สภาพแวดล้อมสุญญากาศช่วยให้เกิดปฏิกิริยาเคมีได้อย่างไร วันที่ 7 กันยายน 2021
3 MIN READ
ไม่ว่าเป้าหมายของคุณจะเป็นการขจัดความชื้น ออกซิเจน หรืออากาศ เทคนิคสุญญากาศมีบทบาทสําคัญในการผลิตและการแปรรูปสารเคมีหลากหลายชนิด การจัดเตรียมสภาพแวดล้อมที่สะอาดและเฉื่อยสําหรับการเกิดปฏิกิริยาเคมีเป็นพื้นฐานในการผลิตผลิตภัณฑ์บริสุทธิ์ที่เราพึ่งพาในทุกๆ วัน
เทคนิคที่เรียกว่า 'ปราศจากอากาศ' ที่ใช้ในอุตสาหกรรมเคมีเกี่ยวข้องกับการขจัดสารทําปฏิกิริยาที่ไม่พึงประสงค์ เช่น น้ํา ออกซิเจน และไนโตรเจน เพื่อสร้างสภาพแวดล้อมที่เราสามารถแน่ใจได้ว่าจะไม่มีการเกิดผลพลอยได้ที่ไม่พึงประสงค์ บ่อยครั้งที่โมเลกุลเหล่านี้จะถูกแทนที่ด้วยก๊าซเฉื่อย เช่น อาร์กอน (หรือในกรณีที่มีปฏิกิริยาน้อยกว่า N2) เพื่อให้มั่นใจว่าไม่เพียงแต่มีความบริสุทธิ์เท่านั้น แต่ยังมีประสิทธิภาพในกระบวนการผลิตอีกด้วย
เทคนิคแบบไร้อากาศ
มีสองเทคนิคหลักที่ใช้ในห้องปฏิบัติการของนักเคมีเพื่อให้ได้สภาพแวดล้อมที่ 'ปราศจากอากาศ' ซึ่งเทคนิคแรกเรียกว่ากล่องถุงมือ ซึ่งเกี่ยวข้องกับการขจัดอนุภาคออกจากภาชนะบรรจุขนาดใหญ่ (แทนที่ด้วยก๊าซเฉื่อย) ที่สวมถุงมือเพื่อให้สามารถจัดการอุปกรณ์ภายใต้สภาวะที่ต้องการได้ วิธีที่พบบ่อยที่สุดในการขจัดออกซิเจนออกจากอุปกรณ์ดังกล่าวคือการใช้ตัวเร่งปฏิกิริยาทองแดง พื้นผิวโลหะจะดักจับและจัดเก็บโมเลกุลในรูปของทองแดงออกไซด์ ขจัดโมเลกุลเหล่านี้ออกจากปฏิกิริยาที่อาจเกิดขึ้น อุปกรณ์ทั่วไปที่ใช้ในการสร้างสุญญากาศในวิธีการนี้คือปั๊มโรตารี่ Leybold TRIVAC D16B
เทคนิคที่สองคือการใช้เส้น Schlenk ภาชนะแก้วที่ปิดผนึกแน่นสนิทด้วยข้อต่อ 'แบบสวมเร็ว' ที่แน่นสนิทถูกนํามาใช้เพื่อทําปฏิกิริยากับสารเคมี ซึ่งสามารถเติมสารทําปฏิกิริยาด้วยเข็มผ่านผนังกั้นยางที่ปิดผนึกอีกครั้งหลังการเจาะ เทคนิคนี้ให้ระบบการจัดการที่มากขึ้น ซึ่งช่วยเพิ่มความคล่องแคล่วเมื่อเปรียบเทียบกับกล่องถุงมือ ระบบประเภทนี้ใช้ปั๊มสุญญากาศ เช่น ปั๊มโรตารี่ TRIVAC D4B ของ Leybold เพื่อขจัดและฟื้นฟูโมเลกุลเฉื่อยอย่างต่อเนื่อง
กรณีศึกษา: ไทเทเนียมคลอไรด์
ไทเทเนียมผลิตขึ้น 250,000 ตันทุกปีทั่วโลก และใช้ในอุตสาหกรรมต่างๆ ตั้งแต่วิศวกรรมการบินและอวกาศไปจนถึงอวัยวะเทียมทางการแพทย์ ไทเทเนียมบริสุทธิ์เกือบทั้งหมดที่ใช้ในอุตสาหกรรมถูกนํากลับมาใช้ใหม่จากไทเทเนียมคลอไรด์ (TiCl4) ซึ่งเป็นสารที่ผลิตโดยกระบวนการของสายการผลิต Schlenk ปฏิกิริยาเคมีของการก่อตัวนี้แสดงไว้ที่นี่:
2FeTiO3 + 7Cl2 + 6C → 2TiCl4 + 2FeCl3 + 6CO
แหล่งที่มาของไทเทเนียมที่ใช้ในปฏิกิริยานี้คือแร่เหล็ก/ไทเทเนียมที่เรียกว่าอิลเมเนียม ไทเทเนียมในปฏิกิริยานี้มีปฏิกิริยาสูงกับออกซิเจนและน้ํา (มากกว่าคลอรีน) ดังนั้นจึงต้องถูกขับออกจากภาชนะทําปฏิกิริยาใดๆ การทําปฏิกิริยานี้ภายใต้สภาวะเฉื่อยในสุญญากาศช่วยให้สามารถผลิต TiCl4 ที่บริสุทธิ์และไม่เจือปนได้ และหากไม่มีเทคโนโลยีนี้จะไม่สามารถผลิตได้
ประเด็นสําคัญ
อุตสาหกรรมเคมีขึ้นอยู่กับกระบวนการที่เพิ่มผลผลิตสูงสุด ลดต้นทุน และจัดหาวัสดุที่มีประสิทธิภาพสําหรับการใช้งานนับไม่ถ้วน หากไม่มีเทคโนโลยีสุญญากาศ การพัฒนาผลิตภัณฑ์ที่หลากหลายตั้งแต่ปุ๋ยและบรรจุภัณฑ์อาหารไปจนถึงโทรศัพท์มือถือและยานอวกาศจะเป็นไปไม่ได้ ซึ่งเน้นย้ําถึงความสําคัญของงานที่ Leybold ดําเนินการในอุตสาหกรรมวิทยาศาสตร์ทั่วโลก และเน้นย้ําบทบาทที่สําคัญของเทคโนโลยีสุญญากาศในชีวิตประจําวัน
