มาริสา คุณธนวงศ์
ศูนย์เทคโนโลยีโลหะและวัสดุแห่งชาติ

ตอบ

ทรายทั้งสองชนิดทำขึ้นจากทรายทั่วไป แต่มีการเคลือบด้วยชั้นบางๆของสารเคมี เพื่อให้ทรายดังกล่าวมีสมบัติต้านการซึมน้ำ หรือที่เรียกว่า “ไฮโดรโฟบิก” (hydrophobic)

หากมองทรายมหัศจรรย์ผ่านๆในแวบแรกมันก็ดูค่อนข้างคล้ายกับทรายที่มีอยู่ตามธรรมชาติ ทั้งยังมีลักษณะเป็นเม็ดทรายที่หยาบและสามารถไหลผ่านนิ้วมือได้เช่นเดียวกัน

แต่อย่างไรก็ตาม หากสังเกตให้ดีจะพบว่าทรายมหัศจรรย์นี้มีสีที่สว่างกว่าทรายทั่วไปเล็กน้อย และยังดูเป็นทรายแห้งเมื่อแช่อยู่ในน้ำ ทั้งยังสามารถปั้นและหล่อเป็นรูปทรงต่างๆ ไม่ว่าจะเป็นปราสาทหรือผลไม้รูปทรงง่ายๆอย่างแอปเปิลได้ โดยไม่ทำให้น้ำต้องขุ่นไปด้วยเม็ดทราย

นอกจากนี้แล้ว หากเราลองเทน้ำรดลงบนปะติมากรรมที่ก่อขึ้นด้วยทรายดังกล่าว ก็จะพบว่าปะติมากรรมจะพังและยุบตัวลงมากลายเป็นเม็ดทรายที่แห้งสนิท แทนที่จะยุบลงมากลายเป็นกองทรายเปียกๆที่คุ้นตาตามชายหาด (ดังภาพ)

สิ่งที่เกิดขึ้นเหล่านี้เป็นผลจากการออกแบบให้ทรายมหัศจรรย์นั้นมีสมบัติต้านการซึมของน้ำที่แตกต่างจากทรายทั่วไปนั่นเอง

กระบวนการผลิตทรายมหัศจรรย์

ในกระบวนการผลิตทรายมหัศจรรย์นั้น ผู้ผลิตใช้วัตถุดิบที่เป็นทรายทั่วไปผสมกับซิลิกอนไดออกไซด์ และเติมชั้นของสาร trimethylhydroxysilane ที่บางมากเข้าไปด้วยเพื่อทำให้ทรายมีสมบัติไฮโดรโฟบิกหรือต้านการดูดซึมน้ำ ตรงข้ามกับทรายตามชายหาดที่มีสมบัติไฮโดรฟิลิกหรือชอบน้ำ

Kathleen Carrado Gregar นักเคมีห้องทดลองแห่งชาติอาร์กอน (Argonne National Laboratory) อธิบายถึงกลไกที่ทำให้ทรายมีสมบัติดังกล่าวไว้ว่า ในความเป็นจริงสาร trimethylhydroxysilane อาจไม่ได้เคลือบเม็ดทรายได้ทั้งหมดแต่โมเลกุลที่มีลักษณะเหมือนเส้นผมเหล่านี้จะแกว่งปลายที่เป็นไฮโดรโฟบิกไปทำหน้าที่เพื่อขับไล่น้ำ

เมื่อกองปะติมากรรมถูกแช่อยู่ในน้ำ อากาศที่ถูกขังรอบๆซึ่งมีสีเงินประกายระยิบระยับ นั้นก็จะทำหน้าที่เป็นตัวกลางกั้นระหว่างชั้นเคลือบที่มีสมบัติไฮโดรโฟบิกกับน้ำที่มีสมบัติเป็นไฮโดรฟิลิก (ดังภาพ)

Brian C. Utter นักฟิสิกส์ มหาวิทยาลัยเจมส์เมดิสัน (James Madison University) กล่าวว่า นอกจากนี้อากาศที่ถูกขังดังกล่าวยังช่วยให้น้ำไหลออกจากทรายมหัศจรรย์ได้อย่างรวดเร็วโดยไม่ทำให้ทรายเปียกอีกด้วย

เริ่มจากสิ่งหนึ่ง..ผันสู่สิ่งหนึ่ง

เดิมทีทรายมหัศจรรย์นี้ถูกพัฒนามาเพื่อช่วยดูดซับน้ำมันที่รั่วไหล โดยแนวคิดที่ใช้ออกแบบคือ การนำทรายมาเคลือบด้วยสารที่มีสมบัติขับไล่น้ำทำให้ทรายไม่ดูดซับน้ำแต่สามารถดึงดูดและจับน้ำมันไว้แทน แต่อย่างไรก็ตาม แม้ว่ามีนักวิทยาศาสตร์มากมายพยายามใช้ทรายที่พัฒนาขึ้นนี้เพื่อดูดซับน้ำมันที่รั่วไหลก็ตาม แต่มันกลับมีชื่อเสียงในอีกมุมหนึ่ง นั่นคือ “ทรายของเล่นเสริมพัฒนาการสำหรับเด็ก” นอกจากนี้ ยังถูกนำมาใช้เป็นสื่อการเรียนการสอนของครูวิทยาศาสตร์ในการอธิบายเรื่องความแตกต่างระหว่างวัสดุไฮโดรโฟบิกหรือไฮโดรฟิลิกอีกด้วย Michael Chapman, ครูสอนวิทยาศาสตร์เกรด 8-9 โรงเรียนมัธยมศึกษาบอสตันวิทยาลัย (Boston College High School) กล่าว

เลียนแบบปรากฏการณ์ทางธรรมชาติ..ที่พบไม่บ่อย

หลายอย่างที่มนุษย์ประดิษฐ์คิดค้นขึ้นนั้น มีแนวคิดเลียนแบบธรรมชาติที่พบเห็นอยู่บ่อยๆ แต่สำหรับทรายมหัศจรรย์นี้ กล่าวได้ว่า เป็นสิ่งประดิษฐ์ที่เลียนแบบธรรมชาติเช่นกัน แต่เป็นปรากฏการณ์ทางธรรมชาติที่พบได้ไม่บ่อย

Xi Xiong นักวิทยาศาสตร์ด้านพฤกษ์ศาสตร์ มหาวิทยาลัยมิสซูรี ประเทศโคลัมเบีย (University of Missouri, Columbia) อธิบายว่า แม้ว่าทรายมหัศจรรย์ทำขึ้นในโรงงาน แต่มันก็เลียนแบบปรากฏการณ์ในดินที่เกิดขึ้นบางครั้งบางคราว โดยเฉพาะหลังเกิดไฟไหม้ป่า

เธอกล่าวว่า ในช่วงระหว่างเกิดไฟป่าจะมีการย่อยสลายของสารอินทรีย์เกิดขึ้นอย่างรวดเร็วทำให้เกิดกรดอินทรีย์ ซึ่งกรดที่เกิดขึ้นนี้จะไปเคลือบอนุภาคดินทำให้ดินมีสมบัติเป็นไฮโดรโฟบิก

ดินที่มีสมบัติดังกล่าวจะไม่ดูดซับน้ำทำให้เกิดปัญหาน้ำมักขังรอบๆดินทรายมากกว่าที่จะไหลลงในแม่น้ำลำธาร เช่นเดียวกับทรายมหัศจรรย์ที่ได้รับการออกแบบมาให้ถูกเคลือบด้วยชั้นของสารเคมีที่ทำให้มันมีสมบัติต้านการซึมน้ำได้นั่นเอง

ทรายมหัศจรรย์ และ ทรายไฮเทค (ทรายไคเนติก)

 

ปัจจุบัน นอกจากจะมีทรายมหัศจรรย์ (magic sand) ที่โด่งดังในวงการของเด็กเล่นแล้ว ยังมีทรายไคเนติก (kinetic sand) หรือที่รู้จักกันในชื่อว่า ทรายไฮเทคอีกด้วย

ทรายทั้งสองชนิดนี้ไม่มีความคล้ายคลึงกับทรายที่พบตามธรรมชาติเลย เพราะทรายทั้งสองชนิดที่ประดิษฐ์ขึ้นมานี้เป็นทรายที่มีสมบัติตรงกันข้ามกับทรายที่พบได้ทั่วไป นั่นคือ ทรายทั้งสองชนิดนี้มีสมบัติต้านการซึมน้ำ หรือไฮโดรโฟบิกนั่นเอง

ทรายทั้งสองชนิดมีสารเคลือบที่มีสมบัติดังกล่าวคล้ายๆกัน ดังที่กล่าวมาแล้วว่า ทรายมหัศจรรย์นั้นใช้สาร Trimethylhydroxysilane เป็นสารเคลือบ แต่สำหรับทรายไฮเทคที่ใช้สาร poly(dimethylsiloxane) ที่มีความยืดหยุ่นเป็นสารเคลือบ 

สาร poly(dimethylsiloxane) นี้มักพบได้บ่อยในผลิตภัณฑ์หรือของเล่นประเภท silly putty มันจึงทำให้ทรายไฮเทคมีความหนืดมากกว่าทรายมหัศจรรย์

ทรายไฮเทคหรือทรายไคเนติกที่เหนียวหนึบติดกันจนสามารถปั้นหรือตัดได้โดยไม่มีเศษทรายหล่นกระจัดการจาย และง่ายต่อการทำความสะอาด จึงกลายเป็นของเล่นที่ชื่นชอบของเด็กและผู้ใหญ่ เพราะการปั้นทรายจะไม่เป็นกิจกรรมที่ทำให้บ้านต้องสกปรกอีกต่อไป

ข้อดีเหล่านี้ที่เป็นสิ่งที่ดึงดูดให้ผู้ปกครองยอมซื้อทรายไคเนติกให้กับลูกหลานที่โปรดปรานการก่อประสาททรายหรือก่อปะติมากรรมทรายในรูปแบบต่างๆตามจินตนาการของพวกเขา

แหล่งข้อมูลอ้างอิง :

https://cen.acs.org/articles/93/i12/Magic-Sand-kinetic-Sand.html

Scroll Up