ในกระบวนการอุตสาหกรรม ผู้ผลิตต้องหาวิธีที่จะสามารถเปลี่ยนสารตั้งต้นให้เป็นผลิตภัณฑ์ได้มากที่สุด โดยใช้เวลาและค่าใช้จ่ายน้อยที่สุด ดังนั้น จึงมีการนำหลักของเลอชาเตอลิเอมาใช้กันอย่างแพร่หลายในอุตสาหกรรม เช่น การผลิตแก๊สแอมโมเนีย การผลิตแก๊สซัลเฟอร์ไดออกไซด์ การสังเคราะห์เพชรจากแกรไฟต์ เป็นต้น

1. การผลิตแก๊สแอมโมเนีย (NH3) ซึ่งเป็นสารตั้งต้นในหลายอุตสาหกรรม โดยสารตั้งต้นที่ใช้ผลิตแก๊สแอมโมเนีย คือ แก๊สไนโตรเจน (N2) และแก๊สไฮโดรเจน (H2) ซึ่งปฏิกิริยาที่เกิดขึ้น ดังนี้

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

การใช้หลักของเลอชาเตอลิเอเพื่อผลิตแก๊สแอมโมเนียให้ได้ในปริมาณมาก จะต้องทำให้ปฏิกิริยาเกิดในทิศทางไปข้างหน้า ซึ่งที่ความดันคงที่ ถ้าใช้อุณหภูมิต่ำในการผลิต จะทำให้ได้แก๊สแอมโมเนียมากกว่าเมื่อใช้อุณหภูมิสูง และถ้าที่อุณหภูมิคงที่ การเพิ่มความดันจะทำให้ได้แก๊สแอมโมเนียเพิ่มขึ้น จึงสรุปได้ว่า ความดันและอุณหภูมิมีผลต่อการผลิตแก๊สแอมโมเนีย

การเตรียมแก๊สแอมโมเนียในอุตสาหกรรมจะใช้แก๊สไนโตรเจนทำปฏิกิริยากับแก๊สไฮโดรเจน ที่อุณหภูมิ 500 องศาเซลเซียส ความดัน 350 บรรยากาศ โดยมีเหล็กเป็นตัวเร่งปฏิกิริยา ณ ภาวะดังกล่าวมีความเหมาะสมในการผลิตแก๊สแอมโมเนีย เนื่องจากถ้าใช้อุณหภูมิที่ต่ำเกินไปจะทำให้เกิดแก๊สแอมโมเนียช้า แต่ถ้าใช้ความดันที่สูงเกินไป จะต้องใช้อุปกรณ์ที่ทนแรงดันได้มาก ๆ ซึ่งมีราคาแพงมาก โดยกระบวนการนี้ ถูกคิดค้นโดยฟริตซ์ ฮาเบอร์ (Fritz Haber) นักเคมีชาวเยอรมัน จึงเรียกกระบวนการนี้ว่า กระบวนการฮาเบอร์

2. การผลิตแก๊สซัลเฟอร์ไตรออกไซด์ (SO3) ซึ่งเป็นสารตั้งต้นในการเตรียมกรดซัลฟิวริก (H2SO4) โดยสารตั้งต้นที่ใช้ผลิตแก๊สซัลเฟอร์ไตรออกไซด์ คือ แก๊สซัลเฟอร์ไดออกไซด์ (SO2) และแก๊สออกซิเจน (O2) ซึ่งปฏิกิริยาเกิดขึ้น ดังนี้

        2SO2 (g)  +  O2 (g)      ⇌    2SO3 (g)  +  197 kJ

จะเห็นว่า ปฏิกิริยานี้เป็นปฏิกิริยาคายความร้อน และผลิตภัณฑ์มีจำนวนโมลรวมของแก๊สน้อยกว่าสารตั้งต้นตามหลักของเลอชาเตอลิเอ ถ้าต้องการให้ได้ผลิตภัณฑ์ปริมาณมาก จะต้องทำให้ปฏิกิริยาเกิดในทิศทางไปข้างหน้า นั่นคือ ต้องเพิ่มความดันและลดอุณหภูมิให้กับระบบ ซึ่งภาวะที่เหมาะสมในอุตสาหกรรมผลิตแก๊ส SO3 คือ ใช้อุณหภูมิ 450 องศาเซลเซียส ความดัน 330 บรรยากาศ และใช้วาเนเดียมเพนตะออกไซด์ (V2O5) เป็นตัวเร่งปฏิกิริยา

3. การสังเคราะห์เพชรจากแกรไฟต์ อุตสาหกรรมอีกประเภทหนึ่งที่ใช้หลักของเลอชาเตอลิเอเพื่อเพิ่มผลผลิต คือ การสังเคราะห์เพชรจากแกรไฟต์ ซึ่งปฏิกิริยาเกิดขึ้น ดังนี้

        C (แกรไฟต์)   +  1.9 kJ    ⇌    C (เพชร)

เนื่องจากปฏิกิริยานี้เป็นปฏิกิริยาดูดความร้อน การเพิ่มอุณหภูมิให้กับระบบจะทำให้เกิดปฏิกิริยาไปข้างหน้า และมีผลิตภัณฑ์เกิดมากขึ้น นอกจากนี้ ยังพบว่าเพชรมีความหนาแน่นมากกว่าแกรไฟต์ ปริมาตรต่อโมลของเพชรจึงมีค่าน้อยกว่าของแกรไฟต์ การอัดแกรไฟต์ภายใต้ความดันที่สูงมาก ๆ จะทำให้ปริมาตรต่อโมลลดลง บางส่วนของแกรไฟต์จะเกิดการเปลี่ยนไปเป็นเพชรได้

จากการศึกษา พบว่า ภาวะที่เหมาะสมในการสังเคราะห์เพชร คือ ที่อุณหภูมิประมาณ 2,000 องศาเซลเซียส ความดันระหว่าง 50,000 – 100,000 บรรยากาศ และใช้โครเมียม เหล็ก หรือแพลทินัมเป็นตัวเร่งปฏิกิริยา โดยเพชรที่สังเคราะห์ได้จะมีความแข็งใกล้เคียงกับเพชรธรรมชาติ แต่อาจมีสมบัติอื่นแตกต่างกันออกไป เช่น การสะท้อนแสง เป็นต้น

เพชรสังเคราะห์ หรือเพชรเทียมที่ได้รับความนิยมมากที่สุด คือ เพชรรัสเซีย หรือคิวบิกเซอร์โคเนีย ซึ่งเป็นเพชรที่มีความใสและเป็นประกายใกล้เคียงกับเพชรแท้มาก มีส่วนประกอบหลัก คือ เซอร์โพเนียมไดออกไซด์ (ZrO2) และปนด้วยอิตเทรียมออกไซด์ (Y2O3) หรือแคลเซียมออกไซด์ (CaO)

ปิตุพร  พิมพาเพชร