e book pdf

Factors Affecting the Rate of a Reaction

คำนำ หนังสืออิเล็กทรอนิกส์เรื่องปัจจัยท่ีมีผลต่ออัตราการเกิดปฏิกิริยา(Factors Affecting the Rate of a Reaction) น้ี ใช้ประกอบการจัดการเรียนรู้ รายวิชา เคมี 3 ผู้จัดทาได้เรียบเรียงเอกสารน้ีให้มีเน้ือหาตรงตามผลการเรียนรู้ที่กาหนดไว้ โดยค้นคว้าจากเอกสารและตาราท่ีหลากหลาย รวมทั้งได้ประยุกต์ประสบการณ์ สอน ในการเรียบเรียง ซึ่งมีเนื้อหาเกี่ยวกับอัตราการเกิดปฏิกิริยา และปัจจัยด้าน ธรรมชาตขิ องสาร ความเข้มขน้ พ้นื ท่ผี ิว อณุ หภูมิ ตวั เร่งและตัวหนว่ งปฏิกริ ยิ า ผู้เรียบเรียงขอขอบพระคุณท่านเจ้าของหนังสือ เอกสารวิชาการ วิดีดิโอ และภาพประกอบทุก ๆ ท่าน ที่ได้นามาใช้อ้างอิงในหนังสือน้ีเป็นอย่างสูง และ ขอกราบขอบพระคุณนางสาวโชติกา โชติดิษณันน์ ครูชานาญการ ที่ได้กรุณา ให้ขอ้ แนะนาและแก้ไข จนทาให้หนังสอื เลม่ นส้ี าเรจ็ บรรลตุ ามวตั ถปุ ระสงค์ ผู้จัดทาหวังว่าหนังสือเล่มน้ีจะเป็นประโยชน์สาหรับนักเรียนและบุคคล ผู้สนใจท่ัวไป ซึ่งหากหนังสือเล่มน้ีมีข้อบกพร่องประการใด ผู้เขียนยินดีน้อมรับ คาวจิ ารณ์หรือข้อเสนอแนะ อันจะเป็นประโยชน์ในการปรับปรุงให้มีความสมบูรณ์ ยงิ่ ข้ึนในโอกาสตอ่ ไป อนุพนั ธ์ ทยุ ประโคน

สารบญั หน้า เนือ้ หา 1 อัตราการเกิดปฏกิ ิรยิ าเคมี 2 ปจั จัยท่ีมผี ลต่ออัตราการเกิดปฏกิ ิรยิ าเคมี 3 4 ธรรมาชาติของปฏิกิรยิ า 5 ความเข้มข้น 6 พ้ืนทผี่ ิว 7 อุณหภมู ิ 10 ตัวเร่งและตวั หนว่ งปฏกิ ริ ิยา อา้ งองิ

ความเ ้ขม ้ขน1 ‖ ปจั จัยท่ีมีผลตอ่ อัตราการเกิดปฏกิ ริ ิยาเคมี อัตราการเกดิ ปฏกิ ริ ยิ าเคมี (Rate of Reaction) อตั ราของการเกิดปฏกิ ริ ยิ าเคมี หมายถึง การเปลี่ยนแปลงความเข้มข้นของสารของสาร ต้งั ต้น หรอื สารผลติ ภัณฑ์ต่อหนว่ ยเวลา พิจารณาปฏิกิริยาต่อไปนี้ สารตั้งต้น A ทาปฏิกิริยากับสารตั้งต้น B เกิดเป็นผลิตภัณฑ์ C และ D ซง่ึ สามารถเขยี นแสดงปฏิกริ ยิ าเคมไี ด้ดงั น้ี A + B C+D ท่ีเวลาเริ่มต้น สาร A และสาร B มีความเข้มข้นสูง ในขณะท่ีสาร C และ D มีความเข้มข้น เป็นศูนย์ เมอ่ื ปฏกิ ิรยิ าดาเนินไป ความเขม้ ข้นของสาร A และB จะลดลง ขณะท่ีความเข้มข้น ของ C และ D เพ่มิ ขึน้ ดงั รูปที่ 1 A+B C+D เวลา รปู ท่ี 1 กราฟแสดงความสมั พันธ์ระหวา่ งความเข้มขน้ กบั เวลาในการดาเนนิ ไปของปฏิกริ ยิ า

ปจั จัยทม่ี ีผลต่ออัตราการเกดิ ปฏกิ ริ ิยาเคมี ‖ 2 จากรูปที่ 1 แสดงวา่ สาร A และสาร B เขา้ ทาปฏิกิริยากันทาให้ความเข้นข้นหรืออนุภาค ของสารลดลง เกิดเป็นสารผลิตภัณฑ์ D และ C ท่ีเพ่ิมข้ึน ในช่วงระยะเวลาแรกจะเห็นได้ว่า เกิดการเปลย่ี นแปลงความเข้มข้นค่อนข้างมากและค่อยๆมีการเปล่ียนแปลงช้าลงจนในท่ีสุด ไมม่ ีการเปลีย่ นแปลงแสดงว่าปฏิกริ ิยาได้หยุดลง ณ จุดท่ีปฏิกิริยาส้ินสุด ความเข้มข้นสารต้ังต้นไม่จาเป็นต้องมี่ค่าเท่ากับศูนย์เสมอไป ขึน้ อยู่กบั ปฏิกริ ิยาน้นั ๆ ดังน้ัน อัตราการเกิดปฏิกิริยามักจะระบุเป็นการลดลงของความเข้มข้นของสารตั้งต้น หรือ เป็นการเพ่ิมขึ้นของความเข้มข้นของสารผลิตภัณฑ์ เทียบกับเวลาในการดาเนินไปของ ปฏกิ ริ ยิ า อัตราการเรว็ ของปฏกิ ริ ิยา = ความเขม้ ขน้ ของสาร A หรือความเขม้ ขน้ ของสาร B ท่ีลดลง ระยะเวลาที่เกิดปฏิกิริยาเคมี อัตราการเร็วของปฏกิ ิริยา = ความเขม้ ขน้ ของสาร C หรือความเขม้ ขน้ ของสาร D ท่ีเพิ่มข้ึน ระยะเวลาที่เกิดปฏิกิริยาเคมี ตัวอย่ำง ปฏิกิริยา AB อัตราการเกิดปฏิกิริยา หรอื อัตราการเปลีย่ นแปลงปรมิ าณสารวัดได้จาก

3 ‖ ปัจจัยท่มี ีผลตอ่ อัตราการเกิดปฏิกิริยาเคมี ปจั จยั ที่มผี ลอัตราการเกิดปฏิกริ ิยาเคมี (Factors Affecting the Rate of a Reaction) ปฏิกิริยาเคมีมีท้ังปฏิกิริยาท่ีเกิดข้ึนได้อย่างรวดเร็วและบางปฏิกิริยาเกิดข้ึนได้อย่าง ช้า ๆ และอาจมีการเกิดเร็วขึ้นหรือช้าลงจากการเปลี่ยนภาวะ และจากการหาอัตรา การเกิดปฏิกิริยาเคมีของสารพบว่าอัตราการเกิดปฏิกิริยามีค่าไม่คงท่ี และเกิดอย่างรวดเร็ว ช่วงแรกหรือเมื่อเริ่มปฏิกิริยา และจะเกิดช้าลงเมื่อเวลาผ่านไป แสดงว่าย่อมมีปัจจัยต่าง ๆ ที่สง่ ผลตอ่ อัตราการเกิดปฏกิ ิรยิ า ธรรมชาตขิ องปฏกิ ริ ยิ า (Nature of Reaction) ปฏิกริ ิยาเคมีมีท่เี กิดข้นึ ชา้ หรอื เรว็ เกดิ จากธรรมชาติของสารตัง้ ต้นหรือชนิดของสารที่ เขา้ ทาปฏกิ ริ ยิ า สารต้งั ตน้ แตล่ ะชนดิ มีสมบัติท่ีแตกต่างกัน เช่น สารที่มีสมบัติความว่องไว้ใน การเกิดปฏิกิริยาสูง จะสามารถทาให้เกิดปฏิกิริยาได้ง่ายและเร็วขึ้น เช่นโลหะหมู่ 1A นอกจากน้ีก็มีสารที่มีสมบัติความเฉ่ือยในการเกิดปฏิกิริยา จะเกิดปฏิกิริยาได้ยาก เช่นแก๊ส หมู่ 8A ตวั อยา่ งปฏกิ ริ ยิ าท่ีเกิดขน้ึ อย่างรวดเรว็ โลหะแมกนเี ซียมจะสามารถทาปฏกิ ิรยิ าได้ดกี ับสารละลายกรดเกดิ เป็นแก๊สไฮโดรเจน Mg(s) + 2HCl(aq) MgCl2(aq) + H2(g) โลหะโซเดยี มทาปฏิกิรยิ ากบั นา้ เกิดเปน็ แก๊สไฮโดรเจน 2Na(s) + 2H2O(l) 2NaOH(aq) + H2(g) ตัวอยา่ งปฏิกริ ิยาทเ่ี กิดขนึ้ อยา่ งชา้ ๆ โลหะแมกนีเซยี มจะทาปฏิกิรยิ ากับออกซิเจนได้ชา้ มาก Mg(s) + O2(g) MgO2(s) การเกิดสนิมเหลก็ 2Fe2O3•3H2O(s) 4Fe(s) + O2(g) + 3H2O(l)

ปจั จยั ทีม่ ผี ลต่ออัตราการเกดิ ปฏิกริ ยิ าเคมี ‖ 4 ความเขม้ ข้นของสาร (Concentration of Reactant) ความเข้มขน้ ของสารมคี วามสมั พันธ์กบั จานวนอนภุ าคของสาร ดังน้นั แล้วการเพิ่ม หรือลดความเข้มข้นย่อมแสดงว่ามีการเปลี่ยนแปลงจานวนอนุภาคของสาร โดยถ้าเพ่ิม ความเข้มข้นแสดงว่าจานวนอนุภาคเพิ่มข้ึน และถ้าลดความเข้มข้น จานวนอนุภาค จะลดลง การเกิดปฏิกิริยาได้นั้นต้องเกิดการชนกันของอนุภาคในทิศทางท่ีเหมาะสมและมี พลังงานท่ีมากพอจึงทามีการเกิดปฏิกิริยาเคมีได้ การเพ่ิมขึ้นของจานวนอนุภาค ทาให้ โอกาสท่อี นภุ าคของจะเกดิ การชนกันของอนุภาค และทิศทางการชนที่หลากหลายมากข้ึน ดังรูปท่ี 1 และ 2 และจานวนอนุภาคที่มีพลังงานสูงก็เพ่ิมมากข้ึนเช่นกัน จึงทามีการ เกิดปฏกิ ริ ิยาเคมเี พิม่ มากขึ้น ดังน้ัน กำรเพ่ิมอนุภำคหรือควำมเข้มข้นจะทำให้อัตรำกำร เกดิ ปฏิกิรยิ ำเคมสี ูงขนึ้ รูปที่ 1 ผลของการเพ่ิมความเขม้ ขน้ ของสาร จะเห็นได้ว่าในภาชนะท้ังสองท่ีมีโมเลกุลของ สารต้ังต้น ในภาชนะท่ีสองได้เพ่ิมความเข้มข้นของโมเลกุลของสารตั้งต้นข้ึนจะเห็น ได้ชัด วา่ จะมโี อกาสในการชนและทิศทางทีม่ ากข้นึ ระหวา่ งโมเลกลุ ของสารตง้ั ต้น รูปที่ 2 ผลของความเข้มข้นต่อจานวนการชนกนั ของโมเลกุล ก. โมเลกุล A กบั B ชนกนั ได้ 4 แบบ ข. เม่อื เพ่มิ ความเข้มข้นของ A หรอื B เป็น 2 เทา่ โมเลกลุ จะชนกนั ได้ 8 แบบ ค. เม่อื เพิม่ ความเข้มข้นของท้งั A และ B เปน็ 2 เท่าโมเลกุลจะชนกนั ได้ 16 แบบ

5 ‖ ปัจจยั ทม่ี ีผลตอ่ อตั ราการเกิดปฏกิ ริ ยิ าเคมี พนื้ ทีผิว (Surface of Reactant) พ้นื ท่ผี วิ ของสารต้ังต้นจะมีผลต่อปฏิกิริยาเคมีท่ีสารต้ังต้นมีสถานะเป็นของแข็งกับสาร อีกชนิดหนึ่งที่มีสถานะเป็นของเหลว เนื่องจากการเพ่ิมพ้ืนท่ีผิวท่ีเพ่ิมขึ้นจะทาให้ของแข็งมี พื้นที่สัมผัสกับของเหลวมากขึ้น สารตั้งต้นท่ีมีพื้นท่ีผิวมาก มีผลให้อนุภาคของสารมีพ้ืนท่ีใน การเข้าชนกันได้มาก ดังรูปที่ 3 และ 4 สารตั้งต้นจึงมีโอกาสที่จะชนกันในทิศทางท่ีถูกต้อง มากข้นึ และเกดิ เป็นสารผลติ ภัณฑไ์ ด้รวดเรว็ ขึน้ ดงั นนั้ พน้ื ที่ผิวของสำรตั้งต้นที่มำกขึ้นทำให้ อตั รำกำรเกิดปฏิกริ ิยำเคมสี งู ขนึ้ รูปท่ี 3 ผลของพนื้ ทผี่ วิ ต่อโอกาสในการชนกนั ของอนภุ าค รูปท่ี 4 ปฏิกริ ยิ าระหวา่ งโลหะแมกนเี ซียมกับกรด กรณพี นื้ ทผ่ี ิวน้อยและพืน้ ทีผ่ ิวมาก จะเหน็ ได้อยา่ งชัดเจนวา่ การมพี น้ื ผวิ ทม่ี ากขน้ึ ส่งผลสง่ ผลใหม้ พี ้นื ทใี่ นการชนกนั มากขึน้ การเพิม่ พื้นทผี่ วิ ของของแข็งให้สมั ผสั กับของเหลวมากขึ้นจะช่วยให้ปฏิกิริยาเกิดได้ เร็วข้ึนหลักการนี้นามาใช้ในชีวิตประจาวัน เช่น ในการรับประทานอาหารนักโภชนาการ แนะนาให้เค้ียวอาหารให้ละเอียดก่อนกลืนลงท้อง เพราะการเค้ียวอาหารให้ละเอียดเป็น การเพิ่มพื้นท่ีผิวของอาหารให้มากข้ึนทาให้กรดและเอนไซม์ในน้าย่อยในกระเพาะอาหาร ทาปฏกิ ริ ยิ ากบั อาหารไดเ้ รว็ ข้ึน อาหารจงึ ยอ่ ยง่ายปอ้ งกนั การเกิดอาการจุกเสียด หรือ การ เคย้ี วยาให้ละเอียดก่อนกลนื ก็เปน็ การเพิม่ พืน้ ท่ผี วิ เพ่ือให้ยาละลายและออกฤทธ์ิได้ดยี งิ่ ข้นึ

ปจั จัยท่ีมผี ลตอ่ อัตราการเกดิ ปฏกิ ิรยิ าเคมี ‖ 6 อุณหภูมิ (Temperature) ดังที่ทราบแล้วอยู่แล้วว่าโมเลกุลของสารตั้งต้นต้องการพลังงานบางส่วนเพ่ือให้ ปฏิกิริยาเกิดข้ึน พลังงานข้ันต่าที่จาเป็นสาหรับโมเลกุลในการทาปฏิกิริยากันเรียกว่าพลังงาน ก่อกัมมันต์ (Ea) พลังงานจลน์ของแก๊สเป็นสัดส่วนโดยตรงกับอุณหภูมิ กล่าวคือถ้าอุณหภูมิสูงขึ้น พลังงานจลน์ของโมเลกุลจะเพิ่มข้ึน ดังน้ันการเพ่ิมอุณหภูมิจึงเป็นการเพิ่มพลังงานให้แก่ โมเลกุล ซึ่งหมายความว่าโมเลกุลมีแนวโน้มท่ีจะชนกันโดยมีพลังงานกระก่อกัมมันต์ท่ีเพียงพอ สาหรับปฏิกิริยาที่จะดาเนินต่อไป เป็นผลให้ถ้าเราเพิ่มอุณหภูมิของระบบจะสามารถเพ่ิม จานวนโมเลกุลที่มีพลังงานอย่างน้อยเท่ากับพลังงานก่อกัมมันต์มากขึ้น ความน่าจะเป็น ที่โมเลกลุ จะเคลอ่ื นที่และชนกนั ดว้ ยพลังงานทเ่ี พยี งพอตอ่ การเกดิ ปฏิกริ ยิ าจงึ มากขนึ้ ลองพจิ ารณารปู ที่ 5 เพือ่ ให้เข้าใจถึงความสัมพนั ธร์ ะหว่างอุณหภูมิและพลังงานกระตุ้น ของโมเลกุลของสารต้ังตน้ : รูปท่ี 5 แสดงความสัมพันธ์ระหว่างจานวนการชนกันระหว่างโมเลกุลของสารตั้งต้นกับ พลังงานจลนข์ องการชนกันท่ีอณุ หภูมติ า่ งกัน จากกราฟพบว่าการชนกันของโมเลกุลจานวนมากจะมีค่าพลังงานน้อยกว่า พลังงานก่อกัมมันต์ จะมีโมเลกุลของสารบางส่วนเท่านั้นท่ีมีพลังงานมากกว่าพลังงานก่อ มนั ต์ ซ่ึงจะทาให้โมเลกลุ ของสารเกดิ ปฏิกริ ิยาได้ แต่เม่อื มกี ารเพม่ิ อุณหภูมขิ ้ึนพบว่าจานวน โมเลกุลทชี่ นกันแลว้ มพี ลังงานมากกว่าพลังงานก่อกมั มันต์มจี านวนเพมิ่ ข้ึน ดังนั้น กำรเพิ่ม อุณหภมู ิของสำรจะทำใหอ้ ตั รำกำรเกดิ ปฏิกริ ยิ ำเคมสี ูงข้ึน

7 ‖ ปัจจัยท่ีมผี ลต่ออตั ราการเกดิ ปฏิกิริยาเคมี ตวั เรง่ และตวั หน่วงปฏิกริ ิยา (Catalyst and Inhibitor ) ปัจจัยสาคัญอีกประการหนึ่งท่ีเปลี่ยนแปลงอัตราการเกิดปฏิกิริยาเคมีอย่างมี นัยสาคัญคือ ตัวเร่งปฏิกิริยา ตัวเร่งปฏิกิริยาคือสารประกอบที่ใช้เพื่อเพ่ิมความเร็ว ของปฏิกิรยิ า แต่จะยงั คงไมเ่ ปลี่ยนแปลงปริมาณสารหลังจากทป่ี ฏิกิรยิ าส้นิ สดุ โดยทั่วไปตัวเร่งปฏกิ ิริยาทาใหป้ ฏกิ ิรยิ านัน้ ๆ มพี ลงั งานก่อกัมมันมันตต์ ่าลง ดังนั้น จึงง่ายกว่าที่โมเลกุลของสารต้ังต้นจะชนกันแล้วมีพลังงานมากกว่าพลังงานก่อกั มมันต์ อาจกล่าวได้ว่าจานวนโมเลกุลท่ีชนกันมีพลังงานเท่าเดิม แต่มีโอกาสในการเกิดปฏิกิริยา ข้ึนได้น้ันเอง นาไปสู่อัตราการเกิดปฏิกิริยาที่เพิ่มข้ึน ซึ่งต่างจากปฏิกิริยาที่ไม่มีตัวเร่ง ปฏกิ ิริยา ต้องเป็นโมเลกลุ ท่ีชนกันแลว้ มีพลังงานสงู กว่าจึงจะเกดิ ปฏิกิริยาได้ ดังรปู ท่ี 6 รปู ที่ 6 ผลของตวั เรง่ ปฏิกริ ยิ าต่อการดาเนนิ ไปของปฏิกริ ยิ า เส้นสีแดงคือปฏิกิริยาที่ไม่ได้เติมตัวเร่งปฏิกิริยาในขณะท่ีเส้นสีน้าเงินเป็นเส้น สาหรับปฏกิ ิรยิ าทเี่ ตมิ ตวั เร่งปฏกิ ิรยิ า เหน็ ได้ชัดวา่ พลงั งานก่อกัมมันต์ต่ากว่าเมื่อมีการเติม ตัวเริง่ ปฏกิ ิรยิ า แม้ว่าตัวเร่งปฏิกิริยาจะลดพลังงานก่อกัมมันต์ท่ีจาเป็นสาหรับโมเลกุลของสารตั้ง ตน้ ในการทาใหเ้ กิดปฏกิ ิริยา แต่พลังงานของสารตัง้ ตน้ (A และ B) และผลิตภัณฑ์ (C และ D) ของปฏิกิริยาไม่เปลี่ยนแปลง สังเกตได้ว่าการมีตัวเร่งปฏิกิริยาไม่ได้เปลี่ยนพลังงาน โมเลกุล ดังน้ันเราสามารถกล่าวได้ว่าตัวเร่งปฏิกิริยาช่วยลดพลังงานกระตุ้นของปฏิกิริยา โดยไม่เปล่ียนปริมาณของสารผลิตภัณฑ์ ส่ิงเดียวท่ีเปลี่ยนแปลงคือโมเลกุลของสาร เกิดปฏกิ ิรยิ าไดง้ า่ ยข้นึ รวดเร็วขน้ึ เทา่ น้นั

ปจั จัยท่ีมีผลต่ออัตราการเกดิ ปฏกิ ิริยาเคมี ‖ 8 ตัวเร่งปฏิกิริยามีบทบาทสาคัญในสิ่งมีชีวิตของเราในการควบคุมกระบวนการต่าง ๆ ตัวเร่งปฏิกิริยาที่มีอยู่ในสิ่งมีชีวิตเรียกว่า เอนไซม์ และตัวเร่งปฏิกิริยาบางตัวมีความสาคัญ มากจนหากไม่มีปฏิกิรยิ าเหลา่ น้จี ะไม่เกิดขึ้น นอกจากน้ีก็มีสารบางชนิดที่เติมลงไปในปฏิกิริยาแล้วมีผลทาให้อัตราการ เกิดปฏิกิริยาช้าลง ซึ่งส่งผลตรงกันข้ามกับตัวเร่งปฏิกิริยา คือเพิ่มพลังงานก่อกัมมันต์ ของปฏกิ ิรยิ า แสดงดังรปู ที่ 7 รูปที่ 6 ผลของตวั หน่วงปฏกิ ริ ยิ าต่อการดาเนนิ ไปของปฏิกริ ยิ า

9 ‖ ปัจจัยท่มี ีผลตอ่ อตั ราการเกดิ ปฏิกิริยาเคมี 1. วดิ ีโอ เรอื่ ง ปัจจยั ทมี่ ีผลตอ่ อัตราการเกดิ ปฏิกิริยาเคมี 2. วดิ โี อ เรอื่ ง ตัวเรง่ ปฏกิ ิริยาตอ่ อัตราการเกดิ ปฏิกริ ยิ าเคมี

อ้ำงองิ ดวงฤดี ศภุ ติมัสโร. เคมพี ้นื ฐาน. พิมพค์ รัง้ ที่ 14. กรงุ เทพฯ : ทริปเพิ้ล เอ็ดเคช่ัน, 2555. https://alevelchemistry.co.uk/notes/rate-of-a-reaction/ http://biology.reachingfordreams.com/chemistry-cheat-sheet/30-energy- changes-and-rates-of-reaction/37-reaction-rates.html https://school.eckovation.com/class-x-important-questions-of-chemical -equations-for-board-exams/ https://www.youtube.com/watch?v=ExHV_cFWYSM&t=31s https://www.youtube.com/watch?v=m_9bpZep1QM&t=1s