หน่วยที่ 6 ปฏิกิริยาเคมี

158 หนว่ ยที่ 6 ปฏิกริ ิยาเคมี แนวคดิ ปฏิกริ ยิ าเคมเี กดิ ขึ้นรอบ ๆ ตวั และเกดิ ข้ึนตลอดเวลา อาจเกิดเรว็ หรอื ช้าต่างกันขึ้นอยกู่ บั ปัจจยั ต่าง ๆ ที่มีผลต่อการเกิดปฏิกิริยาเคมี บางปฏิกิริยาสามารถสังเกตเห็นการเปลี่ยนแปลงได้ง่าย เช่น การเผาไหม้ การระเบดิ แต่บางปฏกิ ิริยาต้องใช้เวลาในการสังเกตเหน็ เช่น การเกดิ สนิมของสิ่งก่อสรา้ ง สาระการเรยี นรู้ 6.1 ความหมายของปฏิกริ ยิ าเคมี 6.2 การเกดิ ปฏกิ ริ ิยาเคมี 6.3 อตั ราการเกิดปฏิกิรยิ าเคมี 6.4 ปจั จัยทมี่ ผี ลต่ออัตราการเกิดปฏิกริ ยิ าเคมี 6.5 ชนิดของปฏกิ ิรยิ าเคมี 6.6 ปฏกิ ิรยิ าเคมีในชีวิตประจำวัน จุดประสงคเ์ ชิงพฤติกรรม 1. นักศึกษาบอกความหมายของปฏิกริ ิยาเคมีได้อยา่ งถกู ต้อง 2. นกั ศกึ ษาอธบิ ายการเกดิ ปฏกิ ิรยิ าเคมีไดอ้ ยา่ งถูกต้อง 3. นกั ศึกษาคำนวณอัตราการเกดิ ปฏกิ ริ ิยาเคมีไดอ้ ยา่ งถกู ตอ้ ง 4. นกั ศกึ ษาบอกปัจจยั ท่มี ีผลตอ่ อัตราการเกิดปฏกิ ิริยาเคมีไดอ้ ย่างถูกต้อง 5. นกั ศกึ ษาระบุชนดิ ของปฏกิ ิริยาเคมีได้อยา่ งถูกตอ้ ง 6. นกั ศกึ ษาบอกปฏิกริ ยิ าเคมีในชีวิตประจำวันได้

159 ผังมโนทัศน์

160 6.1 ความหมายของปฏกิ ิริยาเคมี ปฏิกิริยาเคมี ( Chemical reaction ) คือ กระบวนที่เกิดจากการที่สารเคมีมีการเปลี่ยนแปลง แล้วทำให้เกิดสารใหม่ โดยสารที่เกิดขึ้นใหม่ มีสมบัติแตกต่างไปจากเดิม บางครั้งสามารถสังเกต การเปล่ียนแปลงไดอ้ ยา่ งชัดเจน เชน่ เกดิ การเปลี่ยนแปลงสี เกดิ ตะกอน เกิดความรอ้ น เปน็ ต้น แตบ่ างกรณี ไมส่ ามารถสงั เกตการเปล่ยี นแปลงไดง้ ่าย จำเปน็ ต้องใช้เครื่องตรวจสอบและการวิเคราะห์ทางวิทยาศาสตร์ เข้ามาเก่ียวขอ้ ง ลักษณะปฏิกิรยิ าเคมี ดงั ภาพท่ี 6.1 ภาพท่ี 6.1 ลักษณะปฏกิ ิริยาเคมี ทมี่ า : http://www.myfirstbrain.com ( สบื ค้นเมอื่ 5 ม.ี ค. 2559 ) 6.2 การเกิดปฏิกิริยาเคมี เมื่อสารทำปฏิกิริยากันแล้วเกิดสารใหม่ขึ้น สารที่เข้าทำปฏิกิริยา เรียกว่า สารตั้งต้นหรือ ตัวทำปฏิกิริยา ( Reaction ) ส่วนสารใหม่ที่เกิดขึ้น เรียกว่า ผลิตภัณฑ์ ( Product ) มีสมบัติทางเคมี ต่างจากสารตั้งต้น ปรากฏการณ์ที่แสดงให้ทราบว่าเกิดปฏิกิริยาขึ้น พิจารณาได้จากการเกิดตะกอน การเกิดแก๊ส การเปลี่ยนแปลงอุณหภูมิ การเกิดกลิ่น การเปลี่ยนแปลงสี เ ป็นต้น นอกจากนี้ สามารถพิจารณาจากการเคลื่อนที่ของประจุอิเล็กตรอนที่ก่อให้เกิดการสร้างและสลายพันธะเคมี รวมถงึ การเปลย่ี นแปลงด้วยอนุภาคธาตุ ซึ่งต้องใชก้ ารวิเคราะหจ์ ากเครอื่ งมอื ทางวิทยาศาสตร์ ปฏิกิริยาเคมีต่าง ๆ เขียนแทนด้วยสมการเคมี โดยการเขียนสารตั้งต้นไว้ทางซ้ายและเขียน ผลติ ภัณฑไ์ ว้ทางขวาของสมการ โดยมลี กู ศรอยตู่ รงกลางและหัวลูกศรช้ไี ปทางผลิตภัณฑ์ A + B AB สารตงั้ ต้น ผลติ ภณั ฑ์ เช่น ปฏิกิริยาระหว่างสารละลายกรดไฮโดรคลอริก กับสารละลายโซเดียมไฮดรอกไซด์ เขยี นสมการเคมีได้ดังน้ี HCl(aq) + NaOH(aq) NaCl(aq) + H2O(l) ปฏกิ ริ ิยาระหวา่ งแมกนีเซียมกับสารละลายกรดไฮโดรคลอรกิ เขยี นสมการเคมีได้ดังนี้

161 Mg(s) + 2HCl(aq) MgCl2(aq) + H2 (g) อักษรย่อที่อยูใ่ นวงเล็บบอกสถานะหรอื สภาวะของแต่ละสารในสมการเคมี ความหมายของอักษร ย่อตา่ ง ๆ เปน็ ดงั นี้ aq ( aqueous ) หมายถงึ สารนัน้ ละลายอยู่ในนำ้ s ( solid ) หมายถึง สารนนั้ อยู่ในสถานะของแขง็ l ( liquid ) หมายถึง สารน้นั อยูใ่ นสถานะของเหลว g ( gas ) หมายถงึ สารน้นั อยใู่ นสถานะแก๊ส 6.2.1 แนวคดิ เกยี่ วกับการเกิดปฏกิ ิรยิ าเคมี 1. ทฤษฎกี ารชนโมเลกลุ ( Collision theory ) กล่าวถึง โมเลกุลของสารต้องมกี ารชนซง่ึ กนั และกนั ซึ่งการชนกันแต่ละครั้งไม่จำเป็นต้องเกิดปฏิกิริยา การชนที่จะทำให้เกิดปฏิกิริยาได้นั้นต้องชนในทิศทาง ทเ่ี หมาะสม แบบจำลองการเกิดปฏิกิริยาตามทฤษฏกี ารชนโมเลกุล ดงั ภาพท่ี 6.2 ภาพท่ี 6.2 แบบจำลองการเกิดปฏกิ ริ ิยาตามทฤษฏกี ารชนโมเลกุล ทม่ี า : http://www.nakhamwit.ac.th ( สบื ค้นเมอ่ื 5 ม.ี ค. 2559 ) 2. ทฤษฎีจลนข์ องโมเลกุล ( Kinetic theory ) กล่าวถึง โมเลกุลต้องมีการเคลื่อนที่ โดยโมเลกลุ ที่เคลื่อนที่เร็วจะมีพลังงานจลน์สูง ซึ่งในการเกิดปฏิกิริยาเคมีได้นั้นโมเลกุลต้องมีพลังงานจลน์ในการชน มากพอ โดยมากกวา่ หรอื เทา่ กับพลงั งานก่อกัมมนั ต์ ( Activated energy : Ea ) ตวั อย่างการเกดิ ปฏิกริ ยิ าเคมี เมือ่ นำแผ่นสงั กะสจี มุ่ ไปในสารละลายคอปเปอร์ซัลเฟต ดงั ภาพที่ 6.3 ภาพท่ี 6.3 ปฏิกริ ยิ าเคมที ่ีเกิดจากแผ่นสงั กะสจี ุ่มไปในสารละลายคอปเปอร์ (II) ซัลเฟต ท่ีมา : http://www.siamchemi.com ( สบื คน้ เม่อื 5 มี.ค. 2559 )

162 จากภาพที่ 6.3 ไอออนของทองแดง Cu2+(aq) ในสารละลายจะต้องมีปริมาณมากพอที่จะชน กับแผ่นสังกะสี Zn ในปริมาณที่เหมาะสม ด้วยแรงมากพอที่จะทำให้อนุภาคมีพลังงานจลน์สูงพอ ที่จะเกดิ ปฏกิ ิรยิ าเคมไี ด้ เขียนเปน็ สมการเคมีได้วา่ Zn(s) + Cu2+(aq) Zn2+(aq) + Cu(s) การเกิดปฏกิ ิริยาเคมีจะเกิดข้ึนได้นัน้ ต้องประกอบด้วย จำนวนโมเลกลุ มากพอ การชนกันระหวา่ ง โมเลกุลมีทิศทางที่เหมาะสม และโมเลกุลที่ชนกันมีพลังงานสูงพอ โดยอย่างน้อยต้องเท่ากับ พลังงานก่อกัมมนั ต์ ค่าพลังงานก่อกัมมันต์ เป็นค่าคงตัวเฉพาะปฏิกิริยา ณ สภาวะหนึ่ง แสดงถึงความยากหรือง่าย ในการเกิดปฏิกิริยา เช่น อัตราการเกิดปฏิกิริยาของแก๊สไฮโดรเจน (H2) กับแก๊สฟลูออรีน (F2) และแก๊สไฮโดรเจน (H2) กบั แกส๊ ไนโตรเจน (N2) H2(s) + F2(g) 2HF(g) อตั ราการเกิดปฏิกริ ยิ าเคมีเรว็ เน่ืองจากค่า Ea ต่ำ 3H2(g) + N2(g) 2NH3(g) อตั ราการเกิดปฏิกิรยิ าเคมีชา้ เนอื่ งจากค่า Ea สงู ปฏิกิริยาเคมีที่เกิดขึ้นบางชนิดเกดิ อย่างรวดเร็ว เนื่องจากพลังงานก่อกัมมันต์ต่ำ เช่น การระเบิด ของวัตถุไวไฟ การเผาไหม้ การกัดกร่อนของผิวคอนกรีตจากน้ำยาล้างห้องน้ำ เป็นต้น และปฏิกิริยาเคมี บางชนดิ เกิดขนึ้ ได้ช้า เน่ืองจากมีพลังงานก่อกมั มันต์สงู เชน่ การเกดิ สนิมของโลหะ การย่อยสลายของโฟม ดังน้ัน การเกิดปฏกิ ริ ยิ าเคมีเกดิ ขึน้ ได้ชา้ หรอื เร็วแตกตา่ งกนั ดงั ภาพที่ 6.4 ภาพท่ี 6.4 การเกิดปฏกิ ริ ิยาเคมีขึน้ ชา้ เร็วตา่ งกัน ทีม่ า : https://th.wikipedia.org ( สบื ค้นเมือ่ 5 มี.ค. 2559 ) 6.2.3 พลงั งานกบั การเกิดปฏิกริ ยิ าเคมี การเกิดปฏิกิริยาเคมี มีพลังงานเข้ามาเกี่ยวข้อง เนื่องจากมีการสลายพันธะและการสร้างพันธะ ระหว่างอะตอมของสารที่อยู่ในปฏิกิริยา นอกจากนี้ยังมีการเปลี่ยนแปลงพลังงานของสารที่เกี่ยวข้องเสมอ บางปฏิกิริยาเมอ่ื เกิดขนึ้ แล้วจะใหพ้ ลงั งานออกมา เช่น การจุดดอกไม้ไฟให้ความรอ้ นและแสงสว่าง แก๊สหุงต้ม ท่ตี ดิ ไฟใหพ้ ลงั งานความรอ้ น ดงั ภาพที่ 6.5 เป็นต้น

163 ภาพท่ี 6.5 แก๊สหุงตม้ ทต่ี ิดไฟใหพ้ ลงั งานความร้อน ท่มี า : https://pimpajeeviina.wordpress.com ( สบื ค้นเมื่อ 5 มี.ค. 2559 ) ปฏิกิริยาเคมีบางปฏิกิริยา สามารถเกิดขึ้นได้ที่อุณหภูมิห้อง บางปฏิกิริยาไม่สามารถเกิดเองได้ เช่น ไม้ขีดไฟ ไม่สามารถลุกไหม้ได้เองในอากาศ แต่ต้องให้พลังงานจำนวนหนึ่งเข้าไปตอนเริ่มปฏิกิริยา เพื่อกระตุ้นให้สารตั้งต้นทำปฏิกิริยากับแก๊สออกซิเจนในอากาศ และเมื่อเกิดปฏิกิริยาแล้วจะให้พลังงาน ความรอ้ นออกมา ซึง่ มากกวา่ พลังงานท่ใี สเ่ ข้าไปในตอนเร่มิ ตน้ และทำใหป้ ฏิกริ ิยาดำเนนิ ต่อไปจนสน้ิ สดุ ได้ การเกิดปฏิกิริยาของสารแต่ละปฏิกิริยาต้องมีพลังงานเข้ามาเกี่ยวข้องกับการเกิดปฏิกิริยาเคมี 2 ขั้นตอน ดังนี้ ข้ันท่ี 1 เป็นขนั้ ทด่ี ูดพลังงานเข้าไปเพื่อสลายพนั ธะในสารตงั้ ตน้ ขั้นท่ี 2 เปน็ ขนั้ ท่ีคายพลงั งานออกมาเมื่อมีการสรา้ งพนั ธะในผลติ ภัณฑ์ ดงั น้ันการเกดิ ปฏกิ ริ ยิ าเคมจี ะเกย่ี วข้องกบั การเปลี่ยนแปลงพลงั งาน ดังน้ี 1. ปฏิกิริยาคายความร้อน ( Exothermic reaction ) เป็นปฏิกิริยาที่ดูดพลังงานเข้าไป สลายพันธะ น้อยกว่าที่คายออกมาเพื่อสร้างพันธะ โดยในปฏิกริ ยิ าคายความร้อนน้ีสารตั้งต้นจะมีพลังงาน สงู กวา่ ผลิตภณั ฑ์ จงึ ให้พลงั งานความร้อนออกมาสู่สิ่งแวดล้อม ทำให้อณุ หภูมิสูงข้นึ เมอื่ เอามอื สมั ผัสภาชนะ จะรู้สกึ ร้อน ตวั อยา่ งปฏิกิรยิ าเคมคี ายความรอ้ น ดงั ภาพท่ี 6.6 ภาพท่ี 6.6 ปฏิกิริยาเคมคี ายความร้อน ที่มา : http://www.thaigoodview.com ( สืบค้นเมอื่ 5 มี.ค. 2559 )

164 จากภาพที่ 6.6 เป็นปฏกิ ริ ยิ าเคมีท่ีเกิดจากแก๊สไนโตรเจน กับแกส๊ ไฮโดรเจน เขยี นเป็นสมการเคมี ได้ดงั นี้ N2(g) + 3H2(g) 2NH3(g) สารตั้งต้น N2 + H2 มีพลังงาน E1 ผลิตภัณฑ์ที่เกิดขึ้น NH3 มีพลังงาน E3 พลังงานของสารตั้งตน้ สูงกว่าพลงั งานของผลติ ภัณฑ์ จงึ เปน็ ปฏกิ ิรยิ าคายความร้อน และพลงั งานทค่ี ายออกมามคี า่ เท่ากบั E หรือ เท่ากับ E3 – E1 ( E มีเครื่องหมายเป็นลบ ) และ Ea คือพลังงานก่อกัมมันต์ของปฏิกิริยานี้มีค่าเท่ากับ E2 – E1 จะเห็นได้วา่ พลังงานก่อกัมมันต์ของปฏกิ ิรยิ ากบั พลงั งานของปฏิกริ ยิ าไม่ใช่พลังงานเดียวกัน 2. ปฏิกิริยาดูดความร้อน ( Endothermic reaction ) เป็นปฏิกิริยาที่ดูดพลังงานเข้าไป สลายพนั ธะ มากกว่าทค่ี ายออกมา เพ่ือสร้างพนั ธะ โดยในปฏกิ ริ ิยาดูดความรอ้ นนีส้ ารตั้งตน้ จะมพี ลังงานต่ำ กว่าผลิตภัณฑ์ จึงทำให้สิ่งแวดล้อมเย็นลง อุณหภูมิลดลง เมื่อเอามือสัมผัสภาชนะจะรู้สึกเย็น ตัวอย่าง ปฏิกิริยาเคมดี ูดความรอ้ น ดังภาพท่ี 6.7 ภาพที่ 6.7 ปฏิกริ ิยาเคมีดูดความรอ้ น ที่มา : http://www.thaigoodview.com ( สืบค้นเมือ่ 5 ม.ี ค. 2559 ) จากภาพท่ี 6.7 เปน็ ปฏกิ ิรยิ าเคมีที่เกิดจากแก๊สไนโตรเจน กับแก๊สออกซิเจน เขยี นเป็นสมการเคมี ไดด้ ังนี้ N2(g) + O2(g) 2NO(g) จากภาพที่ 6.7 สารตั้งต้น N2 + O2 มีพลังงาน E1 สารผลิตภัณฑ์ NO2 มีพลังงาน E3 พลังงาน ของผลิตภัณฑ์ สูงกว่าพลังงานของสารตั้งต้น จึงเป็นปฏิกิริยาดูดความร้อน และพลังงานที่ดูดเข้าไป มีค่าเท่ากับ E หรือเท่ากับ E3 – E1 ( E มีเครื่องหมายเป็นบวก ) และ Ea คือพลังงานก่อกัมมันต์ ของปฏกิ ิรยิ าน้มี คี ่าเท่ากับ E2 – E1

165 6.3 อัตราการเกดิ ปฏิกริ ิยาเคมี ( Rate of Reaction ) อัตราการเกดิ ปฏิกริ ยิ าเคมี คอื การเปลีย่ นแปลงความเขม้ ข้นของสารใดสารหนึง่ ต่อหน่ึงหนว่ ยเวลา หรือ ปริมาณสารตั้งต้นท่ีลดลง หรือปริมาณของผลิตภัณฑ์ทีเ่ กิดจากปฏิกิริยาต่อหนึง่ หน่วยเวลา โดยเขียน เป็นความสมั พันธไ์ ดด้ ังน้ี อตั ราการเกิดปฏิกิรยิ าเคมี = ปรมิ าณสารต้งัตน้ ที่ลดลง .................6.1 เวลาทเี่ กดิ ปฏิกริ ิยา .................6.2 หรอื อตั ราการเกดิ ปฏิกิริยาเคมี = ปริมาณผลติ ภณฑ์ท่ีเกัิดจากปฏิกริ ยิ า เวลาทเ่ี กดิ ปฏิกริ ยิ า เมื่อมปี ฏิกริ ิยาเคมีเกิดขนึ้ ปริมาณของสารในระบบจะมกี ารเปลี่ยนแปลง การวัดปรมิ าณของสารต้ัง ต้นที่ลดลง การวัดปริมาณของผลิตภัณฑ์ที่เกิดขึ้น ทำได้หลายวธิ ีขึน้ อยู่กับสมบตั ิและลักษณะของสาร เช่น ชงั่ มวลเมื่อสารเปน็ ของแข็ง วดั ปริมาตรเมอื่ สารเป็นแก๊ส วดั ความเข้มขน้ เมื่อเปน็ สารละลาย ส่วนเวลาท่ีใช้ ในการวัดใชห้ นว่ ยเป็นวนิ าที นาที หรอื ชั่วโมงก็ได้ ขน้ึ อยกู่ ับปฏกิ ิริยาน้ันจะเกิดเรว็ หรอื ชา้ อัตราการเกิดปฏิกิริยาเคมี แบ่งได้ 2 ประเภท ได้แก่ อัตราการเกิดปฏิกิริยา ณ ขณะใดขณะหน่ึง ( Instantaneous rate ) และ อัตราการเกิดปฏิกริ ิยาเฉลยี่ ( Average rate ) 1. อัตราการเกิดปฏิกิริยา ณ ขณะใดขณะหนึ่ง คือ ค่าที่แสดงถึงอัตราการเกิดปฏิกิริยา ของสารตั้งต้นที่ลดลง หรืออัตราการเกิดปฏิกิริยาของผลิตภัณฑ์ที่เพิ่มขึ้น ณ ช่วงเวลาใดเวลาหน่ึง หรือ ณ เวลาใดเวลาหนึ่งในขณะที่ปฏิกิริยายังดำเนินอยู่ ซึ่งอัตราการเกิดปฏิกิริยามีหลายค่า ณ ที่เวลา ตา่ งกัน จงึ ไมเ่ ท่ากนั เนื่องจากอัตราการเกิดปฏิกิริยาเคมีในช่วงเวลาใดเวลาหนึ่งทราบได้จากการทดลอง ส่วนอัตราการเกิดปฏิกิริยา ณ เวลาใดเวลาหนึ่งสามารถหาได้โดยการนำข้อมูลที่ได้จากการทดลอง มาเขยี นกราฟ แล้วจงึ หาค่าความชนั ออกมา 2. อัตราการเกิดปฏิกิริยาเฉลี่ย คือ อัตราการเกิดปฏิกิริยาที่คิดจากการลดลงของปริมาณ สารตั้งต้น หรือการเพิ่มขึ้นของปริมาณผลิตภัณฑ์ที่เกิดขึ้นตั้งแต่เริ่มต้นจนกระทั่งสิ้นสุดการเกิดปฏิกิริยา ซึ่งมีเพยี งค่าเดยี วเทา่ น้ัน

166 ตวั อย่างท่ี 1 จากการศึกษาอตั ราการเกิดปฏิกริ ิยาเคมี ดังสมการ Mg(s) + 2HCl(aq) MgCl2(aq) + H2(g) เม่อื วดั ปริมาตรของ H2 ที่เกดิ ข้ึนกับเวลาได้ผลดังตาราง ปรมิ าตรของ H2 ทเี่ กดิ ขึน้ ( cm3 ) เวลา ( s ) 16 2 12 3 24 4 38 5 56 จงหา ก. อัตราการเกดิ ปฏกิ ริ ยิ าเฉลย่ี ข. อัตราการเกดิ แก๊ส H2 ในช่วงเวลา 12-24 วนิ าที ค. อัตราการเกิดแกส๊ H2 ในช่วงเวลา 24-56 วนิ าที ง. อตั ราการเกดิ แก๊ส H2 ในช่วงเวลา 38-56 วนิ าที วธิ ที ำ ก. อตั ราการเกดิ ปฏิกิรยิ าเฉลี่ย จาก อัตราการเกิดปฏกิ ิริยาเคมี = ปริมาณผลิตภณฑ์ท่เี กัิดจากปฏิกริ ยิ า เวลาทีเ่ กดิ ปฏิกริ ยิ า = (5 - 1) cm3 (56 - 6) s = 0.080 cm3/s ตอบ อตั ราการเกิดปฏกิ ิริยาเฉลีย่ เท่ากับ 0.080 ลกู บาศก์เซนติเมตรตอ่ วนิ าที ข. อัตราการเกิดแก๊ส H2 ในช่วงเวลา 12-24 วินาที อัตราการเกดิ แก๊ส H2 = (3 - 2) cm3 (24 - 12) s = 0.083 cm3/s ตอบ อัตราการเกิดแก๊ส H2 ในช่วงเวลา 12-24 วินาที เท่ากับ 0.083 ลกู บาศกเ์ ซนติเมตรต่อวินาที ค. อัตราการเกิดแก๊ส H2 ในช่วงเวลา 24-56 วินาที อัตราการเกดิ แก๊ส H2 = (5 - 3) cm3 (56 - 24) s = 0.0625 cm3/s ตอบ อัตราการเกิดแกส๊ H2 ในชว่ งเวลา 24-56 วินาที เท่ากับ 0.0625 ลูกบาศก์เซนติเมตรตอ่ วนิ าที

167 ง. อัตราการเกดิ แกส๊ H2 ในช่วงเวลา 38-56 วินาที อตั ราการเกิดแกส๊ H2 = (5 - 4) cm3 (56 - 38) s = 0.056 cm3/s ตอบ อัตราการเกิดแก๊ส H2 ในช่วงเวลา 38-56 วินาที เท่ากับ 0.056 ลกู บาศก์เซนติเมตรตอ่ วินาที ตัวอย่างที่ 2 ทดลองนำโลหะแมกนีเซียมมาทำปฏิกริ ยิ ากบั สารละลายกรดไฮโดรคลอริกเขม้ ขน้ 0.2 โมลต่อ ลิตร ได้แก๊สไฮโดรเจนเป็นผลิตภัณฑ์โดยปรมิ าตรของแก๊สไฮโดรเจนที่เกิดขึ้น ณ ช่วงเวลาต่าง ๆ แสดงดัง ตาราง ปริมาตรแกส๊ ไฮโดรเจน ( cm3 ) เวลา ( s ) 1 10 2 20 3 35 4 50 5 80 6 130 จงหาวา่ อัตราการเกิดแก๊สไฮโดรเจนเฉลย่ี มคี ่าเทา่ กับกล่ี ูกบาศก์เซนตเิ มตรตอ่ วินาที วิธที ำ จาก อตั ราการเกดิ ปฏิกิริยาเคมี = ปริมาณผลติ ภณฑ์ทเ่ี กิดั จากปฏิกริ ิยา เวลาที่เกดิ ปฏิกริ ิยา = (6 - 1) cm3 (130 - 10) s = 0.042 cm3/s ตอบ อัตราการเกดิ แก๊สไฮโดรเจนเฉล่ยี เท่ากับ 0.042 ลกู บาศกเ์ ซนตเิ มตรต่อวนิ าที

168 6.4 ปัจจัยทม่ี ผี ลต่อการเกิดปฏิกริ ยิ าเคมี การเกดิ ปฏกิ ิรยิ าเคมจี ะเกิดข้ึนเรว็ หรือช้าข้ึนอยูก่ บั หลายปจั จัย ดงั น้ี 6.4.1 ธรรมชาตขิ องสารท่ีทำปฏกิ ริ ยิ า ( Nature of reactant ) ปฏิกิริยาเคมีเกิดขึ้นได้เร็วหรือช้าไม่เท่ากัน เนื่องจากสารที่ทำปฏิกิริยามีโมเลกุลหรือโครงสร้าง อะตอมต่างกัน โดยทั่วไปสารไอออนิกที่เข้าทำปฏิกิริยากันจะเกิดปฏิกิริยาเคมีได้เร็วกว่าสารโคเวเลนต์ และสารทมี่ สี ถานะเดยี วกันจะเกดิ ปฏิกริ ยิ าเคมไี ด้เร็วกว่าสารท่มี ีสถานะตา่ งกนั 6.4.2 อณุ หภูมิ ( Temperature ) อุณหภูมิมีผลต่อการเกิดปฏิกิริยาเคมี เนื่องจากเมื่ออุณหภูมิสูงขึ้น อะตอมหรือโมเลกุลแต่ละตัว จะมีพลังงานจลน์สูงขึ้นจึงชนกันด้วยพลังงานสูง ทำให้เกิดปฏิกิริยาเคมีมากขึ้นตามไปด้วย และเมื่อลด อณุ หภมู ใิ ห้ต่ำลง ปฏกิ ิรยิ าเคมีจะเกดิ ช้าลง ความรูเ้ กี่ยวกบั ผลของอุณหภูมิที่มีผลต่อการเกิดปฏิกริ ิยาเคมีที่นำมาใช้ประโยชน์ในชีวิตประจำวัน โดยทั่วไป คือ การเก็บรักษาผลไมห้ รืออาหารให้อยู่ได้นานและคงความสดใหม่โดยเก็บไว้ในท่ีมอี ุณหภมู ิต่ำ เชน่ ในตเู้ ยน็ แตเ่ มอื่ ตอ้ งการให้ผลไม้สุกเรว็ จะนำมาบ่ม ทำให้ภายในภาชนะบรรจมุ ีอุณหภมู สิ ูงกวา่ ภายนอก เมือ่ ทงิ้ ไว้ 3-5 วนั ผลไมจ้ ะสุก 6.4.3 พ้ืนท่ผี ิวของสารทีน่ ำมาทำปฏิกริ ยิ า ( Surface area ) สารตั้งต้นท่ีเข้าทำปฏิกิริยาเคมี บางปฏิกิริยาไมไ่ ด้อยู่ในสถานะเดยี วกัน เช่น ของแข็งทำปฏิกิริยา กับสารละลาย หรือทำปฏิกิริยากับแก๊ส พื้นที่ผิวของสารที่มาทำปฏกิ ิริยาเปน็ บริเวณของการเกิดปฏิกิริยา หากสารมีพื้นที่ผิวในการสัมผัสกันมากจะทำให้เกิดปฏิกิริยาได้เร็วขึ้น เช่น การทำปฏิกิริยาของหินปูน กบั กรดไฮโดรคลอริกจะได้แกส๊ คาร์บอนไดออกไซด์ เมือ่ ทดลองหินปูนท่ีเป็นผงกับหนิ ปนู ที่เป็นก้อน หินปูน ท่เี ป็นผงมพี น้ื ท่ีผวิ ในการทำปฏิกริ ิยากบั กรดไฮโดรคลอริกมากกว่าหินปนู ท่ีเปน็ กอ้ น จึงเกิดปฏิกิริยาเคมีได้ เร็วกว่า หลักการดังกล่าวนำมาใช้ในชีวิตประจำวัน เช่น การรับประทานอาหาร นักโภชนาการแนะนำ ให้เคี้ยวอาหารให้ละเอียดก่อนกลืน เพื่อให้อาหารมีขนาดเล็กเป็นการเพิ่มพื้นที่ผิวของอาหารให้มากข้ึน ทำให้กรดและ เอนไซม์ในนำ้ ยอ่ ยในกระเพาะอาหารทำปฏิกิริยากับอาหารได้เร็วขึ้น อาหารจึงย่อยง่ายข้นึ ป้องกนั การจุดเสียดแนน่ ทอ้ งอืดท้องเฟอ้ ได้ 6.4.4 ความเข้มข้นของตัวทำปฏิกริ ยิ า ( The effective concentrations ) ความเข้มข้นของสารตั้งต้นมีผลต่อการเกิดปฏิกิริยาเคมี ในกรณีที่สารตั้งต้นมีอยู่เป็นจำนวนมาก ทำใหโ้ อกาสทโ่ี มเลกุลจะว่งิ ชนกนั มีมากขน้ึ โดยอตั ราการเกดิ ปฏิกริ ยิ าเคมีขนึ้ อยูก่ ับความเข้มข้นของสารตั้งต้น สารใดสารหนึ่งหรือทุก ๆ สารก็ได้ และพบว่าในระยะเริ่มแรกของการเกิดปฏิกิริยาเคมี ความเข้มข้น ของสารตงั้ ต้นมคี ่ามาก ทำให้ปฏิกิรยิ าเคมีเกิดได้เร็ว เมอ่ื เวลาผ่านไประยะหนึ่ง ความเข้มข้นของสารต้ังต้น ลดลง อตั ราการเกดิ ปฏิกริ ยิ าเคมจี ะลดลงตาม

169 6.4.5 ตัวเรง่ ( Catalyst ) หรอื ตัวหนว่ งปฏิกริ ิยา ( Inhibitor ) การเพิ่มอัตราการเกิดปฏิกิริยาเคมี ทำได้โดยการเพิ่มอุณหภูมิหรือความเข้มของสารตั้งต้น แต่บางครั้งไม่เหมาะสม เนื่องจากเป็นการสิ้นเปลืองพลังงานและเพิ่มค่าใช้จ่าย ดังนั้นนักวิทยาศาสตร์ จึงคิดค้นวิธีการมาใช้แทนโดยการเติมสารเคมีบางชนิดเพียงปริมาณเล็กน้อยเข้าไปในปฏิกิริยา ทำให้ปฏิกิริยานั้นเกิดได้เร็วขึ้น โดยสารที่เติมเข้าไปนั้นยังคงมีปริมาณและสมบัติทางเคมีเหมือนเดิม หลังปฏิกิริยาส้ินสุดลง เรียกสารที่ใส่เข้าไปในปฏิกิริยานี้ว่า ตัวเร่งปฏิกิริยา ในทางกลับกันการใส่สารเคมี บางชนิดเข้าไปในปฏิกิริยาแล้วส่งผลให้ปฏิกิริยานั้นเกิดได้ช้าลง เรียกสารเคมีที่ใส่เข้าไปในปฏิกิริยาว่า ตัวหนว่ งปฏกิ ริ ยิ า 6.5 ชนิดของปฏิกิรยิ าเคมี การจำแนกชนิดของปฏกิ ิรยิ าเคมี สามารถจำแนกโดยใชเ้ กณฑ์ต่าง ๆ ไดด้ ังนี้ 1. จำแนกตามสถานะของสาร 2. จำแนกตามการเปลีย่ นแปลงมวลของสาร 3. จำแนกตามการเปลย่ี นแปลงของพลังงาน 4. จำแนกตามลักษณะการเกดิ และผลของปฏกิ ิริยา 6.5.1 จำแนกตามสถานะของสาร สามารถจำแนกปฏิกิรยิ าเคมีตามสถานะของสารได้ 2 ชนดิ คอื ปฏกิ ิรยิ าเอกพันธ์และปฏกิ ิริยาววิ ิธพนั ธ์ 1. ปฏกิ ริ ยิ าเอกพันธ์ เปน็ ปฏกิ ิรยิ าท่ีสารตงั้ ต้นและผลิตภัณฑท์ ไ่ี ด้น้นั อย่ใู นสถานะเดยี วกนั เชน่ 2NO(g) + O2(g) 2NO2(g) จากปฏิกริ ยิ าน้สี ารทุกสารในปฏิกิริยาอยใู่ นสถานะแกส๊ ทั้งหมด H+(aq) + OH-(aq) H2O(l) จากปฏกิ ิรยิ านี้ สารทุกสารในปฏิกริ ยิ าอยู่ในสถานะของเหลวหรือสารละลายในน้ำ 2. ปฏิกริ ยิ าววิ ธิ พันธ์ เปน็ ปฏิกริ ยิ าทสี่ ารตง้ั ต้นและผลิตภัณฑ์ท่ีไดม้ สี ถานะต่างกนั เช่น 2Mg(s) + O2(g) 2MgO(s) จากปฏิกิริยานม้ี ี 2 สถานะ คอื สถานะของแขง็ และแก๊ส Zn(s) + 2H+(aq) Zn2+(aq) + H2(g) จากปฏกิ ริ ิยานี้ มี 3 สถานะ คอื สถานะของแขง็ ของเหลว สารละลายในนำ้ และแกส๊

170 6.5.2 จำแนกตามการเปล่ยี นแปลงมวลของสาร สามารถจำแนกปฏกิ ิรยิ าเคมตี ามการเปลยี่ นแปลงมวลของสาร ได้ 2 ชนิด คอื 1. ระบบเปิด ( Opened system ) เป็นการเปลี่ยนแปลงที่เกิดขึ้นในระบบโดยมวลของสาร ก่อนเกิดปฏิกิรยิ ากบั หลังปฏิกริ ิยาไมเ่ ทา่ กัน เชน่ Mg(s) + 2HCl(aq) MgCl2(aq) + H2(g) ในกรณนี ีม้ ีแก๊สไฮโดรเจนเกดิ ข้นึ ซง่ึ สามารถกระจายไปในอากาศ ทำใหม้ วลของสารก่อนและหลงั เกดิ ปฏกิ ิริยาไมเ่ ทา่ กนั 2. ระบบปิด ( Closed system ) เป็นการเปลี่ยนแปลงที่เกิดขึ้นในระบบ โดยมวลของสาร ก่อนการเกิดปฏิกิรยิ ากบั หลังปฏิกริ ยิ าเท่ากนั เช่น BaCl2(aq) + Na2SO4(aq) 2NaCl(aq) + BaSO4(s) จากปฏิกิริยาสารละลายแบเรียมคลอไรด์ทำปฏิกิริยากับสารละลายโซเดียมซัลเฟต มีมวลเท่ากับ สารละลายโซเดียมคลอไรดร์ วมตัวกบั แบเรียมซลั เฟต 6.5.3 จำแนกตามการเปล่ียนแปลงของพลงั งาน สามารถจำแนกปฏกิ ิรยิ าเคมตี ามการเปลีย่ นแปลงของพลงั งาน ได้ 2 ชนิด คือ 1. ปฏิกิริยาดูดความร้อน คือ ปฏิกิริยาที่มีการถ่ายเทพลังงานหรือดูดกลืนความร้อน จากสงิ่ แวดล้อมเข้าสูร่ ะบบ ดังน้ัน พลงั งานของผลิตภณั ฑ์มีพลงั งานสงู กว่าสารตั้งต้น เชน่ N2(g) + O2(g) 2NO(g) 2. ปฏิกิริยาคายความร้อน คือ ปฏิกิริยาที่มีการถ่ายเทพลังงานจากระบบสูส่ ิ่งแวดล้อมภายนอก ดังนน้ั พลังงานของสารตง้ั ต้นมากกว่าพลงั งานของสารผลติ ภัณฑ์ เช่น N2(g) + 3H2(g) 2NH3(g) 6.5.4 จำแนกตามลักษณะการเกดิ และผลของปฏิกิรยิ า สามารถจำแนกปฏิกิริยาเคมีตามลักษณะการเกดิ และผลของปฏิกริ ิยา ได้ 4 ชนดิ คือ 1. ปฏิกิริยาการรวมหรือการสังเคราะห์ (Combination or Synthesis reaction) เป็นปฏิกิริยา ที่สารสองชนิดทำปฏิกิริยากันแล้วได้ผลเป็นปฏิกิริยาเพียงอย่างเดียว โดยสารตั้งต้นที่ทำปฏิกิริยากัน อาจเป็นธาตุหรือสารประกอบกไ็ ด้ สมการท่วั ไปเขียนได้ดงั น้ี A + B AB ตวั อยา่ งปฏิกิริยาชนิดนี้ 2Mg(s) + O2(g) 2MgO(s) N2(g) + 3H2(g) 2NH3(g)

171 2. ปฏิกิริยาการสลายตัว ( Decomposition reaction ) เป็นปฏิกิริยาที่สารตั้งต้นชนิดหน่ึง แตกตัวออกเป็นผลิตภัณฑ์ 2 ชนิดขึ้นไป โดยสารตั้งต้นต้องเป็นสารประกอบส่วนผลิตภัณฑ์ อาจเป็นสารประกอบหรอื ธาตกุ ไ็ ด้ ปฏกิ ริ ิยานี้จะกลบั กนั กับปฏกิ ิรยิ ารวมตัว สมการทัว่ ไปเขยี นได้ดงั นี้ AB A + B ตวั อย่างปฏกิ ริ ยิ าชนิดนี้ CaCO3(s) CaO(s) + CO2(g) 2H2O(l) 2H2(g) + O2(g) 3. ปฏิกิริยาการแทนที่ ( Substitution ) เป็นปฏิกิริยาที่สารตั้งต้น 2 ชนิดทำปฏิกิริยากัน โดยอะตอมของธาตใุ นสารใดสารหนึง่ ไปแทนที่บางอะตอมในสารอีกชนิดหนงึ่ สมการทวั่ ไปเขียนไดด้ ังน้ี A + BC B + AC หรือ A + BC C + BA หรอื AB + CD AD + CB ตวั อย่างปฏกิ ิริยาชนิดนี้ C6H14(l) + Br2(l) C6H13Br(l) + HBr(g) BaCl2(aq) + Na2SO4(aq) 2NaCl(aq) + BaSO4(s) 4. ปฏกิ ริ ิยาการตกตะกอน ( Precipitation ) เป็นปฏิกิรยิ าท่ีเกิดจากสารละลาย 2 ชนดิ ผสมกัน แล้วทำให้เกิดสารใหมท่ ่ไี ม่ละลายนำ้ หรอื ตกตะกอน ดงั ภาพท่ี 8.8 ตัวอย่างปฏิกิรยิ าชนิดน้ี Pb(NO3)2(aq) + 2KI(aq) PbI2(s) + 2KNO3(aq) ภาพที่ 6.8 ปฏกิ ริ ยิ าการตกตะกอน ที่มา : http://www.satriwit3.ac.th ( สืบค้นเมอื่ 5 มี.ค. 2559 )

172 6.6 ปฏกิ ริ ยิ าเคมใี นชีวติ ประจำวัน ปฏิกิริยาเคมีที่เกิดขึ้นในชีวิตประจำวันมีหลายชนิด มีทั้งปฏิกิริยาง่ายไปจนถึงปฏิกิริยาที่ซับซอ้ น ซึ่งหลายปฏิกิริยามีผลต่อสิ่งมีชีวิตและสิ่งแวดล้อม เช่น ปฏิกิริยาการเผาไหม้ ปฏิกิริยาการเกิดฝนกรด ปฏกิ ิรยิ าการเกดิ สนมิ 6.6.1 ปฏกิ ริ ยิ าการเผาไหม้ การเผาไหม้เชื้อเพลิงต่าง ๆ หากมีแก๊สออกซิเจนเพียงพอหรือมากเกินพอจะได้ผลิตภัณฑ์ เป็นแก๊สคาร์บอนไดออกไซด์กับน้ำ เรียกว่า การเผาไหม้เกิดอย่างสมบูรณ์ ตัวอย่างเช่น การเผาไหม้ ของแก๊สมีเทน ดงั สมการ CH4(g) + 2O2(g) CO2(g) + 2H2(g) แต่หากปริมาณของแก๊สออกซิเจนทีเ่ ข้าทำปฏิกิริยามนี ้อย ปฏิกิริยาการเผาไหม้จะเกิดไม่สมบูรณ์ ทำใหม้ ผี ลติ ภณั ฑอ์ ืน่ เกิดข้ึนด้วย เชน่ แกส๊ คาร์บอนมอนอกไซด์ เขม่าซง่ึ เป็นผงคาร์บอน ดังภาพที่ 6.9 ภาพท่ี 6.9 เขม่าควนั เกิดจากปฏกิ ิรยิ าการเผาไหมไ้ มส่ มบรู ณ์ ที่มา : http://tqm-fc.blogspot.com ( สบื คน้ เม่ือ 5 มี.ค. 2559 ) แก๊สคาร์บอนมอนอกไซดเ์ ป็นอนั ตรายตอ่ ระบบหายใจ เน่ืองจากแกส๊ คาร์บอนมอนอกไซด์จะจับกับ ฮีโมโกลบนิ อย่างหนาแน่นทำให้เลือดลำเลยี งออกซเิ จนไปสู่เซลล์ในร่างกายได้น้อยลง ถ้าได้รับปรมิ าณมาก หรือเป็นเวลานานทำให้ร่างกายขาดออกซิเจนและเสียชีวิตได้ และแก๊สคาร์บอนไดออกไซด์สามารถทำให้ รา่ งกายขาดออกซเิ จนได้เช่นเดยี วกนั ซึง่ พบในกรณไี ฟไหม้ เนอ่ื งจากแกส๊ คาร์บอนไดออกไซด์เป็นแก๊สหนัก กวา่ อากาศ จึงแผ่กระจายปกคลุมไปท่วั ห้อง อากาศจงึ มีออกซเิ จนน้อยลง คนและส่งิ มีชวี ิตในบริเวณน้ันจึง ขาดออกซิเจน วธิ ีปอ้ งกนั เบื้องต้น คอื ใชผ้ ้าชุบน้ำเปียกปดิ จมกู และปากไว้ เพราะแก๊สคาร์บอนไดออกไซด์ จะละลายนำ้ ไดเ้ ลก็ นอ้ ยและทำปฏิกิริยากบั น้ำเกดิ เปน็ กรดคารบ์ อนกิ ซึ่งเป็นกรดออ่ น ดงั สมการเคมี CO2(g) + H2O(l) H2CO3(aq)

173 6.6.2 ปฏิกิริยาการเกิดฝนกรด น้ำฝนในธรรมชาติมีความเป็นกรดเล็กน้อย โดยทั่วไปมีค่า pH ประมาณ 5.6 – 6.0 ในบริเวณ ที่มีโรงงานอุตสาหกรรมมีการปล่อยแก๊สซัลเฟอร์ไดออกไซด์เป็นปริมาณมาก เมื่อฝนตกลงมาจะเกิด การรวมตัวกับแก๊สนี้ เกิดเป็นฝนที่มีค่า pH ต่ำกว่า 5.6 ซึ่งเรียกว่า ฝนกรด โดยฝนกรดในแต่ละพื้นที่ อาจมีคา่ pH แตกตา่ งกนั ปฏกิ ริ ยิ าการรวมตวั ระหวา่ งนำ้ กับแกส๊ ทีเ่ กิดข้ึน เปน็ ดังสมการเคมี SO2(g) + H2O(l) H2SO3(aq) 2SO2(g) + O2(g) 2SO3(g) และ SO3(g) + H2O(l) H2SO4(aq) 2NO(g) + O2(g) 2NO2(g) และ 2NO2(g) + H2O(l) HNO2(aq) + HNO3(aq) ฝนกรดทำให้สิ่งปลูกสร้างหรืออาคารบ้านเรือนเสียหาย เนื่องจากฝนกรดจะทำปฏิกิริยา กับสิง่ ปลูกสร้างท่ีเป็นโลหะ ดังภาพที่ 8.10 และส่ิงปลูกสร้างที่เป็นหนิ ปูนเกดิ การสึกกร่อน ดงั สมการ CaCO3(s) + H2SO4(aq) CaSO4(s) + CO2(g) + H2O(l) CaCO3(s) + 2HNO3(aq) Ca(NO3)2(aq) + CO2(g) + H2O(l) ก. รูปป้นั โลหะท่ถี กู ฝนกรดกดั กรอ่ น ข. รูปปน้ั โลหะทไ่ี ด้รับการซอ่ มแซม ภาพที่ 6.10 ฝนกรดทำปฏิกริ ิยากับส่งิ ปลูกสร้างท่เี ปน็ โลหะ ทม่ี า : http://kanchanapisek.or.th ( สบื ค้นเมื่อ 5 ม.ี ค. 2559 )

174 6.6.3 ปฏิกิรยิ าการเกดิ สนมิ สิ่งก่อสร้างต่าง ๆ โดยทั่วไป เช่น ตึก สะพาน มีเหล็กเป็นองค์ประกอบของโครงสร้าง เมื่อเหล็ก สัมผัสกบั อากาศและความชนื้ จะเกดิ ปฏกิ ริ ยิ าเคมีกลายเปน็ สนิมเหล็ก ดังภาพที่ 6.11 ดังสมการ 4Fe(s) + 3O2(g) H2O 2Fe2O3H2O(s) วิธีการป้องกนั การเกิดสนิมเหลก็ ทำได้โดยไมใ่ ห้เหล็กสัมผสั กับแก๊สออกซิเจนและความชนื้ ในอากาศ ตวั อย่างเช่น ตะปเู หล็ก อาจเก็บไว้โดยแชใ่ นนำ้ มัน ทาด้วยนำ้ มัน หรือฉาบดว้ ยดีบุกหรอื สงั กะสี เปน็ ตน้ ภาพท่ี 6.11 การเกิดสนิมเหล็ก ทีม่ า : http://www.oknation.net/blog/home/blog_data/838/7838/images/IMG_3596.gif ( สบื ค้นเม่ือ 5 ม.ี ค. 2559 )