เคมีในสระว่ายน้ำ

สระว่ายน้ำ เป็นสถานที่พักผ่อนและออกกำลังกายที่หลาย ๆ คนชื่นชอบ การรักษาสภาพน้ำในสระว่ายน้ำให้สะอาด เพื่อให้ปลอดภัยต่อผู้ใช้ถือเป็นสิ่งสำคัญอย่างหนึ่ง หลาย ๆ คนอาจคิดว่าในสระว่ายน้ำมีคลอรีนเป็นสารที่่ใช้กำจัดเชื้อโรคในน้ำ แต่ความจริงแล้วสารที่อยู่่ในน้ำของสระว่ายน้ำคือ กรดไฮโปคลอรัส (HOCl) ซึ่งสามารถกำจัดแบคทีีเรียและตะไคร่น้ำได้ และเป็นสารชนิดเดียวกับที่่ใช้ในการทำน้ำดื่มให้สะอาด สาร HOCl ที่อยู่่ในสระว่ายน้ำ ไม่ได้เกิดจากการใส่ HOCl ลงไปโดยตรง แต่เกิดจากการใส่สารตั้งต้นที่ทำปฏิกิริยากับน้ำแล้วได้ผลิตภัณฑ์เป็น HOCl โดยสารตั้งต้นเหล่านี้มีหลายชนิด เช่น

1. แก๊สคลอรีน (Cl2) ที่อุณหภูมิห้องมีสถานะแก๊สเมื่อผ่านแก๊สคลอรีนลงในน้ำจะเกิดปฏิกิริยาเคมี แต่เนื่องจากสารนี้มีสถานะแก๊ส มีสมบัติกัดกร่อนและเป็นพิษ จึงไม่สะดวกต่อการนำมาใช้ในสระว่ายน้ำ

2. เกลือไฮโปคลอไรท์ เช่น โซเดียมไฮโปคลอไรท์ (NaOCl) เป็นสารประกอบที่พบในน้ำยาฟอกขาว ที่อุณหภูมิ ห้องมีสถานะของเหลวที่ไม่เสถียร ส่วนใหญ่จึงพบอยู่่ในรูปสารละลาย มีชื่อทางการค้าว่า คลอรีนน้ำ ปฏิกิริยาเคมีระหว่าง NaOCl กับน้ำ แคลเซียมไฮโปคลอไรท์ (Ca(OCl)2) มีสถานะของแข็ง มีชื่อทางการค้าว่า คลอรีนผง หรือ คลอรีนเกล็ด ปฏิกิริยาเคมีระหว่าง Ca(OCl)2 กับน้ำ สารทั้งสองชนิดนี้ใช้งานได้้สะดวก จึงนิยมนำ มาใช้ในสระว่ายน้ำ

3. สารประกอบ Chlorinated Isocyanurate เช่น Trichloroisocyanuric Acid เมื่อละลายน้ำ จะได้กรดไซยานูริค (Cyanuric Acid) และ HOCI เป็นกรดอ่อน เมื่อละลายในน้ำจะแตกตัวได้ไฮโดรเนียมไอออน (H3O+) และ ไฮโปคลอไรท์ไอออน (OCl−) ปฏิกิริยานี้เป็นปฏิกิริยาผันกลับ ทั้ง HOCl และ OCl− สามารถกำจัดแบคทีีเรียและตะไคร่น้ำได้ โดย HOCl มีประสิทธิภาพที่ดีกว่า ดังนั้น ต้องมีการควบคุมปริมาณ HOCl และ OCl− ให้เหมาะสม ปริิมาณของ HOCl และ OCl− ที่อยู่ในสระว่ายน้ำขึ้นกับหลายปัจจัย เช่น ปริิมาณ HOCl และ OCl− จะลดลง เนื่องจากใช้ในการกำจัดแบคทีเรียและตะไคร่น้ำ รวมทั้งการเกิดปฏิกิริยากับสารประกอบอินทรีย์ทีอยู่ในสระว่ายน้ำ หรือการสลายตัวเมื่อถูกแสงแดด โดย OCl− เมื่อโดนแสงยูวี (νuv) จากแสงแดดจะสลายตัวได้เร็วกว่า HOCl นอกจากนี้ ปริมาณ HOCl ยังขึ้นกับระดับ pH ในสระว่ายน้ำโดยที่ pH ต่ำจะมีปริมาณ HOCl มาก ส่วนที่่ pH สูงจะมีปริมาณ HOCl น้อย แต่ที่ pH 7.5 จะมีปริมาณ HOCl และ OCl− เท่ากัน ถ้า pH มีค่าต่ำ (มีปริมาณ H3O+ ในน้ำ มาก) จะส่งผลให้มี HOCl เพิ่มขึ้น เนื่องจากระบบจะปรับตัวเพื่อลดปริมาณ H3O+ โดยเกิดปฏิกิริยาระหว่าง H3O+ และ OCl− เพิ่มขึ้น ทำให้ได้ HOCl เพิ่มขึ้น แต่ถ้า pH มีค่าสูง (มีปริมาณ OH− ในน้ำมาก) จะส่งผลให้ HOCl ลดลง เนื่องจาก H3O+ จะทำปฏิกิริยากับ OH− ทำให้้ H3O+ ลดลง ระบบจะปรับตัวเพื่อเพิ่มปริมาณ H3O+ โดย HOCl จะแตกตัวเพิ่มขึ้น ทำให้ได้ H3O+ และ OCl− เพิ่มขึ้น

ดังนั้น จึงต้องมีการปรับค่า pH ในสระว่ายน้ำให้เหมาะสม โดยที่ pH 7.2 - 7.8 HOCI และ OCl− จะมีปริมาณที่พอเหมาะ ถ้ามี pH ต่ำกว่า 7.2 จะมีปริมาณ HOCI มาก ทำให้เกิดการแสบตาได้ แต่ถ้ามี pH สูงกว่า 7.8 จะมีปริมาณ OCl− มาก การกำจัดแบคที่เรียจะลดลง นอกจากนี้ OCl− จะสลายตัวอย่างรวดเร็วเมื่อโดนแสงแดด การปรับ pH ทำได้โดยเติมกรดหรือเบสลงไปในสระว่ายน้ำ เช่น ถ้าน้ำมี pH ต่ำเกินไป จะเติมโซเดียมคาร์บอเนต (Na2CO3) ลงไปเพื่อทำปฏิกิริยากับ H3O+ ทำให้ pH เพิ่มขึ้น แต่ถ้าน้ำมี p สูงเกินไปจะเติมซเดียมไฮใดรเจนซัลเฟต (NaHSO4) ลงไปเพื่อทำปฏิกิริยากับ OH− ทำให้ pH ลดลง

นอกจากนี้ น้ำปัสสาวะและเหงื่อของคนที่ลงว่ายน้ำในสระ ซึ่งมีแอมโมเนีย (NH3) ที่สามารถทำปฏิกิริยากับ HOCI เกิดเป็นสารประกอบ Chloramine เช่น NH2CI NHCI3 NHCl3 ซึ่งมีกลิ่นเฉพาะของสระว่ายน้ำ

สารประกอบ Chloramine อาจก่อให้เกิดการระคายเคืองตาและจมูกของผู้ที่ลงว่ายน้ำในสระ นอกจากนี้ในปัสสาวะยังมีกรดยูริค ที่สามารถเกิดปฏิกิริยาเป็นไซยาโนเจนคลอไรด์ ซึ่งเป็นสารกลุ่มเดียวกับไซยาไนต์ ทำให้เกิดการระคายเคืองตา จมูก และทางเดินหายใจได้

การดูแลรักษาสระว่ายน้ำดูเหมือนจะง่ายเพียงแค่ใส่สารเคมีบางชนิดลงไปเท่านั้น แต่ความจริงแล้วมีความเกี่ยวข้องกับความรู้ทางเคมีหลายด้าน เช่น PH กรด-เบส สมดุลเคมี ปฏิกิริยาของ HOCI และ OCl− กับสารอื่น ๆ ดังที่กล่าวมาแล้ว

ที่มา https://www.scimath.org/article-chemistry/item/12175-2021-06-09-09-32-52