6.อัตราการเกิดปฏิกิริยาเคมี

Rate of reaction

ปฏิกริ ิยาในชีวติ ประจาํ วนั เกดิ ช้าเร็วต่างกนั หรือไม่ การจดุ ไม้ขดี ไฟ การเกดิ สนิม  การสึ กกร่ อนของโลหะ  การเผาไหม้ ปฏกิ ริ ิยาบางปฏิกริ ิยาเกดิ ขึน้ เร็ว บางปฏิกริ ิยาเกดิ ขึน้ ช้า ปฏิกริ ิยาทเ่ี กดิ ขึน้ ช้าหรือเร็วบอกด้วย อตั ราการเกดิ ปฏิกริ ิยาเคมี

ความหมายของอตั ราการเกดิ ปฏิกริ ิยาเคมี Rate is a measure of the change that happens in a single unit of time ความสัมพนั ธ์ของปริมาณสารทเ่ี ปลย่ี นแปลงไปใน 1 หน่วยเวลา ปริมาณสารต้งั ต้นทล่ี ดลง ปริมาณสารผลติ ภณั ฑ์ทเี่ พมิ่ ขึน้

การหาอตั ราการเกดิ ปฏกิ ริ ิยาเคมี A + B C+ D  อตั ราการเกดิ ปฏิกริ ิยาเคมี = ปริมาณสารต้งั ต้นที่ลดลง = A หรือ Bทลี่ ดลง เวลา เวลา Rate = ปริมาณสารผลติ ภณั ฑ์ทีเ่ กดิ ขนึ้ = C หรือ Dที่เกดิ ขนึ้ เวลา เวลา

Mg(s) + 2HCl(aq) MgCl2(aq) + H2(g) Rate = มวล Mgทลี่ ดลง (g) = 1 ความเข้มข้นของ HCl ทล่ี ดลง (M) เวลา 2 เวลา Rate = ความเข้มข้นของ MgCl2ทเ่ี พมิ่ ขนึ้ (M) เวลา Rate = ปริมาตรของ H2ทเี่ กดิ ขนึ้ (cm3) เวลา การวดั rate ทส่ี ะดวกทส่ี ุดคอื การวดั ปริมาตรของแก๊ส H2

ชนิดของอตั ราการเกดิ ปฏกิ ริ ิยาเคมี อตั ราการเกดิ ปฏกิ ริ ิยาเฉลยี่ อตั ราการเกดิ ปฏิกริ ิยา ณ ช่วงใดช่วงหนึ่ง

อตั ราการเกดิ ปฏกิ ริ ิยาเฉลยี่ (average rate) หมายถึง ปริมาณของสารใหม่ทเ่ี กดิ ขึน้ ท้งั หมดในหนึ่งหน่วยเวลา

อตั ราการเกดิ ในปฏิกริ ิยาขณะใดขณะหน่ึง (instantaneous rate) หมายถึง ปริมาณของสารทเ่ี กดิ ขึน้ ขณะใดขณะหนึ่งในหนึ่ง หน่วยเวลาของช่วงน้ัน

ตวั อยา่ ง  ปฏิกริ ิยา Mg(s) + 2HCl(aq) MgCl2(aq) + H2(g) พบว่า วดั อตั ราการเกดิ แก๊ส H2 ได้ข้อมูลดงั นี้ เวลา (s) ปริมาณแก๊ส (cm3) 10 1.32 30 3.58 60 5.62 90 6.84 120 7.20 150 8.12 180 9.02

จงหา อตั ราการเกดิ ปฏกิ ริ ิยาเฉลยี่ (0.05) อตั ราการเกดิ ปฏิกริ ิยาระหว่าง 30 -60 s (0.068) อตั ราการเกดิ ปฏกิ ริ ิยาระหว่าง 60 -90 s (0.041) อตั ราการเกดิ ปฏกิ ริ ิยาระหว่าง 150 -180 s (0.03) อตั ราการเกดิ ปฏกิ ริ ิยาตอนเร่ิมต้นแตกต่างจากอตั ราการ เกดิ ปฏิกริ ิยาตอนท้ายอย่างไร

กราฟแสดงความสัมพนั ธ์ระหว่างปริมาณสารกบั เวลาทใี่ ช้ทดลอง ปริมาณสารต้งั ต้นจะค่อยๆลดลง จนหมดไป ปริมาณสารผลติ ภณั ฑ์จะค่อยๆเพมิ่ ขึน้ จนคงท่ี

ปฏกิ ริ ิยาเคมเี กดิ ขนึ้ ได้อย่างไร แบบจาํ ลองของทฤษฎกี ารชนกนั ของโมเลกลุ (Collision Theory) \"ปฏกิ ริ ิยาจะเกดิ ขึน้ กต็ ่อเมอ่ื อนุภาคของตวั ทาํ ปฏกิ ริ ิยา (อะตอม โมเลกลุ หรือไอออน ) เกดิ การชนกนั ถ้าการชนน้ันมที ศิ ทางที่ เหมาะสมและมพี ลงั งานมากพอกจ็ ะทาํ ให้พนั ธะเดมิ แตกออกและ สร้างเป็ นพนั ธะใหม่ขนึ้ มา\"

พลังงานกระตุ้นกบั ปฏกิ ริ ิยาเคมี พลงั งานอย่างตา่ํ ทโ่ี มเลกลุ ชนกนั แล้วจะมปี ฏกิ ริ ิยาเกดิ ขึน้ ได้ เรียกว่า พลงั งานกระต้นุ หรือพลงั งานก่อกมั มนั ต์( activation energy = Ea) ปฏกิ ริ ิยาทม่ี ี Ea ตา่ํ จะเกดิ เร็วกว่าปฏกิ ริ ิยาทม่ี ี Ea สูง

 สารเชิงซ้อนถูกกระตุ้น (activated complex) เป็ นสารทพ่ี นั ธะเคมขี อง สารต้งั ต้นเร่ิมจะคลายออกจากกนั และมพี นั ธะเคมขี องสารใหม่เกดิ ขนึ้  เรียกสถานะนีว้ ่า transition state

ปัจจัยทเ่ี กยี่ วข้องกบั การเกดิ ปฏกิ ริ ิยาเคมี จาํ นวนโมเลกลุ ต้องมากพอ ต้องมกี ารชนกนั ต้องมพี ลงั งานมากพออย่างน้อยเท่ากบั พลงั งานกระต้นุ หรือ พลงั งานก่อกมั มนั ต์ ต้องมที ศิ ทางทเี่ หมาะสม

การดาํ เนินไปของปฏกิ ริ ิยา ปฏิกริ ิยาคายความร้อน (exothermic reaction) สารผลติ ภณั ฑ์ทเ่ี กดิ ขึ้นมีพลังงานต่ํากว่าสารตง้ั ต้น (สาร ผลติ ภณั ฑ์เสถียรกว่าสารต้งั ต้น) ในขณะเกดิ ปฏิกริ ิยากจ็ ะมกี าร คายความร้อนควบคู่ไป ปฏิกริ ิยาดูดความร้อน (endothermic reaction) สารผลติ ภัณฑ์ทเี่ กดิ ขน้ึ มพี ลงั งานมากกว่าสารต้ังต้น (สาร ผลติ ภัณฑ์เสถยี รน้อยกว่าสารต้งั ต้น) ในขณะเกดิ ปฏิกริ ิยากจ็ ะมี การดูดความร้อนควบคู่ไปด้วย เราจงึ เรียกปฏกิ ริ ิยาชนิดนีว้ ่า

ก. ปฏิกริ ิยาคายความร้อน ข. ปฏิกริ ิยาดูดความร้อน

ปัจจัยทม่ี ีผลต่ออตั ราการเกดิ ปฏกิ ริ ิยาเคมี ธรรมชาตขิ องสาร  ความเข้ มข้ นของสาร พนื้ ทผ่ี วิ  อุณหภูมิ ตวั เร่งปฏกิ ริ ิยา (คะตะลสิ ต์)และตวั หน่วงปฏกิ ริ ิยา

ธรรมชาตขิ องสาร โลหะโซเดยี มทาํ ปฏิกริ ิยาอย่างรวดเร็วกบั นํา้ เกดิ ประกายไฟและ แก๊สไฮโดรเจน โลหะแมกนีเซียมเกดิ ปฏิกริ ิยากบั นํา้ อย่างช้า ๆ

ความเข้มข้นของสาร ความเข้มข้นของสารเพม่ิ ขึน้ ทาํ ให้จาํ นวนอนุภาคของสารทมี่ โี อกาสชนกนั มากขึน้ โอกาสทจ่ี ะเกดิ ปฏิกริ ิยาจงึ มากขนึ้

พนื้ ที่ผวิ ถ้าเพมิ่ พนื้ ทผี่ วิ ให้มากขึน้ อตั ราการเกดิ ปฏิกริ ิยาจะเพม่ิ สูงขนึ้ Mg(s) +2HCl MgCl2(aq) + H2(g) ลวดแมกนีเซียมทข่ี ดจะเกดิ ปฏกิ ริ ิยาช้ากว่าลวดแมกนีเซียมทต่ี ดั หรือบดเป็ นผง

อณุ หภูมิ (Temperature) การเพม่ิ อณุ หภูมิ อนุภาคชนกนั มากขนึ้ ทาํ ให้มอี นุภาคทม่ี พี ลงั งานจลน์เท่ากบั หรือ มากกว่า Ea มากขนึ้ ปฏกิ ริ ิยาเกดิ ได้เร็วขึน้

ตวั เร่งและตวั ยบั ย้งั ปฏิกริ ิยาเคมี (Catalyst and Inhibitor)  ตวั เร่งปฏกิ ริ ิยา (catalyst)คอื เป็ นสารทช่ี ่วยเร่งให้ปฏิกริ ิยาเกดิ ได้เร็วขึน้ โดยมสี ่วนร่วมในการเกดิ ปฏิกริ ิยาเคมแี ต่เมอื่ สิ้นสุด ปฏกิ ริ ิยากจ็ ะได้ตวั เร่งปฏิกริ ิยากลบั คนื มาเท่าเดมิ ตวั ยบั ย้งั ปฏิกริ ิยา (Inhibitor) คือสารท่ีเม่ือเติมลงไปใน ปฏิกิริยาแล้วมีผลทาํ ให้เกิดปฏิกิริยาได้ช้าลง หรือหยดุ ยงั้ ปฏิกิริยาได้อย่างสิ้นเชิง