เครื่องชั่ง
(ตอนที่ 1)
การทดลองทางเคมีจะต้องใช้เครื่องชั่งเสมอ เริ่มตั้งแต่การเตรียมสารละลายที่ใช้ในการทดลองจะต้องชั่งสารเพื่อทำเป็นสารละลาย การชั่งหามวลหรือนำหนักของสารที่ได้จากปฏิกิริยา หรือการชั่งสารเพื่อเติมลงไปในปฏิกิริยาเป็นต้น ด้วยเหตุนี้จึงจำเป็นต้องรู้เทคนิคเกี่ยวกับการใช้เครื่องชั่งเป็นอย่างดี
ชนิดของเครื่องชั่ง ปัจจุบันมีเครื่องชั่งหลายชนิด แต่ละชนิดมีหลายแบบซึ่งมีความเหมาะสมกับงานาแต่ละประเภท จึงควรเลือกใช้ให้ถูกต้อง ถ้าจะแบ่งเครื่องชั่งตามหลักการทำงานแล้ว อาจแบ่งได้เป็น 2 ชนิดใหญ่ ๆ คือ
1 เครื่องชั่งชนิด แม็คแคนิคอล (Machanecal balance)
2 เครื่องชั่งชนิด อีเล็กทริคอล (Electrical balance)
ในที่นี้จะกล่าวถึงเครื่องชั่งชนิด แม็คแคนิคอล (Machanecal balance) ซึ่งใช้กันอย่างกว้างขวางในห้องปฏิบัติการ
เครื่องชั่งชนิด แมคแคนิคอล (Machanecal balance) จำแนกออกเป็น 2 ประเภทคือ
ก. ชนิดสองจาน (Equal-arm balance) เป็นเครื่องชั่งซึ่งมีแขน 2 แขน ยาวเท่ากัน เมื่อวัดระยะจากจุดหมุน ซึ่งเป็นสันมีด ขณะที่แขนของเครื่องชั่งอยู่ในภาวะสมดุล เมื่อใส่สารหรือวัตถุ เพื่อชั่งหาค่ามวลบนจานด้านหนึ่งของเครื่องชั่ง ความไม่สมดุลจะเกิดขึ้นทันที แรงที่เกิดขึ้นนี้ (F1) มีค่าเท่ากับค่ามวลของสารคูณกับความยาวของแขนเครื่องชั่ง ส่วนจานอีกข้างหนึ่งก็ต้องใส่ตุ้มค่ามวลเพื่อปรับให้แขนเครื่องชั่งอยู่ในภาวะสมดุล (F2) นั่นคือต้องทำให้มีแรงกระทำเท่ากันทั้งสองข้าง ดังนั้นเมื่อเครื่องชั่งอยู่ในลักษณะสมดุล จึงอาจเขียนได้ว่า F1 = F2 (เมื่อ F1 และ F2 เป็นแรงที่ตรงข้ามกัน) แต่เนื่องจากแขนทั้งสองข้างของเครื่องชั่งยาวเท่ากัน ดังนั้นค่ามวลทั้งสองแขนจึงเท่ากันด้วย
ข. เครื่องชั่งชนิดทริปเปิลบีม (Triple beam) เป็นเครื่องชั่งที่มีแขนข้างขาว 3 แขน บนแขนแต่ละแขนจะแบ่งขีดบอกค่ามวลไว้ เช่น 0 - 1.0 g 0 - 10 g 0 - 100 g นอกจากนี้บนแขนแต่ละแขนยังมีตุ้มนำหนักเลื่อนไปมาได้อีกด้วย แขนทั้ง 3 แขนนี้ติดกับเข็มชี้อันเดียวกัน
เครื่องชั่ง
(ตอนที่ 2)
การใช้เครื่องชั่งชนิดทริปเปิลบีม (Triple beam)
วิธีการใช้เครื่องชั่งชนิด ทริปเปิลบีม (Triple beam) มีขั้นตอนดังนี้
1. ตั้งเครื่องชั่งให้อยู่ในแนวระนาบ แล้วปรับให้แขนเครื่องชั่งแย่ในแนวระนาบ ดดยหมุนสกรูให้เข็มชี้ตรงขีด 0 ในการปรับให้ตรงขีด 0 นี้ ถ้ารอให้เข็มหยุดนิ่งตรงขีด 0 ต้องใช้เวลามาก เพื่อแก้ปัญหานี้ อาจสังเกตดูการแกว่งของเข็มชี้ ถ้วเข็มชี้แกว่งขึ้นข้างบนและลงล่างเท่า ๆ กัน ก็ถือว่าอยู่ตรงขีด 0 ได้
2. วางขวดบรรจุสารบนจานของเครื่องชั่ง แล้วเลื่อนตุ้มค่ามวลบนแขนทั้ง 3 เพื่อปรับให้เข็มชี้ตรงขีด 0 อ่านค่ามวลบนแขนของเครื่องชั่ง จะเป็นค่ามวลของขวดบรรจุสาร
3. ถ้าต้องการชั่งสารตามค่ามวลที่ต้องการ ก็บวกค่ามวลของสารกับค่ามวลของขวดบรรจุสารที่ได้ในข้อที่ 2 แล้วเลื่อนตุ้มนำหนักบนแขนทั้ง 3 ให้ตรงกับค่ามวลที่ต้องการ
4. เติมสารที่ต้องการชั่งลงในขวดบรรจุสาร จนเข็มของเครื่องชั่งชี้อยู่ตรงขีด 0 พอดี จะได้ค่ามวลของสารตามต้องการ
5. นำขวดบรรจุสารออกจากจานของเครื่องชั่ง แล้วเลื่อนตุ้มนำหนักทุกอันให้อยู่ที่ขีด 0 ทำความสะอาดเครื่องชั่ง
หมายเหตุ การหาค่ามวลของสารอาจหาค่ามวลทั้งขวดบรรจุสารและสารรวมกันก่อนก็ได้ แล้วชั่งขวดบรรจุสารอย่ารงเดียวทีหลัง ต่อจากนั้นก็นำค่ามวลทั้ง 2 ครั้งลบกัน ผลที่ได้จะเป็นค่ามวลของสารที่ต้องการ
ข้อผิดพลาดจากการชั่งหาค่ามวล การชั่งหาค่ามวลของวัตถุหรือสารเคมีใด ๆ อาจคลาดเคลื่อนไปจากค่ามวลของสารที่แท้จริงได้ ความคลาดเคลื่อนอาจเกิดจากสิ่งต่าง ๆ ดังต่อไปนี้
1. การเปลี่ยนแปลงความชื้นหรือแก๊สคาร์บอนไดออกไซด์ของสารขณะที่ชั่ง สารบางชนิดสามารถดูดนำหรือแก๊สคาร์บอนไดออกไซด์ในระหว่างการชั่งหาค่ามวลได้ ทำให้ค่ามวลที่ชั่งได้คลาดเคลื่อนไปจากค่ามวลที่แท้จริงของสารนั้น วิธีแก้ไขคือ ควรนำสารนั้นอยู่ในระบบที่ปิดมิดชิด
2. การระเหยของสารในขณะที่ชั่ง การชั่งสารที่ระเหยง่ายที่อุณหภูมิห้อง จะได้ค่ามวลของสารที่น้อยกว่าค่ามวลจริง ๆ เพราะในขณะชั่ง สารจะเกิดการระเหยออกไป ดังนั้นการชั่งสารที่มีคุณสมบัติเช่นนี้ จึงควรให้สารอยู่ในระบบที่ปิดมิดชิด
3. อุณหภูมิของสารในขณะที่ชั่ง ถ้าสารที่ชั่งมีอุณหภูมิสูง จะทำให้อากาศบริเวณจานของเครื่องชั่งร้อนและจะดันจานให้ลอยสูงขึ้น เป็นเหตุให้ค่าของมวลที่ชั่งน้อยกว่าค่าของมวลจริง ๆ ของสารนั้น การแก้ไขข้อผิดพลาดนี้คือ ควรชั่งสารที่มีอุณหภูมิเท่ากับอุณหภูมิของห้องทดลอง
การใช้และระวังรักษาเครื่องชั่ง การใช้เครื่องชั่งต้องระวังรักษาให้ดี หากชำรุดเสียหาย การชั่งหาค่ามวลของวัตถุจะคลาดเคลื่อน จนไม่สามารถนำมาใช้งานได้ ด้วยเหตุนี้ผู้ใช้เครื่องชั่งควรปฏิบัติดังนี้
1. ตั้งตั้งเครื่องชั่งบนพื้นที่แน่นหนา อย่าให้มีการสั่นสะเทือน และฐานของเครื่องชั่งต้องอยู่ในแนรวระนาบ
2. ก่อนชั่งต้องปรับให้เข็มอยู่ที่ขีด 0 พอดี
3. ขณะชั่งต้องนั่งตรงกึ่งกลางของเครื่องชั่งเสมอ เพื่อไม่ให้การอ่านค่ามวลผิดพลาด
4. ห้ามวางสารเคมีที่จะชั่งบนจานของเครื่องชั่งโดยตรง เพราะสารเคมีอาจทำให้จานของเครื่องชั่งชำรุดเสียหายได้ วิธีที่ถูกต้องคือ จะต้องใส่สารเคมีบนกระจกนาฬิกา หรือขวดชั่งสาร อย่าใช้วัสดุที่เป็นกระดาษรองสารเคมีในการชั่งสารเป็นอันขาด
5. การชั่งสารที่กัดโลหะ จะต้องใส่สารลงในขวดชั่งสารที่มีฝาปิดมิดชิด
6. ห้ามนำวัตถุหรือสารเคมีที่ยังร้อนอยู่นำไปชั่ง ควรตั้งสารนั้นทิ้งไว้ให้เย็นเท่ากับอุณหภูมิของห้องก่อน
7. อย่าใช้มือหยิบตุ้มค่ามวลหรือวัตถุที่จะชั่ง วิธีที่ถูกคือ ใช้ปากคีบหยิบ หรือใช้กระดาษพับเป็นแผ่นเล็ก ๆ คาดรอบขวดชั่งหรือตุ้มค่ามวล
8. เมื่อชั่งหาค่ามวลเรียบร้อยแล้ว หากมีสารเคมีตกหล่นอยู่บนจานชั่ง ต้องทำความสะอาดทันที
9. อย่างชั่งสารที่มีมวลมากกว่าความสามารถของเครื่องชั่งที่จะชั่งได้
10. เมื่อชั่งสารเสร็จเรียบร้อยแล้ว ควรจัดเครื่องชั่งให้อยู่ในลักษณะเดิม เช่น นำตุ้มค่ามวลออกหรือเลื่อนตุ้มค่ามวลมาอยู่ที่ขีด 0
11. ต้องรักษาเครื่องชั่งให้สะอาดอยู่เสมอ หลังจากใช้ทุกครั้ง ควรคลุมเครื่องชั่งเพื่อป้องกันฝุ่นละออง