ธาตุไฮโดรเจนมีความสำคัญอย่างไรต่อร่างกาย

ธาตุไฮโดรเจนมีความสำคัญอย่างไรต่อร่างกาย
ไฮโดรเจนเป็นส่วนหนึ่งของน้ำ ไขมัน คาร์โบไฮเดรต ดีเอ็นเอซึ่งเป็นโครงสร้างของสิ่งมีชีวิต จึงเป็นสิ่งที่จำเป็นต่อการมีชีวิต

ไฮโดรเจน

ไฮโดรเจน หรือ ธาตุไฮโดรเจน ( Hydrogen ) คืออะไร ?  เมื่อกล่าวถึงไฮโดรเจนหลายคนไม่รู้เลยว่าคืออะไร? มีความสำคัญอย่างไรต่อชีวิต ดูเหมือนว่าเป็นไฮโดรเจนเป็นธาตุแค่ธาตุชนิดหนึ่งที่ไม่มีความสำคัญต่อชีวิตของเราเลย แต่จริงๆ แล้วไฮโดรเจนเป็นธาตุที่อยู่ใกล้ตัวเราและมีความสำคัญมากที่สุดเลยก็ว่าได้

ไฮโดรเจน คือ ธาตุที่ทำให้เกิดน้ำ เพราะไฮโดรเจนเป็นส่วนหนึ่งของ น้ำ ไขมัน คาร์โบไฮเดรต ดีเอ็นเอซึ่งเป็นโครงสร้างของสิ่งมีชีวิตรวมถึงมนุษย์เราด้วย ไฮโดรเจนนั้นจึงเป็นสิ่งที่จำเป็นต่อการมีชีวิต ทุกชีวิตนั้นล้วนมีองค์ประกอบของไฮโดรเจนอยู่ในร่างกาย
ไฮโดรเจนเป็นธาตุอันดับที่ 1 ของตารางธาตุ มีสัญลักษณ์คือ H เลขอะตอม 1 อะตอมของธาตุไฮโดรเจนมีน้ำหนัก 1.00794 amu เป็นธาตุอโลหะ ธาตุประกอบด้วย นิวเคลียส์อยู่ตรงกลางของอะตอม ซึ่งภายในนิวเครียส์ประกอบไปด้วยโปรตอนที่มีประจุเป็นบวก และนิวตรอนที่ไม่มีประจุทางไฟฟ้า ด้านนอกจะมีอิเล็กตรอนที่มีประจุเป็นลบ วิ่งอยู่รอบๆ ไฮโดรเจนนั้นอยู่ได้ทุกสถานะไม่ว่าจะเป็นของแข็ง ของเหลว ก๊าซ ขึ้นอยู่กับความดันและอุณหภูมิของธาตุไฮโดรเจนในขณะนั้น ซึ่งในบรรยากาศของโลกเรานี้จะมีธาตุไฮโดรเจนอยู่ประมาณ 0.1 ppm หรือร้อยละ 75 ของสารชีวมวลที่มีอยู่บนโลก ลักษณะของไฮโดรเจน คือไม่มีสี ไม่มีกลิ่น ติดไฟง่าย พบได้ทั่วไปตามธรรมชาติมี ไม่มีพิษในตัวเอง เรารู้จักไฮโดรเจนครั้งแรกจากการแยกองค์ประกอบของน้ำ ได้เป็นก๊าซที่ติดไฟง่ายกับก๊าซออกซิเจน ดังนั้นจึงให้ชื่อกับก๊าซที่ค้นพบว่า “ ไฮโดรเจน ” ที่แปลว่า “ ตัวทำให้เกิดน้ำ ” นั่นเอง

เพราะไฮโดรเจนเป็นส่วนหนึ่งของน้ำ ไขมัน คาร์โบไฮเดรต ดีเอ็นเอซึ่งเป็นโครงสร้างของสิ่งมีชีวิตรวมถึงมนุษย์เราด้วย ไฮโดรเจนนั้นจึงเป็นสิ่งที่จำเป็นต่อการมีชีวิต ทุกชีวิตนั้นล้วนมีองค์ประกอบของไฮโดรเจนอยู่ในร่างกาย

ธาตุไฮโดรเจนที่พบอยู่ตามธรรมชาติจะพบอยู่ในรูปก๊าซไฮโดรเจนเป็นส่วนน้อยแต่จะพบอยู่ในรูปของสารประกอบหรือสารอินทรีย์เป็นส่วนใหญ่ เช่น สารประกอบไฮโดรคาร์บอน น้ำ มีเทน บิวเทน เป็นต้น ก๊าซไฮโดรเจนเป็นก๊าซที่มีประโยชน์ทั้งทางด้านอุตสาหกรรมและทางการแพทย์ โดยทางอุตสาหกรรมจะใช้ก๊าซไฮโดรเจนในอุตสาหกรรมกลั่นน้ำมัน การผลิตน้ำมันที่ไม่อิ่มตัวให้กลายเป็นน้ำมันชนิดอิ่มตัว การเตรียมโลหะที่มีความบริสุทธิ์สูง การถลุงโลหะ การสังเคราะห์สารอินทรีย์บางชนิด ใช้เป็นเชื้อเพลิงในการเผาไหม้ที่ให้พลังงานสูงในการเชื่อม ตัด ด้านการแพทย์เราจะให้ก๊าซไฮโดรเจนในการเตรียม NH3 ที่ช่วยในการแก้อาการวิงเวียน การผลิตยาและเมทานอล ปัจจุบันนี้ได้มีการนำก๊าซไฮโดรเจนมาเป็นเชื่อเพลิงในรถยนต์ เครื่องจักรกล ทดแทนเชื้อเพลิงและแหล่งพลังงานแบบเก่าที่สร้างมลพิษให้กับสิ่งแวดล้อม เพื่อลดการเกิดก๊าซเรือนกระจก ( Greenhouse Gas ) ที่ทำให้เกิดสภาวะโลกร้อน ( Global Warming ) จึงนับว่าไฮโดรเจนนั้นเป็นธาตุที่มีคุณค่าเป็นอย่างมากต่อการดำรงชีวิต แต่ของทุกสิ่งทุกอย่างบนโลกนี้ เมื่อมีข้อดีก็ย่อมมีข้อเสียด้วย รวมถึงไฮโดรเจนที่จัดเป็นธาตุที่มีประโยชน์

แหล่งกำเนิดไฮโดรเจนที่พบ คือ

ปัจจุบันพลังงานจากไฮโดรเจนได้ถูกวิจัยและพัฒนาขึ้นมา สู่ระดับของการใช้งานได้อย่างกว้างขวางมากขึ้น และเข้าใกล้กับชีวิตประจำวันของเรามากขึ้นด้วย ดังนั้นเราควรทำความรู้จักกับแหล่งพลังงานไฮโดรเจนเบื้องต้นดังนี้

1. น้ำ
สารประกอบระหว่างไฮโดรเจน 2 อะตอม และออกซิเจน 1 อะตอม สูตรโมเลกุล H2O ยึดเหนี่ยวกันด้วยพันธะโควาเลนต์ ไม่มีสี ไม่มีกลิ่น ไม่มีรส เป็นของเหลวที่สภาวะปกติ สารประกอบที่พบมากที่สุดในโลก เป็นปัจจัยสำคัญในการดำรงชีวิตของสิ่งมีชีวิต เป็นตัวตั้งต้นที่สำคัญในการผลิตไฮโดรเจนจากการเกิดปฏิกิริยาการแยกด้วยไฟฟ้า และการแยกกรองด้วยไฟฟ้า

2. เชื้อเพลิงซากดึกดำบรรพ์ หรือซากพืชซากสัตว์
เชื้อเพลิงต่าง ๆ ที่มีองค์ประกอบหลักเป็นไฮโดรคาร์บอนสามารถผลิตเป็นไฮโดรเจนด้วยการรีฟอร์มด้วยไอน้ำ เชื้อเพลิงจากซากดึกดำบรรพ์พบได้ที่ชั้นบนสุดของเปลือกโลก ซึ่งเกิดจากการทับถมของซากพืชซากสัตว์และมีการสะสมกันอยู่ชายฝั่งทะเล แหล่งน้ำกร่อย น้ำจืด หรือแผ่นดินที่ชื้นแฉะในระยะต้น เกิดการเน่าเปื่อยโดยแบคทีเรียที่ไม่ใช้ออกซิเจน ในระยะถัดมามีดินเหนียว ทราย และหินตะกอนทับถมเป็นชั้นๆ ภายใต้แรงดันและอุณหภูมิสูงเป็นเวลาหลายร้อยล้านปีทำให้เกิดการแปรสภาพเป็นถ่านหิน หรือเกิดการเคลื่อนตัวของสารประกอบไฮโดรคาร์บอนไปสะสมที่ชั้นหินที่มีโครงสร้างที่เหมาะสมกลายเป็นแหล่งกักเก็บปิโตรเลียม เช่นน้ำมัน แก๊สธรรมชาติ ถ่านหิน หินน้ำมัน ทรายน้ำมัน และแก๊สธรรมชาติจากหินดินดาน

เมื่อได้รับก๊าซหรือสัมผัสไฮโดรเจนมากเกินไปจะเกิดอะไร ?

ถ้าร่างกายได้รับก๊าซหรือสัมผัสไฮโดรเจนมากเกินไปก็ส่งผลเสียต่อร่างกายได้เช่นกัน ดังนี้

1.ติดไฟง่าย เนื่องจากเป็นธาตุที่มีน้ำหนักเบามากจึงสามารถฟุ้งอยู่ในอากาศได้ง่าย เมื่อลอยอยู่ในอากาศก็สามารถติดไฟได้ง่าย ถ้าสัมผัสกับออกซิเจนและมีแหล่งให้ประกายไฟทุกชนิด ทำให้เกิดการระเบิดและติดไฟได้

2.ภาวะขาดออกซิเจน ( Systemic Asphyxiants หรือ Chemical Asphyxiants ) ก๊าซไฮโดรเจนเป็นก๊าซที่ไม่เป็นพิษต่อร่างกายแต่ว่าถ้าร่างกายได้รับก๊าซไฮโดรเจนเข้าไปจะทำให้เกิดภาวะขาดอกซิเจนได้ คือ ถ้าร่างกายได้รับก๊าซไฮโดรเจนเข้าไปในปริมาณที่มาก จากการเข้าไปอยู่ในสถานที่ที่มีก๊าซไฮโดรเจนเข้มข้นสูง ก๊าซไฮโดรเจนจะเข้าไปทำให้กระบวนการส่งออกซิเจนไปยังอวัยวะต่างๆ เกิดความผิดปกติ กระบวนการสังเคราะห์ที่ต้องให้ออกซิเจนในการสังเคราะห์จะเกิดการหยุดชะงักไปเพราะว่าก๊าซไฮโดรเจนนั้นจะเข้าไปขัดขวางไม่ให้ร่างกายดูดซึมก๊าซออกซิเจนจับตัวกับฮีโมบิลในเลือดโดยที่ก๊าซไฮโดรเจนจะเข้าไปจับตัวแทน ทำให้ร่างกายดูดซึมก๊าซไฮโดรเจนเข้าไปแทนก๊าซออกซิเจน ร่างกายจึงเกิดสภาวะขาดออกซิเจนขึ้นโดยจะมีอาการวิงเวียนศรีษะ หน้ามืด หัวใจเต้นแรง หมดสติและอาจถึงขั้นเสียชีวิตได้ ถ้าไม่ได้รับการออกซิเจนอย่างทันท่วงที

3.ระบบหายใจผิดปกติ เมื่อเราสูดดมก๊าซไฮโดรเจนเข้าไป ก๊าซจะเข้าไปทำให้เนื้อเยื่อบริเวณระบบทางเดินหายใจส่วนบนเกิดการระคายเคือง แสบจมูก น้ำตาไหล น้ำมูกไหล ทำให้เกิดภาวะหายใจไม่ออกอย่างเฉียบพลัน ร่างกายเกิดภาวะขาดออกซิเจนได้ซึ่งมีอันตรายถึงชีวิตได้ ดังนั้นเมื่อเกิดอาการขาดออกซิเจนต้องรีบพาออกมาจากจุดที่มีก๊าซไฮโดรเจนหรือทำการให้ออกซิเจนโดยทันที

4.ระคายเคืองผิว เมื่อผิวหนังนั้นสัมผัสก๊าซไฮโดรเจนที่อยู่ในสถาวะของเหลวจะทำให้ผิวหนังเกิดการระคายเคือง เพราะว่าการเก็บรักษาไฮโดรเจนนั้นต้องทำการเก็บอยู่ในอุณหภูมิที่ต่ำมาก เพื่อป้องกันไม่ให้ก๊าซไฮโดรเจนเกิดการกระเบิดหรือจุดติดไฟได้ ดังนั้นถ้าผิวหนังหรือเนื้อเยื่อสัมผัสโดนไฮโดรเจนโดยตรงทำให้ผิดเกิดการระคายเคือง แสบผิว เกิดผื่นแดง ถ้าโดนในปริมาณที่มากหรือในขณะที่เย็นจัดจะทำให้เนื้อเยื่อบริเวณที่สัมผัสโดนกลายเป็นเนื้อเยื่อตาย โดยเฉพาะบริเวณดวงตาอาจจะทำให้ตาบอดได้

5.มะเร็ง สารประกอบไฮโดรคาร์บอนเมื่อร่างกายได้รับประจำเป็นเวลานานหรือได้รับในปริมาณที่มากๆ จะทำให้เซลล์เกิดการกลายพันธุ์กลายเป็นเซลล์มะเร็งได้ ชนิดมะเร็งที่เกิดขึ้น คือ มะเร็งเกี่ยวกับระบบทางเดินหายใจ โดยเฉพาะสารไฮโดรคาร์บอนกลุ่มที่มีวงเบนซีนเป็นองค์ประกอบ เช่น สารฟีนอล สารเบนโซไพลิน ( Benzopyrene ) และควันพิษที่เกิดจากการเผาไหม้น้ำมันเชื้อเพลิง เป็นต้น

ไฮโดรเจนเป็นธาตุที่ทรงคุณค่าต่อชีวิตก็จริงแต่โทษของไฮโดรเจนนั้นก็อันตรายยิ่งนัก ไม่ว่าจะอยู่ในรูปก๊าซไฮโดรเจนหรือสารประกอบไฮโดรคาร์บอน ถ้าได้รับเข้าสู่ร่างกายในปริมาณที่มากเกินไปล้วนแต่สร้างความเสียหายให้กับร่างกายของเราทั้งสิ้น ทางที่ดีถ้าเราต้องใช้หรือทำงานร่วมกับไฮโดรเจนไม่ว่าจะรูปแบบใด เราควรสวมอุปกรณ์ป้องกันในการทำงาน เพื่อป้องกันอันตรายที่อาจจะเกิดขึ้นต่อชีวิตของเราจะดีกว่า

อ่านบทความที่เกี่ยวข้องเพิ่มเติม

เอกสารอ้างอิง

“Hydrogen”. Van Nostrand’s Encyclopedia of Chemistry. Wylie-Interscience. 2005. pp. 797–799. ISBN 0-471-61525-0.

Emsley, John (2001). Nature’s Building Blocks. Oxford: Oxford University Press. pp. 183–191. ISBN 0-19-850341-5.