หลักของเลอชาเตอลิเอในอุตสาหกรรม

หลกั ของเลอชาเตอลิเอในอุตสาหกรรม นส.พมิ พพ์ สิ ทุ ธิ์ เกา้ กฤษฎี เลขท่ี19 ม.5/2 ครูกาญจนา แกว้ คง

คานา หนงั สือ E-BOOK เร่อื งหลกั ของเลอชาเตอลิเอใน อุตสาหกรรม ระดบั ชนั้ มธั ยมศกึ ษาปีท่ี 5 ภาคเรยี นท่ี 1 มีวตั ถปุ ระสงคจ์ ดั ทาเพ่ือเพ่มิ พนู ความรูแ้ ละทกั ษะใน การเรยี นรู้ และเพ่อื ใหเ้ กิดความเขา้ ใจมากขนึ้ จดั ทาโดย นางสาวพมิ พพ์ ิสทุ ธิ์ เกา้ กฤษฎี

สารบญั หวั ขอ้ หนา้ ท่ี แบบทดสอบก่อนเรยี น ออ็ งรี เลอ ชาเตอรเิ ยร์ 1 การเปล่ียนแปลงความเขม้ ขน้ 2 การเปล่ยี นแปลงความดนั 3 สรุปการใชห้ ลกั ของเลอชาเตอลเิ อในอตุ สาหกรรม 5 แบบฝึกหดั 11 เฉลย 14

แบบทดสอบก่อนเรียน 1. 2. 3. 4. 5.

6. 7. 8. 9.

10.

1 ออ็ งรี เลอ ชาเตอริเยร์ เป็นคนแรกเป็นคนแรกท่ี อธิบายวา่ การเปล่ยี นแปลงของความเขม้ ขน้ อณุ หภมู ิ และความดนั สง่ ผลกระทบตอ่ สมดลุ ไดนามิก อยา่ งไร จากหลกั ของ เลอ ชาเตอรเิ ยร:์ ถา้ มีการเปล่ยี นแปลง เลก็ นอ้ ยในระบบท่ีสมดลุ ไดนามิก ดงั นนั้ สมดลุ มี แนวโนม้ ในการเล่อื นไปเพ่ือท่ีจะลดผลการ เปล่ียนแปลงใหม้ ีนอ้ ยท่ีสดุ . การเปล่ียนแปลงความ เขม้ ขน้ ของสาร ความดนั หรอื อณุ หภมู ิ เป็นการ รบกวนภาวะสมดลุ และมีผลทาใหภ้ าวะสมดลุ ของ ระบบเปล่ียนแปลง นกั วทิ ยาศาสตรช์ าวฝร่งั เศสช่ือ อองร-ี ลยุ เลอชาเตอลิเอ ไดศ้ กึ ษาคน้ ควา้ เก่ียวกบั การ เปล่ียนแปลงภาวะสมดลุ ของปฏิกิรยิ าตา่ ง ๆ และได้ ขอ้ สรุปในปี พ.ศ. 2527(ค.ศ.1884) วา่ เม่ือระบบท่ีอยู่ ในภาวะสมดลุ ถกู รบกวนโดยการเปล่ียนแปลงปัจจยั ท่ี มีผลตอ่ ภาวะสมดลุ ของระบบ ระบบจะเกิดการ เปล่ียนแปลงไปในทศิ ทางท่ีจะลดผลของการรบกวน นนั้ เพ่ือใหร้ ะบบเขา้ สภู่ าวะสมดลุ อีกครงั้

2 การเปล่ยี นแปลงความเขม้ ขน้ ตวั อยา่ ง: H2+J2⇄2HJH2+J2⇄2HJ ถา้ เราเพ่มิ ความเขม้ ขน้ ของ H2, ดงั นนั้ สมดลุ เลอ่ื นไปดา้ นขวา เพราะระบบมีแนวโนม้ ในการลด ผลกระทบของการเปล่ยี นแปลงใหม้ ีนอ้ ยท่ีสดุ (ตามท่ีกลา่ วในหลกั ของ เลอ ชาเตอรเิ ยร์ ). ดงั นนั้ H2 ทาปฏิกริ ยิ ากบั J2 เกิดเป็น HJ และ ดงั นนั้ จงึ ทาใหก้ ารเพ่มิ ความเขม้ ขน้ ของ H2. ใหเ้ กิดนอ้ ยท่ีสดุ ถา้ เรา เพ่มิ HJ ดงั นนั้ ความเขม้ ขน้ เล่อื นไปดา้ นซา้ ยเพ่ือทาใหก้ ารเพ่มิ ขนึ้ ของ ความเขม้ ขนั้ ของ HJ.ใหเ้ กิดนอ้ ยท่ีสดุ การเปล่ยี นแปลงของอณุ หภมู ิ ตวั อยา่ ง: 2NO2(g)⇄exothermicendothermicN2O4(g) 2NO2(g)⇄exothermicendothermicN2O4(g) ถา้ มีอณุ หภมู ิเพ่ิมขนึ้ ดงั นนั้ จะเลอ่ื นสมดลุ ไปทิศทางของปฏิกิรยิ าดดู ความรอ้ น ปฏิกิรยิ าดดู ความรอ้ นจบั ความรอ้ นและเล่อื นสมดลุ ไปทาง ปฏกิ ิรยิ าดดู ความรอ้ นจะทาใหก้ ารเพ่มิ อณุ หภมู ใิ หเ้ กิดนอ้ ยท่ีสดุ ถา้ ลด อณุ หภมู ิ ดงั นนั้ จะเลอ่ื นสมดลุ ไปทางปฏกิ ริ ยิ าคายความรอ้ น เพราะ ปฏกิ ริ ยิ าคายความรอ้ นจะใหพ้ ลงั งานความรอ้ นออกมาและจะทาใหก้ าร ลดลงของอณุ หภมู ิใหเ้ กิดนอ้ ยท่ีสดุ

3 การเปล่ยี นแปลงความดนั ตวั อยา่ ง: N2(g)+2O2(g)⇄2NO2(g)N2(g)+2O2 (g)⇄2NO2(g) ปรมิ าตรก๊ซสามารถลดลงโดยการเพ่มิ ความดนั ขนึ้ จากผลของการลดปรมิ าตรก๊าซ โมเลกลุ ชนกนั และทาปฏิกิรยิ ากนั บอ่ ยขนึ้ จะทาใหอ้ ตั ราปฏกิ ิรยิ าเพ่มิ ขนึ้ ดงั นนั้ การเปล่ยี นแปลงความดนั เล่อื นสมดลุ เฉพาะใน ปฏิกิรยิ าเคมีท่เี ก่ียวขอ้ งกบั ก๊าซ สมดลุ เล่อื นไปขา้ งท่ีมีจานวน โมลนอ้ ยกวา่ เพ่ือท่จี ะทาใหก้ ารเพ่มิ ขนึ้ ของความดนั ใหเ้ กิดขนึ้ นอ้ ยท่สี ดุ . ในตวั อยา่ ง การเพ่มิ ขนึ้ ของความดนั เล่ือนสมดลุ ไปดา้ นขวาการเปล่ยี นแปลงความดนั ไมม่ ีผลกระทบหากมี จานวนโมลของดา้ นซา้ ยและดา้ นขวาของสมการเท่ากนั ตวั เรง่ ปฏิกิรยิ า ตวั เรง่ ปฏกิ ิรยิ า ไมส่ ง่ ผลกระทบตอ่ สมดลุ ได นามิก เพราะตวั เรง่ ปฏิกิรยิ าเพ่มิ อตั ราปฏิกิรยิ าโดยตรง และ ยงั เพ่มิ อตั ราปฏิกิรยิ าโดยออ้ ม

4 การใชห้ ลกั ของเลอชาเตอลเิ อในอตุ สาหกรรม ในวงการ อตุ สาหกรรม ผผู้ ลติ จะเลือกกรรมวธิ ีผลิตท่สี ามารถเปล่ยี น วตั ถดุ ิบหรอื สารตงั้ ตน้ ใหเ้ กิดเป็นผลิตภณั ฑไ์ ดม้ ากท่ีสดุ โดย เสียเวลาและคา่ ใชจ้ า่ ยนอ้ ยท่สี ดุ จงึ มีการนาหลกั ของเลอชา เตอลิเอมาใชก้ นั อยา่ งแพรห่ ลาย เช่น การผลติ แก๊สแอมโมเนีย เพ่ือใชเ้ ป็นวตั ถดุ ิบในการผลติ ป๋ ยุ แอมโมเนียมซลั เฟต พลาสตกิ หรอื สยี อ้ ม การผลิตแก๊สแอมโมเนียใชส้ ารตงั้ ตน้ คอื แก๊สไนโตรเจนท่ีไดจ้ ากแก๊สธรรมชาติ ปฏิกิรยิ าระหว่างแก๊ส ไนโตรเจนกบั แก๊สไฮโดรเจนเกิดขนึ้ ขอ้ สรุปนีต้ อ่ มารูจ้ กั กนั แพรห่ ลายวา่ เป็น หลกั ของเลอชาเตอลิ เอ จากหลกั การดงั กลา่ วนีท้ าใหส้ ามารถทานายทศิ ทางการ ดาเนินไปของปฏกิ ิรยิ าเพ่ือเขา้ สภู่ าวะสมดลุ ใหม่ เม่ือมีการ รบกวนสมดลุ โดยการเปล่ยี นแปลงความเขม้ ขน้ ของสารตงั้ ตน้ หรอื ผลติ ภณั ฑ์ ความดนั หรอื ปรมิ าตรหรอื อณุ หภมู ิของระบบ ไดแ้ ละสามารถนาไปอธิบายปรากฏการณต์ า่ ง ๆ ไดเ้ ป็น จานวนมาก รวมทงั้ สามารถนาไปใชป้ ระโยชนใ์ นอตุ สาหกรรม เพ่ือเลือกภาวะท่ีเหมาะสมท่จี ะทาใหไ้ ดผ้ ลติ ภณั ฑม์ ากท่ีสดุ

5 สรุปการใชห้ ลกั ของเลอชาเตอลิเอในอตุ สาหกรรม คือ 1.ปรบั ตาแหน่งสมดลุ ใหม่ไปทางขวาเพ่ือเพ่มิ ผลติ ภณั ฑ์ 2. ใชต้ วั เรง่ ปฏิกิรยิ าเพ่ือผลติ ไดเ้ รว็ 3. ปลอดภยั โดยใชอ้ ณุ หภมู ิ และความดนั เหมาะสม 1. การผลิต แก๊สแอมโมเนียเป็นปฏกิ ิรยิ าคายความรอ้ น การลดอณุ หภมู ิมผี ล ใหร้ ะบบปรบั ตวั ไปในทศิ ทางท่ีเกิดแก๊สแอมโมเนียมากขึน้ ซง่ึ เป็นไปตามหลกั ของเลอชาเตอลิเอ ความดนั ท่ีพอเหมาะในการ เตรยี มแก๊สแอมโมเนียคอื 350 บรรยากาศ การเตรยี มแก๊ส แอมโมเนียในอตุ สาหกรรมจงึ ใชแ้ ก๊สไนโตรเจนทาปฏกิ ิรยิ ากบั แก๊สไฮโดรเจนท่ีอณุ หภมู ิ 500 องศาเซลเซียส ความดนั 350 บรรยากาศ โดยมีเหล็กเป็นตวั เรง่ ปฏิกิรยิ า กระบวนการ สงั เคราะหด์ งั กลา่ วนีค้ น้ พบโดยนกั เคมชี าวเยอรมนั ช่ือ ฟรติ ซ์ ฮา เบอร์ จงึ เรยี กกระบวนการนีว้ า่ กระบวนการฮาเบอร์ 2. การ เตรยี มแก๊ส SO3 เป็นปฏิกิรยิ าคายความรอ้ นการลดอณุ หภมู ิ มีผลใหร้ ะบบปรบั ตวั ไปในทิศทางท่ีเกิดแก๊สซลั เฟอรไ์ ตรออกไซด์ มากขนึ้ ซง่ึ เป็นไปตามหลกั ของเลอชาเตอลเิ อ ใชภ้ าวะอณุ หภมู ิ ต่า ความดนั สงู ใช้ VO3 เป็นตวั เรง่ ปฏกิ ิรยิ า

6 3. การเตรยี มแก๊สฟอสจีน เป็นปฏิกิรยิ าดดู ความรอ้ น การ เพ่มิ อณุ หภมู ิมีผลใหร้ ะบบปรบั ตวั ไปในทศิ ทางท่ีเกิดฟอสจีน ไดม้ ากขนึ้ ซง่ึ เป็นไปตามหลกั ของเลอชาเตอลิเอ ใชแ้ ก๊ส คลอรนี กบั แก๊สคารบ์ อนมอนอกไซด์ ทาปฏิกิรยิ ากนั ท่ีความ ดนั สงู อณุ หภมู ิ 200 องศาเซลเซียส โดยมีผงถ่านเป็นตวั เรง่ ปฏิกิรยิ า 4. การสงั เคราะหเ์ พชร เป็นปฏกิ ิรยิ าดดู ความรอ้ น การเพ่มิ ความรอ้ นจงึ ทาใหไ้ ดป้ รมิ าณผลติ ภณั ฑม์ ากขนึ้ ภาวะท่ีเหมาะสมในการสงั เคราะหเ์ พชรคอื อณุ หภมู ิ 2000 องศาเซลเซียส ความดนั ตงั้ แต่ 50000 ถงึ 100000 บรรยากาศ ใชโ้ ครเมียม เหลก็ หรอื แพลทินมั เป็นตวั เรง่ ปฏกิ ิรยิ า 5. การผลติ ปนู ดิบ เน่ืองจากคา่ คงท่สี มดลุ ของ ปฏิกิรยิ านีข้ นึ้ อย่กู บั ความเขม้ ขน้ ของแก๊สคารบ์ อนไดออกไซด์ ดงั นนั้ จงึ ตอ้ งมีการถา่ ยเทหรอื ระบายแก๊สคารบ์ อนไดออกไซด์ ออกจากปฏิกิรยิ า เพ่ือใหป้ ฏิกิรยิ าดาเนินไปในทิศทางท่ี ทดแทนปรมิ าณแก๊สคารบ์ อนไดออกไซดท์ ่หี ายไป จงึ ทาใหไ้ ด้ แคลเซยี มออกไซดห์ รอื ปนู ดบิ มากขนึ้

7

8

9

แบบฝึ กหัด 11 1. 2. 3. 4. 5.

12 6. 7. 8. 9.

13 10.

14 เฉลยแบบฝึ กหัด 1. ค. 2. ง. 3. ค. 4. ค. 5. ก. 6. ค. 7. ค. 8. ค. 9. ก. 10. ก.