พื้นผิวและผลิตภัณฑ์

สารตั้งต้นและผลิตภัณฑ์จากปฏิกิริยาเคมีคืออะไร

ในวิชาเคมี สารตั้งต้นคือชื่อที่ใช้สำหรับสาร สารประกอบทางเคมี ธาตุหรือไอออนที่ผ่านการเปลี่ยนแปลงระหว่างปฏิกิริยาที่เกี่ยวข้องกับกระบวนการทางเคมี ผลิตภัณฑ์เป็นผลมาจากการเปลี่ยนแปลงเหล่านี้ ในกระบวนการทางอุตสาหกรรมมักมีผลิตภัณฑ์หลายอย่าง นอกเหนือจากผลิตภัณฑ์หลักแล้ว กระบวนการยังส่งผลให้เกิดผลพลอยได้ ในทางกลับกัน สิ่งเหล่านี้อาจกลายเป็นรากฐานสำหรับกระบวนการทางเทคโนโลยีอื่นๆ พื้นผิวและผลิตภัณฑ์ในกระบวนการทางเคมีมีความสำคัญมากทั้งในระดับห้องปฏิบัติการและระดับอุตสาหกรรม กระบวนการเหล่านี้อยู่ภายใต้กฎหมาย กฎเกณฑ์ และหลักการต่างๆ นี่คือบางส่วนของพวกเขา:

• สมดุลเคมี

เป็นสถานะไดนามิกที่เกี่ยวข้องกับปฏิกิริยาเคมีที่ผันกลับได้ โดยที่อัตราการเปลี่ยนรูปของสารตั้งต้นเป็นผลิตภัณฑ์เท่ากับในกระบวนการย้อนกลับ กล่าวคือ ในการเปลี่ยนรูปผลิตภัณฑ์เป็นสารตั้งต้น สิ่งนี้เป็นจริงภายใต้สภาวะเฉพาะ เช่น ความเข้มข้น อุณหภูมิ และความดัน เมื่อเกิดสภาวะสมดุลทางเคมี ความเข้มข้นของสารตั้งต้นและผลิตภัณฑ์จะเท่ากัน อย่างไรก็ตาม ควรจำไว้ว่านี่ไม่ใช่สถานะถาวร ธรรมชาติของสมดุลเคมีเป็นแบบไดนามิก แม้แต่การรบกวนเล็กน้อยกับเงื่อนไขของปฏิกิริยาก็เปลี่ยนไป

• หลักการของ Le Chatelier (กฎแห่งดุลยภาพ)

หลักการของ Le Chatelier กล่าวว่า เมื่อระบบในสภาวะสมดุลทางเคมีอยู่ภายใต้สิ่งกระตุ้นที่เฉพาะเจาะจง (เช่น การเปลี่ยนแปลงของอุณหภูมิ) สภาวะของปฏิกิริยาที่เกิดขึ้นจะเปลี่ยนไปในลักษณะที่ต่อต้านการเปลี่ยนแปลงที่เกิดขึ้นบางส่วน นอกจากนี้ ความเข้มข้นของสารตั้งต้นและผลิตภัณฑ์ยังมีอิทธิพลต่อสมดุลเคมี การเปลี่ยนแปลงปริมาณขององค์ประกอบใด ๆ จะเปลี่ยนดุลยภาพที่กำหนดไว้ หากผลิตภัณฑ์หนึ่งถูกลบออกจากระบบ ระบบจะตอบสนองในลักษณะที่สารตั้งต้นจำนวนหนึ่งจะทำปฏิกิริยาเพื่อสร้างสารที่ถูกกำจัดออกไปใหม่ สถานการณ์ที่คล้ายกันนี้จะเกิดขึ้นเมื่อมีการถอดวัสดุพิมพ์ออกจากระบบ หลักการของ Le Chatelier ช่วยให้ (โดยเฉพาะอย่างยิ่งในกระบวนการทางเทคโนโลยี) สามารถควบคุมกระบวนการทางเคมีได้ อาจใช้เพื่อเพิ่มประสิทธิภาพของปฏิกิริยาที่กำลังดำเนินอยู่หรือต่อต้านปฏิกิริยาที่ไม่พึงประสงค์

• อัตราการเกิดปฏิกิริยาเคมี

อัตราของปฏิกิริยาเคมีหรือกระบวนการหมายถึงการลดลงของความเข้มข้นโมลาร์ของสารตั้งต้น หรือการเพิ่มขึ้นของความเข้มข้นโมลาร์ของผลิตภัณฑ์ต่อหน่วยเวลา ค่าของอัตราการเกิดปฏิกิริยาถูกกำหนดโดยการทดลอง โดยการวัดการเปลี่ยนแปลงในความเข้มข้นของสารตั้งต้นเมื่อเวลาผ่านไป อัตราการเกิดปฏิกิริยาเคมีจะขึ้นอยู่กับความเข้มข้นของสารตั้งต้น อัตราการเกิดปฏิกิริยาแปรผันโดยตรงกับความเข้มข้นของสารตั้งต้น

สารตั้งต้นและผลิตภัณฑ์ในกระบวนการทางเทคโนโลยีเคมี

การแปลแนวคิดของกระบวนการทางเคมีจากระดับห้องปฏิบัติการไปสู่ระดับอุตสาหกรรมเป็นงานที่น่ากลัว เหนือสิ่งอื่นใด ได้แก่ การเลือกพื้นผิว (วัตถุดิบ) ที่เพียงพอ ควรประหยัดค่าใช้จ่ายเพื่อให้ได้พื้นผิวที่สอดคล้องกับหลักการด้านสิ่งแวดล้อมและขั้นตอนที่จำเป็นทั้งหมดสำหรับการประมวลผลก่อนหน้า (เช่น การทำให้บริสุทธิ์ของแร่โลหะที่สกัดออกมา) ในเทคโนโลยีเคมี กระบวนการต้องได้รับการทบทวนในแง่ของผลิตภัณฑ์ที่จะได้รับด้วย เพราะนอกเหนือจากผลิตภัณฑ์หลักแล้ว มักจะเรียกว่าผลพลอยได้ เป็นวิธีแก้ปัญหาทั่วไปในการระบุตำแหน่งการติดตั้งที่สร้างส่วนประกอบต่างๆ ที่อยู่ใกล้กัน ผลพลอยได้ที่ไม่พึงประสงค์ในกระบวนการหนึ่งอาจเป็นวัตถุดิบหลักในเทคโนโลยีอื่น ขอแนะนำให้นำวัสดุพิมพ์ที่ไม่ผ่านปฏิกิริยากลับมาใช้ใหม่เป็นวงรอบ หลักการข้างต้นและกฎอื่นๆ อีกจำนวนหนึ่งช่วยให้สามารถดำเนินกระบวนการทางเทคโนโลยีได้อย่างมีประสิทธิภาพมากขึ้นและใช้พลังงานน้อยลง สำหรับกระบวนการทางเทคโนโลยีเคมี มีการพัฒนาความสมดุลของวัสดุสำหรับการติดตั้งทุกครั้ง ระบุปริมาณวัสดุที่ใช้หรือผลิต เช่น พื้นผิวและผลิตภัณฑ์ ความสมดุลของวัสดุถือเป็นพื้นฐานสำหรับการออกแบบและพัฒนาบัญชีเชิงเศรษฐศาสตร์สำหรับกระบวนการทางเคมีที่มีอยู่หรือที่วางแผนไว้ มันขึ้นอยู่กับหลักการของการอนุรักษ์มวล เครื่องชั่งวัสดุที่เตรียมมาอย่างดีจะให้ภาพรวมที่ชัดเจนเกี่ยวกับปริมาณวัสดุพิมพ์ที่จำเป็น จำนวนผลิตภัณฑ์ที่ได้รับ และคำนึงถึงการเกิดของเสีย ในเชิงกราฟิก อาจแสดงโดยใช้แผนภูมิ Sankey

ความสำคัญของสารตั้งต้นและผลิตภัณฑ์ในบริบทของเคมีสีเขียว

ปิโตรเลียม เป็นวัตถุดิบหลักในวิชาเคมีในปัจจุบัน ชีวมวลและสารตั้งต้นอื่นๆ ที่สามารถหาได้จากแหล่งพลังงานหมุนเวียน ซึ่งตรงกับหลักการของ เคมีสีเขียว กำลังมีความสำคัญมากขึ้นเรื่อยๆ แนวโน้มดังกล่าวคาดว่าจะดำเนินต่อไปในอีกไม่กี่ปีข้างหน้า ชีวมวลมีความสำคัญไม่เพียงแต่เป็นวัตถุดิบสำหรับพลังงานเท่านั้น แต่ยังสามารถนำมาใช้อย่างมีประสิทธิภาพเพื่อให้ได้มาซึ่งสารเคมี เช่น สารเติมแต่งสำหรับยา เครื่องสำอาง และอาหาร ความก้าวหน้าของเทคโนโลยีการแปรรูปชีวมวลช่วยให้สามารถสกัดวัสดุและสารเคมีที่มีมูลค่าเพิ่มสูงได้ การพัฒนาวิธีการเพื่อให้ได้สารตั้งต้นโดยเฉพาะจากส่วนต่างๆ ของพืช เช่น ลำต้น ใบ หรือราก ก็เป็นแบบไดนามิกเช่นเดียวกัน ตัวอย่างเช่น ขณะนี้เราสามารถสังเคราะห์อนุภาคซิลเวอร์นาโนโดยใช้สารสกัดจากใบกะหล่ำปลี โดยเฉพาะอย่างยิ่งในกระบวนการที่มีปริมาณมาก ประเด็นสำคัญคือการจัดการผลพลอยได้ที่เกิดจากกระบวนการทางเคมี จะเป็นประโยชน์ในการได้รับวัสดุที่ ย่อยสลาย ได้ง่าย ตัวอย่างเช่น พอลิเมอร์ที่ย่อยสลายได้กำลังได้รับความสำคัญ โพลิเมอร์เหล่านี้สามารถแตกตัวในสิ่งแวดล้อมได้เร็วกว่าโพลิเมอร์ทั่วไป สามารถย่อยสลายได้เมื่อสัมผัสกับรังสี จุลินทรีย์ เอนไซม์ หรือสารเคมีบางชนิด