งานนำเสนอไม่มีชื่อ (1)

แนวคดิ เกี่ยวกับอตั ราการเกิด ปฏกิ ริ ยิ าเคมี จัดทาํ โดย นาย อนุภทั ร ทองรุง มัธยมศกึ ษาปท ี่5 เลขที่11 เสนอ คุณครู นกแกว แกวคง โรงเรียนโพธิสมั พนั ธพ ทิ ยาคาร

คาํ นํา รายงานเลม นจ้ี ัดทาํ ขึน้ เพอ่ื เปนสว นหนง่ึ ของวิชา เคมีชน้ั มธั ยมศกึ ษาปท่ี 5 โดยมีจุดประสงคเ พื่อการศึกษาผาน หนงั สอื อเิ ล็กทรอนิกส เรอื่ งแนวคดิ เก่ยี วกบั อตั ราการเกดิ ปฏกิ ิริยาเคมีเพื่อเปน ประโยชนต อ การเรียน ทางผูจ ัดทําหวังวาหนังสอื อเิ ลก็ ทรอนกิ สเรอ่ื งแนว คิดเกีย่ วกบั อัตราการเกิดปฏกิ ิรยิ า จะเปน ประโยชนแกผูอานท่ี กาํ ลงั ศกึ ษาหาขอมูลเรื่องนีอ้ ยหู ากมขี อ ผดิ พลาดประการใด ขออภยั มา ณ ท่นี ดี้ วยครบั ผูจดั ทาํ นาย อนุภทั ร ทองรุง

สารบญั

แบบทดสอบกอ น-หลงั เรยี น



แนวคิดเกีย่ วกบั การเกิดปฏกิ ิริยาเคมี การเกิดปฏิกริ ยิ าเคมสี ามารถอธบิ ายไดโ ดยใชท ฤษฎกี ารชน และทฤษฎสี ารเชิงซอ นทถ่ี ูกกระตุน 1. ทฤษฎกี ารชนกัน (Collision Theory) ทฤษฎนี อี้ ธิบายวา “ปฏิกริ ยิ าเคมีจะเกดิ ข้ึนไดกต็ อ เม่อื อนภุ าคของสารตัง้ ตน อาจเปน โมเลกุลอะตอมหรือไอออน กไ็ ด จะตอ งมกี ารเคลอื่ นท่ชี นกนั กอ น” แตมไิ ดหมายความ วา การชนกันของอนภุ าคทกุ ครัง้ จะเกดิ ปฏิกริ ิยา การชนกัน ของอนภุ าคของสารตง้ั ตนจะเกดิ ปฏกิ ิรยิ าไดห รอื ไมข ึน้ อยู กบั ปจจยั ตอไปนี้ 1.1.พลงั งานจลนของอนภุ าคทีเ่ คลอื่ นท่ชี นกัน อนุภาคของสารตั้งตน เม่อื ชนกนั แลวจะเกิดปฏกิ ิริยาไดก็ตอ เม่อื อนุภาคที่ชนกันจะตอ งเคลื่อนทเ่ี รว็ หรือมีพลงั งานจลนส งู คือเมอ่ื ชนกันแลว พลงั งานที่ไดจากการชน จะตอ งสูงพอท่ี ทําใหพ ันธะในสารตง้ั ตน สลาย แลวสรา งพนั ธะใหมเ กิดเปน สารผลติ ภณั ฑไ ด 1.2.ทิศทางการชนของอนุภาค การชนกนั ของ อนุภาคจะเกิดปฏิกิรยิ าได นอกจากน้ขี ้ึนอยกู ับพลังงานจลน ของอนภุ าคแลว ยงั ข้ึนอยูกบั ทิศทางในการชนดว ย เชน ปฏกิ ิริยาระหวา งแกส ไฮโดรเจน (H2) กับไอของไอโอดนี (I2) กลายเปน แกสไฮโดรเจนไอโอไดด (HI) ดังสมการ

ก. การชนกันในทศิ ทางทไี่ มเ หมาะสม ทําใหการชนกันไมเ ปนผล สาํ เรจ็ หรือไมเ กิดปฏกิ ริ ิยา (ไมเกิด HI) ข. การชนกันในทิศทางท่เี หมะสมทาํ ใหก ารชนกนั เปน ผลสาํ เรจ็ (เกิดปฏกิ ิริยาได HI)

1. ปฏกิ ิริยาระหวาง H2O (g) กบั CO (g) ไดผลติ ภณั ฑเ ปน H2(g) และ (g) ตามสมการ H2O (g) + CO (g) H2(g) + CO2(g) รปู แสดงการจัดตวั ของโมเลกุล H2O และ CO2 การชนกนั ในแบบท่ี I ออกซเิ จนใน H2O ชนกับ คารบ อนใน CO ซ่ึงถา มพี ลงั งานสงู พอจะไดเ ปน CO2 และ H2 แสดงวาทศิ ทางของการชนเหมาะสม สามารถ เกิดปฏิกิรยิ าได การชนกันในแบบท่ี II ออกซิเจนใน H2O และ ใน CO ชนกัน ซ่งึ เปนทิศทางของการชนที่ไมเหมาะสม ถงึ แมวาจะมพี ลงั งานสงู ก็จะไมเกดิ ปฏิกริ ยิ า ไมไ ด CO2 และ H2 การชนกนั ในแบบท่ี III ไฮโดรเจนใน H2O ชน กบั คารบ อนใน CO ซงึ่ ก็เปนทิศทางการชนทไ่ี ม เหมาะสมเชน เดียวกนั ดังนั้นการชนแบบนจ้ี ะไมมี

2.CO2+ H2O H2CO3+ HCO3+ กาซ CO2 และ H2O อาจจะ ชนกันไดหลายแบบ ดังในรปู รูปแสดงทศิ ทางการชนกันของ CO2 และ H2O เฉพาะการชนกันในรปู (a) เทา นั้น ถาพลงั งานของโมเลกลุ สูงมากพอ จะทาํ ใหเกิดปฏกิ ิริยาเคมไี ด เนอ่ื งจากมีทิศทางการชนท่ี เหมาะสม สาํ หรับการชนแบบอื่นๆ ถงึ แมว าจะมีพลังงานสูงกไ็ มเ กดิ ปฏิกิรยิ า เพราะทิศทางการชนไมเ หมาะสม จากทฤษฏีการชนกัน พอสรุปไดว า อตั ราการเกดิ ปฏกิ ริ ยิ าเคมเี ปน สดั สวนโดยตรงกบั 1. ความถใี่ นการชนกนั ของอนุภาค 2. เปอรเซ็นตในการชนกนั ของอนภุ าคท่ีเปนผลสําเรจ็ (เกดิ ปฏกิ ริ ิยา) จากขอ มลู ท่ีกลาวมาสรปุ ไดวา ปฏกิ ิริยาเคมเี กิดขึน้ ไดเม่ือ 1. อนุภาคของสารต้งั ตนชนกัน 2. ชนในทศิ ทางท่ีเหมาะสม 3. พลงั งานทเ่ี กดิ จากการชนกันอยางนอ ยทีส่ ดุ ปรมิ าณ หนึ่งซ่งึ เทากบั พลังงานกอกัมมนั ใชส ัญลักษณยอเปน

2. พลงั งานกอกัมมันต (Activation energy) ตามทฤษฎจี ลนทไี่ ดศ กึ ษามาแลว ทอ่ี ณุ หภมู ิหนง่ึ ๆ โมเลกุลของแกสเคลอื่ นทด่ี วยอตั ราเรว็ ตา งกนั ถงึ แมว า จะเปน โมเลกุลของแกสชนดิ เดียวกันก็ตาม โมเลกุลท่เี คลื่อนท่ีชา มี พลงั งานจลนต ํา่ สวนพลงั งานที่เคลอ่ื นที่เรว็ มีพลังงานจลนสงู ถา โมเลกลุ ท่มี าชนกนั มีพลังงานสงู พลังงานทไี่ ดจาการชนกัน กจ็ ะมีคา สงู ดว ย และถา พลังงานทีไ่ ดจ ากการชนมคี าสงู พอที่ ทาํ ใหเกดิ การสลายพนั ธะในสารเดิมแลวมกี ารสรา งพันธะใหม เกดิ เปน ผลิตภณั ฑ แสดงวาการชนกนั นั้นเปนผลสําเร็จ หรือ เกดิ ปฏิกริ ิยา พลังงานจาํ นวนนอยทีส่ ดุ ทไี่ ดจากการชนกันแลว ทําใหเ กิดปฏกิ ริ ิยาไดเรียกวา พลังงานกอ กมั มันตห รอื พลังงาน กระตุน อนุภาคทชี่ นกนั แลวเกดิ พลังงานเทากับหรอื มาก กวา พลงั งานกอกัมมันตจ ะตอ งเปนอนุภาคท่มี พี ลังงานจลนส งู พอเทา นั้น เชน ปฏกิ ิรยิ าระหวาง H2 และ O2 เปน H2O ในสภาวะ ปกตเิ มื่อเราปลอ ยให H2 และ O2 อยูรวมกันจะไมเกิดนาํ้ ขึ้น แต เมื่อเราใหพลงั งานแกระบบโดยการเอาไฟจดุ แกสที่ผสมกันอยู ปฏกิ ริ ยิ ากจ็ ะเกิดทันทีและรวดเรว็ จนเกดิ การระเบดิ เราทราบ มาแลว วาการท่ีโมเลกลุ ของ H2 และ O2 จะชนกันจนเกิด ปฏิกริ ิยาได H2Oน้นั โมเลกลุ ของ H2 และ O2 จะตองชนกันแลวมี พลังงานสงู พอท่จี ะทําใหพนั ธะระหวาง O=Oและ H-H สลายตัว และเกดิ พนั ธะ H-O-Hใหมได หรือชนกันแลว ไดพ ลงั งานเทา กับ หรอื พลังงานกอ กมั มนั ตใ นภาวะปกติโมเลกุลของ H2และ O2 มี พลังงานไมพ อจึงตอ งเติมพลงั งานเขา ไป เมื่อเตมิ พลังงาน เขา ไปกจ็ ะทาํ ใหบ างโมเลกุลมีพลงั งานสงู พอทีจ่ ะชนกนั แลว เกิดปฏิกิรยิ าไดแ ละเนอื่ งจากปฏกิ ิริยาระหวา ง H2 และ O2เปน

เปรยี บเทยี บการเกิดปฏกิ ริ ยิ าเคมีกับการ จากรูป คนทเ่จีดะนิ เทดาินงขขาา มมภภเู เูขขาาไดภายในเวลาที่กาํ หนด ขึน้ อยกู ับองคป ระกอบ 2 ประการ คือ 1.จํานวนคนท่ีแข็งแรงหรอื มพี ลงั งานมา 2. ความสงู ของภูเขา ถาอปุ มาอปุ ไมยจํานวนคนท่ีแขง็ แรงหรอื มพี ลงั งานสูง กบั จํานวนอนภุ าคทม่ี พี ลังงานสูง และความสูงของภูเขากบั คา พลังงานกอ กมั มันตของปฏกิ ริ ยิ านน้ั ชวยใหอธบิ ายไดว า การท่ี บางปฏกิ ิริยาเกดิ ขนึ้ ชา มาก เพราะปฏกิ ิรยิ านน้ั มคี า พลงั งานกอ กมั มันตสงู มาก และอนภุ าคทม่ี พี ลงั งานสูงมีจาํ นวนนอ ย โอกาส ที่จะชนกันเพือ่ ใหไดพลงั งานสงู เทา กบั พลงั งานกอกมั มนั ตจึงมี นอยดวย ในกรณีของปฏกิ ิริยาท่ีเกิดไดเ รว็ ก็อธิบายไดใ น ทาํ นองเดียวกัน สรุปเรือ่ งพลังงานกอกมั มันต ในปฏิกิรยิ าเคมตี า งๆจะมคี าพลงั งานกอกัมมันตไ มเทา กนั จงึ ทําใหอ ัตราการเกดิ ปฏิกิริยาเคมไี มเทากนั ความสัมพนั ธ ระหวางอตั ราการเกิดปฏกิ ิริยาเคมกี บั คา พลงั งานกอ กัมมันตเ ปน ดังนี้

พลงั งานกอกมั มันตส ําหรับปฏิกิรยิ าคายความรอน และดดู ความรอน อนภุ าคท่ชี นกันตอ งมีพลงั งานจลนร วมกนั แลวมี คาอยา งนอ ยเทา กับพลังงานกอกมั มนั ต (activation energy, Ea) ซึ่งเปนพลังงานตาํ่ ท่สี ดุ ท่ีทาํ ใหเกดิ ปฏิกริ ิยาได ถา มีพลงั งาน ตํ่ากวาน้กี ็จะไมเ กดิ ปฏกิ ิริยา แตถา มพี ลังงานจลนห ลงั การชน มากกวา หรือเทา กบั พลงั งานกอกัมมันต อนุภาคของสารตั้งตน ทเ่ี ขาชนกนั กจ็ ะรวมตพัวิจการันณเกาดิปเฏปิกนริ ยิสาารA +ปBระกอบ เชงิ ซอนกมั มนั ต (activated c--o---m--->pCle+xD) ซง่ึ สารเชิงซอ นนีจ้ ะอยูต วั ไดเพยี งชัว่ ขณะ หลังจากน้ันจะเปลย่ี นไปเปนสารผลติ ภณั ฑ กราฟแสดงสกาํ าหรเรปับลีย่ นแปลงพลังงานศกั ย -ถา สารผลิตภกณั ) ปฑฏทกิ ่ีเริ กิยิดาคขควานึ้ ายมมครีพวอาลนมังรงอ านนต่ําขก)วปา ฏสกิ าริ รยิ ตา้ังดตดู น (สาร ผลิตภณั ฑเสถยี รกวา สารตั้งตน) ในขณะเกดิ ปฏกิ ิรยิ ากจ็ ะมกี าร คายความรอนควบคไู ปดวย เราจึงเรยี กปฏกิ ิรยิ าชนิดนี้วา ปฏกิ ิริยาคายความรอ น (exothermic reaction) -ถา สารผลติ ภัณฑท เี่ กิดข้ึนมพี ลังงานมากกวา สารตง้ั ตน (สาร ผลติ ภัณฑเสถยี รนอยกวา สารต้ังตน ) ในขณะเกดิ ปฏกิ ิริยากจ็ ะมี การดูดความรอ นควบคไู ปดว ย เราจงึ เรยี กปฏิกริ ยิ าชนิดน้ีวา ปฏิกิรยิ าดูดความรอ น (endothermic reaction) -พลงั งานกอ กัมมนั ตเ ปรียบเสมือนผนังกน้ั อนุภาคทม่ี ีพลงั งานตํา่ กวาพลังงานกอ กมั มันตไมใหเกิดปฏกิ ิรยิ า ในปฏกิ ริ ิยาทวั่ ๆ ไป

3. ทฤษฎสี ารเชิงซอนที่ถูกกระตนุ (Activated Complex Theory) ทฤษฎีน้ีอธบิ ายวาอนภุ าคของสารไมใ ชท รงกลมตนั แต อนุภาคมีกลุมหมอกของอิเล็กตรอนหอหุม อยู เมื่ออนุภาคเคลอื่ นทีเ่ ขา มาใกลก นั ในระยะทพ่ี อเหมาะหรอื ชนกัน กลมุ หมอกของอิเล็กตรอนก็ จะถกู กระทบกระเทอื นทําใหเ กิดการเปลีย่ นแปลงภายในอนภุ าคของ สารตั้งตน คอื พันธะเคมีของสารต้งั ตนจะออนลงและยืดยาวออกไป กวาเดมิ และเรม่ิ มพี ันธะอยางออ นเกิดขน้ึ ระหวา งคอู ะตอมท่ีเหมาะสม ซง่ึ ขณะน้ีสารตงั้ ตน จะรวมตัวกนั กลายเปนสารชนดิ หนง่ึ ทีม่ ีพลังงาน สูงกวา พลังงานของสารตัง้ ตนและสารผลิตภัณฑ เรยี กสารน้วี าสาร เชงิ ซอ นท่ีถกู กระตุน (Activated Complex) เปนสารท่ีไมอ ยูตัว (Unstable) มีอายุ สน้ั พรอมทีจ่ ะเปล่ยี นเปนสารผลิตภณั ฑห รอื กลับคืนเปนสารตัง้ ตน อยา งเดิมก็ไดเ มอ่ื สารเชิงซอนทถ่ี ูกกระตนุ สลายตัวกลายเปน สาร ผลติ ภัณฑ พันธะเกาก็จะถกู ทาํ ลายโดยสน้ิ เชิงพนั ธะใหมกจ็ ะถกู สรา ง ข้ึนมาแทนท่เี นื่องจากสารเชงิ ซอ นท่ถี กู กระตนุ อยใู นสภาวะไมเ สถยี ร และมรี ะดับพลงั งานสูงมาก (สงู กวาพลงั งานสารตั้งตน และผลติ ภัณฑ) เราจึงนยิ มเรียกสภาวะเชนนวี้ า สภาวะแทรนซิชัน (Transition State) เพราะฉะน้ันอนภุ าคของสารตั้งตน จะชนกนั แลวเกิดปฏิกิรยิ าได อนภุ าคของสารตง้ั ตน จะตอ งมีพลังงานไมตาํ่ กวา พลงั งานของสาร เชิงซอนท่ีถูกกระตนุ เชน เมอ่ื A2 ทาํ ปฏกิ ิริยากับ B2 กลายเปน 2AB โมเลกลุ A2 และ B2 จะเคลอ่ื นท่เี ขา ใกลก ันในระยะที่พอเหมาะหรือชน กัน ถาการชนกันไดพลงั งานเทา กบั หรือมากกวา พลงั งานกอ กมั มันตโ มเลกุล A2และโมเลกุล B2 ก็จะรวมตวั กันกลายเปน สาร เชิงซอนที่ถกู กระตุนท่ีมีพลังงานศกั ยสูงกวา สารตงั้ ตน และสาร ผลิตภณั ฑ จากน้นั สารเชิงซอ นท่ีถูกกระตนุ กจ็ ะสลายกลายเปน สาร ผลติ ภัณฑตอไป

Ea = พลงั งานกอ กัมมนั ต Er = พลังงานของสารตัง้ ตน Ep = พลังงานของสารผลติ ภัณฑ Eac = พลังงานของสารเชงิ ซอ นทถี่ ูก กระตนุ ∆E = ผลตางระหวางพลงั งานของสาร ต้งั ตน และสารผลติ ภณั ฑ (หรือพลงั งา จากรูป กอ นเกิดปฏกิ ิรยิ า A2 แลขะองBป2ฏมิกีพิริยลางั )งานศกั ยค า หนง่ึ เมอ่ื A2 และ B2 เขา ใกลก ันหรือชนกนั แลว มีพลังงานศักย เพิ่มขน้ึ อยางนอยเทากบั พลังงานกอกมั มนั ต (Ea) หรอื มี พลงั งานศกั ยอ ยา งนอยเทา กบั Eac A2 และ B2 ก็จะรวมตวั กนั กลายเปนสารเชิงซอ นทถ่ี กู กระตนุ แลวกลายเปน สาร ผลติ ภัณฑ ทัง้ สารตั้งตนและสารผลติ ภัณฑมีพลงั งานศักย นอ ยกวาของสารเชิงซอ นท่ีถูกกระตุน สว นสารผลติ ภณั ฑ ที่เกดิ ข้นึ อาจมพี ลงั งานศกั ยมากกวา หรอื นอ ยกวาสาร ตงั้ ตน กไ็ ดขน้ึ อยกู ับขนิดของปฏิกริ ยิ า จะเห็นไดวา การชน กันหรอื เขาใกลกันของ A2 และ B2ไดพ ลังงานไมเ ทากับคา พลังงานกอ กัมมนั ต (Ea) A2และ B2 จะไมร วมตัวกันเปน สาร เชิงซอนที่ถกู กระตนุ ไมม กี ารสลายพนั ธะในสารเดมิ และ เกดิ พนั ธะใหม ก็จะไมเกิดสาร AB หรอื ไมเกดิ ปฏิกริ ิยา นน่ั เอง

ในปฏกิ ิรยิ าตางๆจะมคี าพลังงานกอ กัมมันตไมเทา กนั จึง ทาํ ใหอัตราการเกดิ ปฏิกริ ิยาไมเทา กนั ความสมั พันธร ะหวา ง อัตราการเกิดปฏิกิริยาเคมีกบั คาพลงั งานกอ กัมมนั ตเปน ดงั นี้ 1. ถา พลังงานกอกัมมนั ตมคี านอ ยปฏิกิรยิ าเคมีจะ เกดิ เร็ว 2. ถา พลงั งานกอ กัมมนั ตม คี ามาก ปฏิกิรยิ าเคมีจะเกิดชา

จากรูป พลงั งานกอ กมั มันต (Ea)ของรูป ก.ตา่ํ กวารูป ข. แสดงวา อัตราการ เกดิ ปฏกิ ิรยิ า X2 + Y2 → 2XY (ตามรปู ก) มีคามากกวา อัตรา การเกิดปฏิกริ ยิ า A2 + B2 → 2AB (ตามรปู ข) หรือปฏกิ ริ ยิ า X2+Y2→ 2XY เกดิ เร็วกวาปฏิกิริยา A2 + B2 → 2AB นนั่ เอง ตามทฤษฎกี ารชนกัน ทฤษฎีของสารเชงิ ซอนท่ถี ูก กระตนุ และคาพลังงานกอกมั มนั ต สามารถสรุปไดวา อัตราการ เกิดปฏกิ ริ ิยาเคมขี ึ้นอยูก ับ 1. ความถี่ในการชนกันของอนภุ าค ถา มคี วามถสี่ ูงกวา ปฏกิ ริ ยิ า จะเกดิ เร็วกวา 2. จาํ นวนอนภุ าคทีม่ พี ลงั งานสงู ถามมี ากปฏิกริ ิยาจะเกดิ เร็ว ถา มนี อ ยปฏิกริ ยิ าจะเกดิ ชา 3. คา พลังงานกอกมั มันต ถามีคา มากปฏกิ ริ ิยาจะเกดิ ชา แตถา มี คานอ ยปฏิกริ ยิ าจะเกิดเร็ว