน-ออกซิเจนที่มีสถานะออกซิเดชัน +3·+5 จะมีความไวต่อปฏิกิริยาและความอันตรายสูงขึ้นมาก
- บทความของ Konrad Seppelt กล่าวถึงการสังเคราะห์ bromyl fluoride(BrO2F) ที่เชื่อถือได้ และสารประกอบโบรมีนชนิดใหม่ที่ใช้มันเป็นจุดตั้งต้น
- การสังเคราะห์ BrO2F ต้องใช้ sodium bromate, bromine pentafluoride และ hydrogen fluoride บริสุทธิ์ที่กลั่นซ้ำ โดยเงื่อนไขปฏิกิริยานั้นเข้มงวดมากแม้ที่อุณหภูมิต่ำ
- ผลิตภัณฑ์และอนุพันธ์ของมันจัดการได้เฉพาะในช่วงอุณหภูมิต่ำ และบางชนิดมี ความเสี่ยงระเบิด สูงเมื่ออยู่ใกล้ +10°C หรือเมื่อหลอมแล้วถูกให้ความร้อน
- เอกสารประกอบห้ามสเกลอัป และเป็นการทดลองที่เข้าถึงได้ยากหากไม่มีระบบสุญญากาศที่ดีมาก สารรีเอเจนต์เฉพาะทาง การกลั่นซ้ำ anhydrous HF และอุปกรณ์ป้องกันระดับสูง
สถานะออกซิเดชันสูงที่ไกลเกินกว่าโบรมีนแบบคุ้นเคย
- ธาตุโบรมีนเป็นสารที่นักเคมีสายปฏิบัติการมักจำได้ค่อนข้างง่าย จากการเป็นของเหลวสีแดงทึบและไอสีส้มที่มีฤทธิ์กัดกร่อน
- รูปแบบที่พบทั่วไปคือธาตุโบรมีนที่มีเลขออกซิเดชัน 0 และ โบรไมด์ ที่มีเลขออกซิเดชัน -1 โดยเกลือโบรไมด์นั้นพบได้บ่อยมากและโดยทั่วไปมีราคาถูก
- เมื่อเลขออกซิเดชันสูงขึ้นเป็น +3·+5 ก็จะเริ่มมีสารประกอบฮาโลเจนผสมและชนิดสารโบรมีน-ออกซิเจนปรากฏขึ้น
- มีชนิดที่ค่อนข้างเป็นที่รู้จักอยู่บ้าง เช่น bromate ion(BrO3-)
- บทความของ Konrad Seppelt ครอบคลุมสารประกอบโบรมีน-ออกซิเจนที่แปลกกว่านั้นและขัดกับสัญชาตญาณมากกว่า
การสังเคราะห์ BrO2F และอนุพันธ์อันตราย
- แม้แต่ bromyl fluoride(BrO2F) ซึ่งเป็นสารตั้งต้น ก็ยังไม่เคยมีวิธีสังเคราะห์ที่เชื่อถือได้มาก่อน และวิธีใหม่เริ่มจาก sodium bromate
- การสังเคราะห์ใช้ sodium bromate, bromine pentafluoride และ hydrogen fluoride บริสุทธิ์ที่กลั่นซ้ำ
- bromine pentafluoride ถูกอธิบายว่าเป็นสารออกซิไดซ์และฟลูออริเนชันที่รุนแรง ถึงขั้นเคยมีความพยายามจะใช้ในส่วนผสมเชื้อเพลิงขับดันจรวดเชื้อเพลิงเหลว แต่ถูกละทิ้งเพราะควบคุมยากเกินไป
- เอกสารประกอบระบุว่าสามารถใช้ การกลั่นสุญญากาศสองครั้ง ในท่อโลหะเพื่อให้ได้ HF ที่ไร้น้ำเพียงพอ
- ขั้นตอนทั้งหมดดำเนินต่อเนื่องที่อุณหภูมิต่ำ
- ทำให้ bromine pentafluoride และ HF ควบแน่นลงบน bromate ของแข็งที่อุณหภูมิไนโตรเจนเหลว
- เมื่ออุ่นถึง -78°C ปฏิกิริยาที่ “vigorous” จะเริ่มขึ้น
- หลังจากนั้นที่ -40°C จะปั๊มเอา HF และ pentafluoride ที่เหลือออก ซึ่งขั้นตอนนี้อาจใช้เวลาหลายชั่วโมง
- ที่ประมาณ -10°C จะระเหิดผลิตภัณฑ์เพื่อแยกออกจากกากของแข็ง
- bromine fluorine dioxide ที่ได้เป็นของแข็งไม่มีสี แต่หากสูงเกิน +10°C มากไปก็แทบจะแน่นอนว่าอาจระเบิดได้
- หลังจากได้สารบริสุทธิ์แล้ว Seppelt นำมันไปทำปฏิกิริยากับสารหลายชนิดเพื่อสร้างสารประกอบใหม่ที่มีโครงสร้างผลึกประหลาด
- ตัวอย่างเช่น มีชนิดสารที่ตั้งชื่อได้ยากอย่างแคตไอออนของ Br3O6+ triflate ปรากฏขึ้น
- สารประกอบชนิดหนึ่งได้มาจากการควบแน่น trifluoroacetic anhydride ลงใน bromyl fluoride ที่ -196°C แล้วอุ่น จากนั้นนำไปตกผลึกใหม่ใน freon เหลวเพื่อให้ได้ผลึกสีเหลือง
- ผลึกนี้หลอมที่ -12°C และของเหลวสีแดงหลังหลอมจะเริ่มปล่อยก๊าซช้า ๆ ก่อนจะ ระเบิดอย่างหลีกเลี่ยงไม่ได้ หากให้ความร้อนต่อ
- เอกสารประกอบเตือนว่าห้าม สเกลอัป วิธีเตรียมนี้ไม่ว่าในกรณีใด
- แม้ในปริมาณที่อธิบายไว้ก็ยังต้องใช้ระบบสุญญากาศที่ยอดเยี่ยมและดูแลรักษาอย่างดี
- ต้องเข้าถึงรีเอเจนต์ที่ไม่ใช่ของใช้ปกติอย่าง bromine pentafluoride
- ต้องยอมรับการกลั่นซ้ำ anhydrous HF
- และต้องใช้อุปกรณ์ป้องกันระดับสูงตลอดการทดลอง
1 ความคิดเห็น
ความคิดเห็นจาก Hacker News
เป็นบทความปี 2019
มาจากซีรีส์บล็อกเก่าแก่ชั้นเยี่ยมของ Derek Lowe ชื่อ Things I Won't Work With
เขียนให้อ่านเข้าถึงง่ายแม้ไม่ค่อยรู้เคมี และโดยปกติก็ค่อนข้างมีอารมณ์ขัน
ขอแนะนำบทความปี 2010 ในซีรีส์เดียวกันเรื่อง "FOOF" Dioxygen Difluoride ด้วย: https://www.science.org/content/blog-post/things-i-won-t-wor...
เห็นถูกพูดถึงที่นี่บ่อย ๆ เลยไปอ่านทั้งซีรีส์ และนี่แหละคือวิธีทำให้ผู้คนสนใจหัวข้อยาก ๆ
ผลลัพธ์ที่ดีที่สุดของเคมีเยอรมันดูเหมือนจะเป็นการเผาทุนวิจัยทิ้ง
ซีรีส์นี้ของ Derek Lowe จัดว่าเป็นหนึ่งในงานเขียนสาย วิทยาศาสตร์จริงจัง ที่ตลกที่สุดเท่าที่เคยอ่านมาอย่างไม่ต้องสงสัย
มาตรฐานอาจฟังดูต่ำ แต่บทความเหล่านี้ยอดเยี่ยมจริง ๆ
อ่านครบทั้ง 33 ตอนที่เขียนต่อเนื่องมากว่า 20 ปีแล้ว และอยากให้มีมากกว่านี้ Derek เป็นคอลัมนิสต์ประจำ แต่บทความใหม่ในซีรีส์นี้มีมาแค่เป็นครั้งคราว
จุดเริ่มต้นที่ดีคือบทความนี้: https://www.science.org/content/blog-post/what-here-compound...
ดัชนีที่รวบรวมเฉพาะบทความ "Things I Won't Work With" อยู่ที่นี่: https://www.science.org/topic/blog-category/things-i-wont-wo...
เมื่อก่อนผมทำงานในแล็บพันธุศาสตร์ และต้องเตรียม ถาดเจล เพื่อดูผลการตรวจ DNA
เป็นการตรวจ PCR เพื่อระบุอัลลีล HLA ซึ่งโดยเนื้อหาแล้วคล้ายกับการหาหมู่เลือด แต่เป็นเวอร์ชันของระบบภูมิคุ้มกัน
สารที่ไปจับกับอนุภาค DNA ในเจลแล้วทำให้เห็นผลด้วยการเรืองแสงอัลตราไวโอเลตคือ Ethidium Bromide และเป็นหนึ่งในเกลือโบรมีนสถานะออกซิเดชันต่ำที่บทความกล่าวถึง: https://en.m.wikipedia.org/wiki/Ethidium_bromide
ตอนนั้นเจลอิเล็กโตรโฟรีซิสทำโดยเอาขวดแฟลสก์ที่มีสารนั้นไปอุ่นในไมโครเวฟ แล้วคอยเอาออกมาคนทุกครั้งที่ร้อนขึ้น
โดยปกติจะมีไอระเหยออกมานิดหน่อย และในนั้นก็มีโบรไมด์อยู่เล็กน้อยด้วย ปริมาณน้อย ๆ คงไม่เป็นไร แต่ถ้าทำซ้ำวันละหลายครั้ง สัปดาห์ละ 5 วัน ปีละ 45 สัปดาห์ ผมยังสงสัยอยู่เลยว่ามันส่งผลต่อผมกับเพื่อนร่วมงานมากแค่ไหน
ไม่ได้หมายความว่าการสัมผัสเรื้อรังจะไม่มีทางเป็นอันตรายเลย
แต่เรื่องนั้นเป็นเรื่องของฝั่งแคตไอออนอินทรีย์ ส่วนแอนไอออน Br- เมื่อเทียบกันแล้วเชื่องอย่างสิ้นเชิง คุณกำลังมองผิดจุดว่าอันตรายอยู่ตรงไหน
Br- ใช้เป็นเคาน์เตอร์ไอออนมาตรฐานในยาที่ได้รับอนุมัติให้ใช้กับมนุษย์ ยาที่ถูกปรุงตำรับในรูปเกลือ HBr ก็เป็นแบบนั้น: https://www.google.com/search?q=hydrobromide+site:drugbank.c...
เขาเป็น มะเร็งลำคอ ตอนอายุ 50 กว่า ๆ และเสียชีวิตไม่นานหลังจากการสอบป้องกันวิทยานิพนธ์เอกของผม
ศาสตราจารย์ Konrad Seppelt มีชื่อเสียงพอสมควรในสาขานี้จากการสร้าง สารประกอบซีนอน แปลกใหม่หลายชนิด และยังเป็นคนแรกของโลกที่สร้างสารประกอบระหว่างก๊าซเฉื่อยกับ “โลหะมีค่า” ได้ด้วย
เขาจัดการกับฟลูออรีนธาตุมาหลายสิบปีแล้ว จึงน่าจะรู้วิธีรับมือกับสารอันตราย
แค่ผสมซีนอนกับฟลูออรีน แล้วให้โดนแสงแดดหรือรังสีอัลตราไวโอเลตเทียม ที่ไม่ได้มีคนลองทำมานานก็เพราะอคติเดิม ๆ
ครั้งหนึ่งเคยนั่งเรียนวิชาฟิสิกส์ในห้องที่ใช้ร่วมกับห้องเรียนเคมี
ระหว่างที่นั่งอยู่ ครูเคมีคนหนึ่งเริ่มเก็บอะไรบางอย่าง และไม่รู้แน่ชัดว่าเกิดอะไรขึ้น แต่จู่ ๆ ก็มีเสียงปังกับควันสีแดงออกมา แล้วทุกคนก็เริ่มไอ จนต้องอพยพคนออกจากบริเวณนั้นทั้งหมด
ปรากฏว่าครูเทโบรมีนลงในอ่างล้าง และมันไปทำปฏิกิริยากับอะไรบางอย่างที่อยู่ตรงนั้น
คงเป็นการทำปฏิกิริยาเติมหลายแบบที่พบบ่อยในเคมีอินทรีย์ แต่กลิ่นของมันเฉพาะตัวมาก ชนิดที่ในชีวิตประจำวันแทบไม่มีทางได้ดม
ในห้องแล็บเคมีเดียวกันยังมีป้ายเตือนว่า “ห้ามใช้ปากดูดปิเปต” ด้วย แต่ตอนนี้เวลาย้ายทาร์ดิเกรด ผม/ฉันกลับใช้ปากดูดปิเปตจริง ๆ ควบคุมปริมาตรที่ย้ายได้ดีอย่างน่าทึ่ง
ที่เดาว่าเป็นสหรัฐฯ ก็เพราะครูที่นั่นดูเหมือนจะได้รับการฝึกอบรมน้อยเป็นพิเศษ
ใคร ๆ ก็รู้ว่าโบรมีนกับคลอรีนต้องทำให้ไม่ออกฤทธิ์ด้วยไทโอซัลเฟตหรือซัลไฟต์ก่อน แล้วจึงค่อยทิ้งลงท่อระบายน้ำ
“Things I Won't Work With” ของ Derek Lowe อ่านสนุกเสมอ แต่พูดตามตรง ช่วงหลังเริ่มรู้สึกจำเจไปหน่อย
แน่นอนว่าบทความนี้เป็นงานปี 2019 ตอนนั้นคงยังไม่เป็นแบบนั้น
ผู้เขียนสามารถสร้างจังหวะทางอารมณ์บางอย่างได้ด้วยโครงสร้างของบทความและการเลือกใช้คำ และ Lowe ทำสิ่งนั้นได้ดีมาก
แต่ถ้าเนื้อหาจริงไม่ได้หนักแน่นพอ อุปกรณ์เชิงโครงสร้างเหล่านั้นจะเห็นเด่นขึ้นมากและทำให้รู้สึกกลวง
มันคล้ายโดยตรงกับพาดหัวคลิกเบตหรือภาพ thumbnail ของ YouTube ที่ค่อย ๆ ขยายหัวกับตาให้ใหญ่ขึ้นและทำสีหน้าให้เกินจริง
คือใช้โครงสร้างเพื่อชักนำให้ผู้บริโภคเกิดปฏิกิริยาทางอารมณ์ที่ลำพังเนื้อหาของพาดหัวหรือ thumbnail ในสไตล์สมจริงรองรับไม่ไหว และพอเวลาผ่านไปมันก็เริ่มน่ารำคาญ
ในฐานะคนที่มีความรู้เคมีแค่ระดับ A Level หรือก็คือระดับมัธยมปลาย ทุกครั้งที่อ่าน “Things I Won't Work With” ก็อดขำไม่ได้
รู้สึกเหมือนสารเคมีอันตรายพวกนั้นถูกสังเคราะห์ขึ้นในสถานการณ์น่าสงสัยแบบที่น่าจะอยู่ในการ์ตูน
มีสารบางชนิดที่มีค่าสัมประสิทธิ์ความสยองเกินขีดจำกัดของคนสติดี
ทุกปีมีคนเสียชีวิตจากอุบัติเหตุขณะจัดการสารเคมีอันตรายหลายราย และบางคนยังเหลือเวลานิดหน่อยให้กล่าวลาญาติสนิทมิตรสหายและเพื่อนร่วมงาน พร้อมนึกเสียใจกับความผิดพลาดของตัวเอง
ตัวตลกทั้งหลายที่มองกฎความปลอดภัยเป็นเรื่องเบา ๆ ควรไปอ่านเรื่องของ Karen Wetterhahn
ถ้าไม่นับ Louis Slotin ก็แทบนึกอุบัติเหตุที่สยองกว่านี้ไม่ออก และมันอ่านเหมือนหลุดมาจากนิยายสยองขวัญ
นักวิทยาศาสตร์บางคนตายเพื่อการวิจัยของตัวเองจริง ๆ ตามตัวอักษร ขอให้มีวันที่ดี
Wetterhahn ปฏิบัติตามข้อควรระวังทุกอย่างที่รู้กันในตอนนั้นอย่างเคร่งครัดมาก การเสียชีวิตของเธอนั้นน่าสยดสยอง แต่เท่าที่เรารู้ ไม่มี “การทำตัวเป็นตัวตลก” ใด ๆ
ถ้าเป็นคนที่ละเลยกฎความปลอดภัย ก็ควรศึกษากรณีที่มีคนบาดเจ็บเพราะละเลยกฎจริง ๆ ไม่ใช่หรือ กรณีแบบนั้นมีมากมาย
บทเรียนจากเหตุการณ์ Karen Wetterhahn น่าจะใกล้เคียงกับ “ต่อให้ทำทุกอย่างถูกต้องตามคู่มือ สัตว์ประหลาดก็ยังกินหน้าคุณได้” มากกว่า ไม่ใช่เรื่องที่ตัวตลกทั้งหลายจะตั้งใจฟัง
พอไปที่สำนักงานกลางของหลักสูตร ก็มีคนใส่ชุดป้องกันสารอันตรายเดินไปมาอยู่ที่นั่นด้วย และมีคนหนึ่งกำลังได้รับการปฐมพยาบาลในสำนักงานของหลักสูตร
ปรากฏว่าระหว่าง “ทำความสะอาดครั้งใหญ่รับฤดูใบไม้ผลิ” มีคนเผลอเขย่าขวดอีเทอร์เก่าในตู้ดูดควัน และดูเหมือนอีเทอร์เก่านั้นมีอนุมูลอิสระอยู่ จึงนำไปสู่การระเบิด
หน้าต่างทั้งหมดในห้องปลิวกระจาย ทั้งที่หน้าต่างอยู่ห่างออกไป 20–30 ฟุต นักเคมีคนนั้นสวมอุปกรณ์นิรภัยจึงรอดชีวิต แต่หลายปีต่อมาก็ยังมีแผลเป็นถาวรบนใบหน้า
ต่อมาห้องนั้นกลายเป็นสำนักงานของผม/ฉันเอง อุบัติเหตุและการสอบสวนครั้งนั้นสรุปไว้ที่นี่: https://synapse.ucsf.edu/articles/2019/03/24/date-ucsf-histo...
เพียงแต่มาตรการเหล่านั้นไม่เพียงพอเท่านั้น
ครั้งหนึ่งเคยดูวิดีโอแบบลิสต์สนุก ๆ จากช่อง YouTube วิทยาศาสตร์ยอดนิยมช่องหนึ่ง ว่าด้วยสารเคมีที่อันตรายที่สุด
หลายปีต่อมาผม/ฉันรู้จัก “In the Pipeline” ผ่าน HN และตระหนักว่าวิดีโอแบบลิสต์นั้นลอก “Things I Won't Work With” มา
ไม่รู้ว่ามีบทเรียนอะไรให้เรียนรู้จากเรื่องนี้ไหม แต่เรื่องมันเกิดขึ้นแบบนั้นจริง ๆ
บางทีบนดาวเคราะห์ในกาแล็กซีอันไกลโพ้นที่มีอุณหภูมิต่ำกว่ามาก สิ่งมีชีวิตทรงปัญญาอาจวิวัฒนาการขึ้นจากปฏิกิริยาเหล่านี้ก็ได้
นักเคมีบางคนที่นั่นอาจกำลังเขียนว่า โซ่คาร์บอน-ไฮโดรเจนยาว ๆ เป็นของแข็งและไม่เกิดปฏิกิริยาที่อุณหภูมิของพวกเขา จึงแทบไม่มีประโยชน์