เบนซีน (Benzene) จัดเป็นสารอินทรีย์ระเหยง่าย (VOCs) ไฮโดรคาร์บอนในกลุ่มอะโรมาติกไฮโดรคาร์บอนที่ถูกนำมาใช้ประโยชน์สำหรับเป็นตัวทำละลายในการผลิตทางอุตสาหกรรมต่างๆอาทิ อุตสาหกรรมผงซักฟอก พลาสติก ยาฆ่าแมลง สีย้อมผ้า สี และหมึกพิมพ์ เป็นต้น จัดเป็นสารวัตถุอันตรายประเภทที่ 3 ตาม พรบ. วัตถุอันตรายพ.ศ. 2535
ประวัติเบนซีน
เบนซีน ถูกค้นพบครั้งแรกเมื่อ ค.ศ. 1825 โดย ไมเคิล ฟาราเดย์ ซึ่งขณะนั้นทำให้เกิดความงวงงงทางวิทยาศาสตร์เป็นอย่างมาก เนื่องจากไม่มีใครเข้าใจ และรู้จักโครงสร้างของเบนซีนเลย
ปี ค.ศ. 1865 ออกัสท์ เคคูเล นักเคมีชาวเยอรมัน ได้เสนอทฤษฎีอธิบายคุณสมบัติของเบนซีนไว้ว่า พันธะเดี่ยว และพันธะคู่ในวงแหวนของเบนซีนสามารถเปลี่ยนกลับไปกลับมาระหว่างอะตอมคาร์บอนแต่ละตัวได้ตลอดเวลา
ปี ค.ศ. 1931 ลินัส พอลิง ได้เสนอข้อคิดเห็นสนับสนุนทฤษฎีของ ออกัสท์ เคคูเล ด้วยการอาศัยควอนตัมเมแคนิกส์ ช่วยในการอธิบาย
ในช่วงศตวรรษที่ 19 เป็นต้นมา เบนซีนถูกรู้จัก และถูกใช้อย่างมากขึ้นในอุตสาหกรรมเคมี โดยใช้เป็นตัวทำละลายเท่านั้น
ต่อมาในช่วงศตวรรษที่ 20 นักผสมน้ำมันเบนซีนได้พบว่า เบนซีนเป็นสารที่มีค่าออกเทนสูง จึงริเริ่มแยกสกัดเบนซีนออกมาใช้ประโยชน์จากกระบวนการเผาถ่านหินในอุตสาหกรรมถลุงเหล็ก และผลิตเหล็กกล้า
ในช่วงสงครามโลกครั้งที่ 2 เบนซีนมีบทบาทในการใช้เป็นส่วนผสมของวัตถุระเบิด และภายหลังสงครามโลกครั้งที่ 2 ยังมีความต้องการใช้มากขึ้น โดยเฉพาะในอุตสาหกรรมผลิตยา ทำให้ในช่วงนั้นเบนซีนมีปริมาณไม่เพียงพอกับความต้องการ ถึงแม้ขณะนั้นจะรู้จักแยกเบนซีนออกจากกระบวนการกลั่นน้ำมันดิบแล้วก็ตาม
จากภาวะขาดแคลนเบนซีนที่เกิดขึ้น ทำให้นักเคมีได้คิดค้นการผลิตเบนซีนจากสารอื่น เช่น การเปลี่ยนแปลงโครงสร้างด้วยตัวเร่งปฏิกิริยา และกระบวนการ โทลูอีน ไฮโดรดีอัลคิเลชัน (toluene hydrodealkylation)
ต่อมา ช่วงปี ค.ศ. 1970 สามารถแยกเบนซีนได้จากโรงงานโอเลฟินที่ใช้ก๊าซน้ำมันเป็นเชื้อเพลิง ทำให้ปริมาณเบนซีนมีใช้มากขึ้น (ศุภวรรณ ตันตยานนนท์, 2532)(1)
คุณสมบัติทางเคมี และฟิสิกส์
– สูตรโมเลกุล : C6H6
– มวลโมเลกุล : 78.11
– สถานะ : ของเหลว ไม่มีสี มีกลิ่นเฉพาะตัว
– จุดเดือด : 80 องศาเซลเซียส
– เป็นสารไวไฟ ติดไฟง่าย เมื่อติดไฟจะให้เปลวไฟที่มีควัน และมีเขม่าเล็กน้อย
– จุดวาบไฟ : 11 องศาเซลเซียส
– อุณหภูมิที่ติดไฟได้เอง : 6332.5 องศาเซลเซียส
– เมื่อสลายตัว ทำให้เกิดก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์ คาร์บอนมอนอกไซด์ ไฮโดรเจนคลอไรด์ และฟอสจีน
– ไอระเหยได้กลิ่นที่ความเข้มข้น 1.5 ppm
– ละลายน้ำได้ดี ที่ 1.718 กรัม/ลิตร ที่ 25 องศาเซลเซียส
– สารที่เข้ากันไม่ได้ เช่น สารออกซิไดซ์ต่างๆ เช่น ไดเมทิล ซัลฟอกไซด์
เกรดเบนซีน
– เบนซีนเกรดดิบ เป็นเบนซีนที่มีสารไฮโดรคาร์บอนอื่นผสมหรือมีสิ่งเจือปนมากกว่า 0.5% มีจุดเดือดในช่วง 80±4 องศาเซลเซียส
– เบนซีนเกรดบริสุทธิ์ เป็นเบนซีนที่มีสารอื่นเจือปนไม่เกิน 0.5% มีจุดเดือดในช่วง 80±2 องศาเซลเซียส
โครงสร้างโมเลกุล
เบนซีนมีสูตรทางเคมี C6H6 เชื่อมต่อกันด้วยคาร์บอนอะตอมจำนวน 6 ตัว ด้วยพันธะเดี่ยวสลับคู่เป็นวงหกเหลี่ยม
พันธะระหว่างคาร์บอนอะตอมมีคุณสมบัติคล้ายกับพันธะเดี่ยวทั่วไป แต่เมื่อคำนวณพลังงานพันธะแล้ว พบว่า กลับมีค่าพลังงานพันธะเท่ากับค่าเฉลี่ยของพลังงานพันธะเดี่ยวกับพันธะคู่
ประโยชน์เบนซีน
1. ใช้ในกระบวนการผลิตเอทิล เบนซีน คูมีน ไซโคลเฮกเซน ไนโตรเบนซีน ดีเทอเจนอัลคีเลท คลอโรเบนซีน และมาลีอิกแอนไฮโดร
2. ใช้เป็นสารทำละลายในอุตสาหกรรมเคมีหลายอย่าง อาทิ สีพ่น สีทาบ้าน หมึกพิมพ์ เป็นต้น
การผลิตเบนซีน
1. การแยกเบนซีนจากกระบวนการเผาถ่านหินในอุตสาหกรรมต่างๆ
2. การแยกเบนซีนจากกระบวนการกลั่นปิโตรเลียม
3. การสังเคราะห์เบนซีนจากสารตั้งต้นต่างๆ เช่น การสังเคราะห์เบนซีนจากโทลูอีนด้วยกระบวนการ โทลูอีน ไฮโดรดีอัลคิเลชัน (toluene hydrodealkylation)
พิษเบนซีน
1. พิษเฉียบพลัน
– มีอาการง่วงเหงาหาวนอน ปวดศรีษะ วิงเวียนศรีษะ และทำให้หมดสติได้
– การสัมผัสของเหลวหรือไอเบนซีที่ความเข้มข้นต่ำจะทำให้เกิดการระคายเคืองที่ตาหรือผิวหนัง มีอาการหายใจติดขัด เป็นผื่นแดง ปวดแสบปวดร้อน มีอาการบวมพอง ผิวหนังแห้ง และตกสะเก็ด
– การสูดมที่ความเข้มข้นสูงจะทำให้เกิดการระคายเคืองต่อระบบทางเดินหายใจอย่างรุนแรง หายใจติดขัด ระบบหายใจล้มเหลว และเสียชีวิตได้
– หากดื่มเข้าร่างกายทางระบบทางเดินอาหารในปริมาณน้อยจะทำให้วิงเวียนศรีษะ อาเจียน หากได้รับมากจะทำให้เกิดการปวดท้องรุนแรง เยื่อบุกระเพาะอาหารอักเสบ ชัก และทำให้เสียชีวิตได้
– หากได้รับเข้าสู่ร่างกายในปริมาณมากอาจทำให้เสียชีวิตได้ เช่น ได้รับที่ความเข้มข้น 7,500 ppm ใน 1 ชั่วโมงครึ่ง หรือ มากกว่า 20,000 ppm ในเวลา 5-10 นาที
2. พิษเรื้อรัง
– ทำลายไขกระดูก เซลล์เม็ดเลือดแดงแตก จำนวนเม็ดเลือดขาว และเกล็ดเลือดต่ำ ทำให้เกิดโรคโลหิตจาง
– ทำให้เกิดโรคหอบหืด โรคภูมิแพ้ และเกิดโรคมะเร็ง
– ผิวหนังแห้ง เป็นผื่นแดง ตกสะเก็ด
– ทำให้เกิดโรคประสาทเสื่อม มีอาการง่วงเหงาหาวนอน ปวดศรีษะ วิงเวียนศรีษะ ร่างกายอ่อนเพลีย เบื่อาหาร มีอาหารกระวนกระวาย หงุดหงิด นอนไม่หลับ และสมองถูกทำลาย หากได้รับที่ความเข้มข้น 1,500 ppm จะทำให้ระบบประสาททำงานผิดปกติ
การสูดดมเบนซีนเข้าปอดอย่างรวดเร็วที่ความเข้มข้น 150-350 มิลลิกรัม/ลูกบาศก์เมตร นาน 2-5 ชั่วโมง จะถูกดูดซึมเข้าสู่ร่างกายผ่านปอดอย่างรวดเร็ว บางส่วนถูกขับออกจากร่างกาย บางส่วนสะสมในไขกระดูก ไขมัน และตับ
มลภาวะจากเบนซีนในอากาศเกิดจากกระบวนการเผาไหม้เชื้อเพลิงน้ำมัน และถ่านหิน การเผาไหม้น้ำมันในเครื่องยนต์ การระเหยจากน้ำมันเบนซีน และพบได้ในควันบุหรี่
มาตรฐาน OHSA กล่าวถึงความปลอดภัยในสถานที่ทำงาน คือ ไม่ควรทำงานในสถานที่ที่มีเบนซีนในอากาศเข้มข้น 1 มิลลิกรัม/ลูกบาศก์เมตร นานเกิน 8 ชั่วโมง/วัน หรือ 40 ชั่วโมง/สัปดาห์ และค่าการเฝ้าระวังไอระเหยในบรรยากาศที่ 24 ชั่วโมง ไม่เกิน 7.6 ไมโครกรัม/ลูกบาศก์เมตร
เพิ่มเติมจาก ชลันดา คุ้มวงศ์, 2554(2)
พิษต่อการเกิดมะเร็ง
มาตรฐาน EPA ระบุความเป็นพิษของเบนซีน คือ ทำให้เกิดมะเร็งในทุกส่วนของร่างกาย โดยเฉพาะมะเร็งเม็ดเลือดขาว แบ่งระดับความเป็นพิษ 3 ระดับ คือ
– หากสูดดมที่ความเข้มข้นไม่เกิน 0.1 ppm ตลอดช่วงชีวิต จะมีโอกาสเป็นมะเร็ง 1 ใน 1 ล้านคน
– หากสูดดมที่ความเข้มข้นไม่เกิน 1 ppm ตลอดช่วงชีวิต จะมีโอกาสเป็นมะเร็ง 1 ใน 1 แสนคน
– หากสูดดมที่ความเข้มข้นไม่เกิน 10 ppm ตลอดช่วงชีวิต จะมีโอกาสเป็นมะเร็ง 1 ใน 1 หมื่นคน
เอกสารอ้างอิง
1. ศุภวรรณ ตันตยานนนท์, 2532. ปิโตรเคมี เบนซีน และผลิตภัณฑ์จากเบนซีน.
2. ชลันดา คุ้มวงศ์, 2554. การกำจัดเบนซีนด้วยกระบวนการกรองชีวภาพ.