Bagaimana persekitaran vakum membolehkan reaksi kimia 7 September 2021

Sama ada matlamat anda adalah untuk mengeluarkan kelembapan, oksigen atau udara, teknik vakum memainkan peranan penting dalam pembuatan dan pemprosesan pelbagai jenis bahan kimia. Menyediakan persekitaran yang bersih dan tidak reaktif untuk reaksi kimia berlaku adalah asas kepada pengeluaran produk tulen yang kita bergantung setiap hari.

Teknik yang disebut ‘tanpa udara’ yang digunakan oleh industri kimia melibatkan penghapusan reaktan yang tidak diingini seperti air, oksigen dan nitrogen untuk mewujudkan keadaan di mana kita dapat memastikan tiada produk sampingan yang tidak diingini terbentuk. Selalunya, molekul-molekul ini digantikan dengan gas inert seperti Argon (atau dalam kes yang kurang reaktif N2) untuk memastikan bukan sahaja ketulenan, tetapi juga kecekapan dalam proses pembuatan.

Terdapat dua teknik utama yang digunakan di makmal ahli kimia untuk mencapai persekitaran 'tanpa udara', yang pertama dikenali sebagai kotak sarung tangan. Ini melibatkan pengeluaran zarah dari bekas besar (digantikan dengan gas tidak reaktif) di mana sarung tangan dipasang untuk membolehkan pengendalian peralatan dalam keadaan yang diingini. Cara yang paling biasa untuk mengeluarkan oksigen dari peranti sebegini adalah dengan menggunakan pemangkin tembaga. Permukaan logam menangkap dan menyimpan molekul sebagai tembaga oksida, mengeluarkan mereka dari sebarang reaksi yang mungkin berlaku. Peranti biasa yang digunakan untuk membentuk vakum dalam kaedah ini adalah pam putar Leybold TRIVAC D16B.

Teknik kedua adalah menggunakan garis Schlenk. Peralatan kaca kedap udara yang disambungkan dengan sambungan 'quick fit' yang ketat digunakan untuk mereaksikan bahan kimia, di mana reaktan boleh ditambah dengan kanula melalui septum getah yang akan menutup semula selepas ditusuk. Teknik ini menyediakan sistem yang lebih manipulatif, di mana ketangkasan diperbaiki berbanding dengan kotak sarung tangan. Jenis sistem ini menggunakan pam vakum, seperti pam putar TRIVAC D4B dari Leybold, untuk secara berterusan mengeluarkan dan memulihkan molekul inert.

250,000 tan Titanium dihasilkan setiap tahun di seluruh dunia dan ia digunakan dalam pelbagai industri dari kejuruteraan aeroangkasa hingga prostetik perubatan. Hampir semua titanium tulen yang digunakan dalam industri diperoleh daripada Titanium Klorida (TiCl4), suatu bahan yang dihasilkan melalui proses garis Schlenk. Reaksi kimia pembentukan ini ditunjukkan di sini:

2FeTiO3 + 7Cl2 + 6C → 2TiCl4 + 2FeCl3 + 6CO

Sumber titanium yang digunakan dalam reaksi ini adalah bijih Besi/Titanium yang dikenali sebagai ilmenit. Titanium dalam reaksi ini sangat reaktif dengan oksigen dan air (lebih daripada klorin) dan oleh itu ia mesti dikeluarkan dari mana-mana bekas reaksi. Melaksanakan reaksi ini dalam keadaan vakum inert membolehkan penghasilan TiCl4 yang tulen dan tidak tercemar, dan tanpa teknologi ini adalah mustahil untuk dihasilkan.

Industri kimia bergantung kepada proses yang memaksimumkan hasil, meminimumkan kos dan menyediakan bahan yang berkesan untuk pelbagai kegunaan. Tanpa teknologi vakum, pembangunan pelbagai produk dari baja dan pembungkusan makanan, hingga telefon bimbit dan kapal angkasa adalah mustahil untuk dihasilkan. Ini menekankan kepentingan kerja yang dijalankan di sini di Leybold dalam industri sains di seluruh dunia dan menekankan peranan penting teknologi vakum dalam kehidupan seharian.