2007/Jan/16

การใช้หลักของเลอชาเตอลิเอในอุตสาหกรรม

หลักของเลอชาเตอลิเอสามารถนำใช้ในอุตสาหกรรมการผลิตปุ๋ยแอมโมเนียมซัลเฟต (NH4)2SO4

และการผลิตเพชรจากแกรไฟต์

การผลิตปุ๋ยแอมโมเนียมซัลเฟต (NH4)2SO4

ปุ๋ยแอมโมเนียมซัลเฟต เกิดจากก๊าซแอมโมเนีย (NH3) ทำปฏิกิริยากับกรดซัลฟิวริก (H2SO4 ) ดังสมการ

2NH3(g) + H2SO4(aq) (NH4)2SO4(aq)

ก๊าซแอมโมเนียเป็นสารตั้งต้นที่สำคัญในการผลิตปุ๋ยแอมโมเนียมซัลเฟต พลาสติก และสีย้อม

ก๊าซแอมโมเนียเตรียมจากก๊าซ N2 และ H2 ดังสมการ

N2(g) + H2(g) 2 NH3 (g) + 92 kJ

ถ้าใช้หลักของเลอชาเตอลิเอพิจารณาเพื่อให้ได้ NH3 มากๆ คือจะต้องทำให้ปฏิกิริยาเกิด

ในทิศทางไปข้างหน้า นักเรียนคิดว่าจะมีวิธีทำได้อย่างไร

ถ้านำข้อมูลเกี่ยวกับการผลิตก๊าซ NH3 ที่อุณหภูมิ ความดันต่างๆ มาเขียนกราฟ จะได้ดังรูป

กราฟแสดงความสัมพันธ์ระหว่าง NH3 ที่ผลิตได้ ณ อุณหภูมิและความดันต่างๆ โดยมีส่วนผสมของ


จากกราฟจะเห็นได้ว่าที่ความดันค่าหนึ่ง เช่นที่ 200 atm เมื่อใช้อุณหภูมิในการผลิตต่ำ จะทำให้ได้ก๊าซ NH3 มากกว่าเมื่อใช้อุณหภูมิสูง หมายความว่ายิ่งเพิ่มอุณหภูมิจะยิ่งทำให้ได้ NH3 น้อยลง และถ้าที่อุณหภูมิคงที่ การเพิ่มความดันจะทำให้ได้ NH3 เพิ่มขึ้น นั่นคือการเพิ่มความดันและลดอุณหภูมิ

ภาวะที่เหมาะสมที่ใช้ผลิตก๊าซ NH3 ในอุตสาหกรรม ฟริตซ์ ฮาเบอร์ ( Fritz Haber ) นักเคมี

ชาวเยอรมัน พบว่า ใช้อุณหภูมิ 500 C ความดัน 350 atm และใช้เหล็กเป็นตัวเร่งปฏิกิริยา ณ ภาวะ

ดังกล่าว ก๊าซ N2 และ H2 จะทำปฏิกิริยากันได้ NH3 เพียง 30 % เท่านั้น

การที่พิจารณาว่าเป็นภาวะที่เหมาะสมเพราะ N2 และ H2 ที่เหลือสามารถนำกลับไปใช้เตรียม NH3 ได้อีก การผลิตก๊าซ NH3 ดังกล่าวเรียกว่า กระบวนการฮาเบอร์

การผลิตก๊าซซัลเฟอร์ไตรออกไซด์ (SO3)

ก๊าซซัลเฟอร์ไตรออกไซด์ (SO3) เป็นสารตั้งต้นในการเตรียมกรดซัลฟิวริก (H2SO4) ทำได้โดย

อาศัยปฏิกิริยาระหว่าง SO2 กับ O2 ดังสมการ

2SO2(g) + O2(g) 2SO3(g) ปฏิกิริยาคายความร้อน

ตามหลักของเลอชาเตอลิเอ ระบบจะให้ผลิตภัณฑ์ มากๆ คือจะต้องทำให้ปฏิกิริยาเกิดในทิศทาง ไปข้างหน้า นั่นคือ ภาวะที่ต้องเพิ่มความดัน และลดอุณหภูมิ

ภาวะที่เหมาะสมในอุตสากรรม คือ ใช้อุณหภูมิ 450 C ความดัน 330 atm และใช้วานาเดียม -

เพนตะออกไซด์ ( V2O5) เป็นตัวเร่งปฏิกิริยา

การสังเคราะห์เพชรจากแกรไฟต์

อุตสาหกรรมอีกประเภทหนึ่ง ที่ใช้หลักของเลอชาเตอลิเอ เพื่อเพิ่มผลผลิต คือกระบวนการ

สังเคราะห์เพชรจากแกรไฟต์ ซึ่งนักวิทยาศาสตร์ทำสำเร็จในปี พ.ศ. 2497 เขียนสมการได้ดังนี้

C (แกรไฟต์) + 1.9 kJ C (เพชร)

เนื่องจากเป็นปฏิกิริยาดูดความร้อน การเพิ่มอุณหภูมิจะทำให้เกิดปฏิกิริยาไปข้างหน้า มีผลิตภัณฑ์

เกิดมากขึ้น นอกจากนี้ยังพบว่า เพชรมีความหนาแน่นมากกว่าแกรไฟต์ ปริมาตรต่อโมลของเพชรจึงน้อย

กว่าของแกรไฟต์ การอัดแกรไฟต์ภายใต้ความดันที่สูงมากๆ จะทำให้ปริมาตรต่อโมลลดลง บางส่วนของ

แกรไฟต์จะเปลี่ยนเป็นเพชร

จากการศึกษาพบว่า ภาวะที่เหมาะสมในการสังเคราะห์เพชร คือ อุณหภูมิประมาณ 2000 C

ความดันระหว่าง 50,000 100,000 atm และใช้ โครเมียม เหล็ก หรือ แพลทินัม เป็นตัวเร่งปฏิกิริยา

2007/Jan/16

2007/Jan/16