อัตราการเกิดปฏิกิริยาเคมีt2040111/53_sheet_kenetic.pdf · กราฟที่ 1.1 การเปลี่ยนแปลงความเข

อต

ว30

โรง

ตราก

0232

เรยนม

การเ

จลนศ

มหดลว

เกด

ศาสต

วทยาน

ดปฏ

รเคม

สรณ(

กรย

และส

สาข

องคกา

ยาเค

สมดล

ขาวชา

ารมหา

1/ 2

คม

เคม

าเคม

าชน)

2553

สาขาวชาเคม โรงเรยนมหดลวทยานสรณ (องคการมหาชน) หนา 1

จลนศาสตรเคม

1. จลนศาสตรเคม

1.1 บทนา

ถาพจารณาปฏกรยาเคมทเกดขนรอบตวจะพบวาอตราการเกดปฏกรยาเคมแตละชนดไมเทากน การเปลยนแปลงทางเคมทเกดขนบางปฏกรยาอาจเกดเรว บางปฏกรยาอาจเกดชา ทงนขนกบชนดของปฏกรยา เชน การเผาไหมของเชอเพลงในเครองยนต การระเบดของ TNT เปนไปอยางรวดเรวมาก หรอปฏกรยาระหวาง AgNO3 กบ NaCl จะเกดตะกอนของ AgCl ทนท แตบางปฏกรยาชามาก เชน การเกดหนงอกหนยอย จากหนปนกบนาฝน และการเกดสนมของเหลก อตราการเกดปฏกรยาเคมบอกใหเราทราบวาสารตงตนของปฏกรยาถกใชไปและสารผลตภณฑของปฏกรยาเคมนนเกดขนไดเรวเพยงใด ขอมลของอตราการเกดปฏกรยาเคมเปนประโยชนในชวตประจาวนมาก โดยเฉพาะอยางยงในการหาสภาวะทเหมาะสมสาหรบการผลตสารชนดตางๆ ในอตสาหกรรมใหมประสทธภาพสงทสด

ภาพท 1.1 The Wide range of reaction rates (Silberberg: 2003)

จลนศาสตรเคม (Chemical Kinetics) หรอเรยกอกชอวา อตราการเกดปฏกรยา (rate of chemical reaction) คอสาขาหนงทเกยวของกบความเรวหรออตราเรวทปฏกรยาเคมเกดขน ความรเกยวกบอตราการเกดปฏกรยามประโยชนในการออกแบบยา การควบคมมลพษ และในการแปรรปอาหาร



1.2 ความหมายของอตราการเกดปฏกรยาเคม อตราการเกดปฏกรยาเปนการศกษาการเปลยนแปลงของสารตงตนหรอสารผลตภณฑตอ

เวลา ซงการเปลยนแปลงทเกดขนนนอาจศกษาในรปของความเขมขน โมลทเปลยนไป หรอความ

ดน เปนตน ซงสามารถเขยนในรปความสมพนธไดดงน

การเปลยนแปลงความเขมขน∆

จากทกลาวไปแลววาเราสามารถทจะหาอตราการเปลยนแปลงของสารตงตน หรอสาร

ผลตภณฑกได โดยหากเราศกษาจากสารตงตนพบวาเมอปฏกรยาดาเนนไปจะทาใหสารตงตน

คอยๆ ลดลงและทาใหสารผลตภณฑเพมขน เราจงเขยนความสมพนธของสารตงตนทกาลงลดลง

และสารผลตภณฑทเพมขนไดดงน

การเปลยนแปลงสารตงตนทลดลง

เวลาทเปลยนไป

การเปลยนแปลงสารผลตภณฑทเพมขน

เวลาทเปลยนไป

และโดยทวไปเราจะศกษาการเปลยนแปลงของปฏกรยาเคมในรปของความเขมขนซงเขยน

ความสมพนธไดดงน

หรออาจกลาวไดวาอตราการเกดปฏกรยาคอ derivative ของความเขมขนกบเวลาเขยน

ความสมพนธไดดงน

แตตองละลกไวเสมอวาเราสามารถหาอตราการเกดปฏกรยาไดจากการเปลยนแปลงความดนตอ

เวลาหรอการเปลยนแปลงโมลตอเวลาซงเวลาทใชในการศกษานนอาจเปน วนาท นาท ชวโมง หรอ

วน เปนตนกได ขนอยกบปฏกรยานนเกดไดชาหรอเรวมากนอยเพยงใด



1.3 กราฟของการเปลยนแปลงอตราการเกดปฏกรยา หากเราตดตามปฏกรยาทเกดขน ณ เวลาใดๆ แลวนามาเขยนกราฟเราจะไดความสมพนธของกราฟดงแสดง เมอสารตงตน A สลายตวกลายเปนสารตงตน B ดงสมการ

A B

กราฟท 1.1 การเปลยนแปลงความเขมขนของสารตงตนและสารผลตภณฑตอเวลา

เมอพจารณากราฟของสารตงตน (A) พบวาความเขมขนของสารตงตน (A) จะมปรมาณมากทสด เมอเวลา t=0 แตความเขมขนของสารตงตน A จะลดลงเมอเวลาผานไป แสดงวา สารตงตน A ถกสลายกลายเปนสารผลตภณฑ B กราฟทไดโคงลง เมอเปรยบเทยบอตราการเกดปฏกรยาของสารตงตน พบวาอตราการเกดปฏกรยาในชวงแรกจะเรวมาก และจะลดลงเมอเวลาผานไป การเปลยนแปลงดงกลาวสงเกตไดจากความชนของกราฟ ถากราฟมความชนมาก แสดงวาอตราการเกดปฏกรยาจะเรวขน แตเมอพจารณากราฟของสารผลตภณฑ (B) พบวา กราฟจะโคงขนในชวงแรก และจะคงทหรอโคงนอยลง เหตผลทเปนเชนนนเพราะอตราการเกดปฏกรยาในชวงแรกจะเรวมาก เพราะมสารตงตนอยจานวนมาก โอกาสทจะสลายตวเปนผลตภณฑ จะมมากกวา แตจะลดลงหรอคงทในชวงหลงเพราะสารตงตนถกใชหมด อตราการเกดปฏกรยาจงนอยลง หรอคงท



1.4 ประเภทของอตราการเกดปฏกรยาเคม อตราการเกดปฏกรยาเคมสามารถแสดงได 3 แบบดงน 1.4.1 อตราการเกดปฏกรยาเฉลย (Average rate) หมายถง ปรมาณของสารใหมท

เกดขน หรอสารตงตนทลดลงทงหมดในหนงหนวยเวลา สมการของปฏกรยา สารตงตน สารผลตภณฑ rateave = ปรมาณของสารใหมทงหมด หรอ ปรมาณของสารตงตนทลดลง

เวลาทใชทงหมด 1.4.2 อตราการเกดปฏกรยาในชวงเวลาหนง หมายถง ปรมาณของสารใหมทเกดขน หรอสารตงตนทลดลงในชวงเวลานน ๆ ตอระยะเวลาในชวงนน

rate = ปรมาณของสารใหมทเกดในชวงนน ๆหรอปรมาณของสารตงตนทลดลงในชวงนน ๆ ระยะเวลาในชวงนน ๆ

1.4.3 อตราการเกดปฏกรยาขณะใดขณะหนง (Instantaneous rate) หมายถง ปรมาณสารทเกดขนขณะใดขณะหนงในหนงหนวยเวลาของชวงนน ซงมกจะหาไดจากคาความชนของกราฟ ณ เวลานน ๆ

y dyslopex dx

Δ= =Δ

ตวอยางเชน การหาอตราการเพมขนของปรมาตรกาซไฮโดรเจน ณ เวลาเทากบ 60 วนาท



สามารถทาโดยลากเสนจากจดวนาทท 60 มาตงฉากทจด C แลวลากเสนสมผส AB ผานจด C หาความชนของเสนสมผส ความชนทหาไดนคอ อตราการเกดปฏกรยากาซไฮโดรเจน ณ วนาทท 60 อตราการเกดปฏกรยากาซไฮโดรเจน ณ วนาทท 60 = (5.2-3.3) / (80-30)

= 0.038 cm3/s 1.5 ความสมพนธระหวางสมการเคมและอตราการเกดปฏกรยา โดยทวไปแลวปฏกรยาเคมแตละชนดเมอสารตงตนทาปฏกรยากนอาจเปนอตราสวนใดๆ กได ตวอยางเชน O2 จานวน 1 โมลทาปฏกรยากบ H2 2 โมล จะเกดนาเกดขน ซงเมอเราพจารณาอตราของปฏกรยาพบวา อตราการลดลงของ H2 เทากบ 2 เทาของอตราการลดลงของ O2 เขยนเปนความสมพนธไดดงน

dt]d[O2

dt]d[H 22 −=−

และเมอพจารณาผลตภณฑพบวาอตราการลดลงของ O2 เทากบ ½ เทาของอตราการเกด H2O หรอ

อตราการลดลงของ H2 เทากบอตราการเพมขนของ H2O ซงสามารถเขยนความสมพนธไดดงน

dt]OH[d

21

dt]d[O 22 =− หรอ

dt]OH[d

dt]d[H 22 =−

ดงนนเมอเราเขยนความสมพนธของอตราการเกดปฏกรยาของสารทกตวจะได



dt]OH[d

21

dt]d[O

dt]d[H

21r 222 =−=−=

จะไดความสมพนธของอตราการเกดปฏกรยาหรออตราการเกดปฏกรยาเฉลยในรปทวไปดงน

dt]D[d

d1

dt]C[d

c1

dtd[B]

b1

dtd[A]

a1r ==−=−=

โดยท a b c และ d คอ สมประสทธปรมาณสมพนธ (stoichiometric coefficients)

และคาวาอตราการเกดปฏกรยา หมายถงอตราสทธ (net rate) มไดหมายถงอตราการเกดปฏกรยาดาเนนไปขางหนา (forward reaction) อยางเดยว เพราะปฏกรยายอนกลบ (backward reaction) กอาจเกดไดเชนกน 1.6 แนวคดของการเกดปฏกรยาเคม

ปฏกรยาเคมเกดขนไดอยางไร นกวทยาศาสตรพยายามหาคาอธบาย ในการอธบายนจะใชทฤษฎ 2 ทฤษฏ คอ ทฤษฎการชน (Collision Theory) และ ทฤษฏทรานซชนสเตด (Transition State Theory)

1.6.1 ทฤษฎการชน (Collision Theory) ทฤษฎนไดอธบายไววาการเกดปฏกรยาเคมไดนนจะตองมการชนกนของอนภาคกอน (ม

พลงงานจลนเกดขน) แลวการชนนนจะตองมพลงงานเพยงพอทใชสาหรบในการสลายพนธะเดม และมการสรางพนธะขนมาใหม และจะตองมทศทางเหมาะสมดวย ซงจะชวยใหการเกดปฏกรยาเคมเรวขนดวย แตถาชนกนแลวมพลงงานไมเพยงพอหรอชนในทศทางไมเหมาะสมกจะทาใหไมสามารถเกดปฏกรยาเคมได เชน ปฏกรยาระหวางกาซไฮโดรเจนกบกาซไอโอดนเกดกาซไฮโดรเจนไอโอไดด

H2 (g) + I2 (g) HI (g)



ภาพท 1.3 การชนกนของโมเลกล H2 และ I2

เมอพจารณาการชนกนของโมเลกล H2 และ I2 พบวาการชนกนแบบ ข. มโอกาสทจะเกดปฏกรยาเคมไดมากกวาแบบ ก เนองจากมทศทางในการชนกนของทงสองโมเลกลมความเหมาะสม ทฤษฎการชนมหลกการทสอดคลองกบหลกความเปนจรง แตเราพบวาความสมพนธระหวางอตรากบการชนของโมเลกลซบซอนกวาน ในทางปฏบตพบวาหลาย ๆ กรณปฏกรยาไมไดเกดขนเพราะการชนกนแตเพยงอยางเดยว จากการทดลองและคานวณพบวาจานวนครงของการชนกนทไดผลเปนเพยงเศษสวนนอยมากของจานวนครงของการชนกนทงหมด จากการคานวณพบวาในปฏกรยาทวไป การชนกนทไดผลมเพยง 1 ใน 107 ครงเทานนโดยประมาณ

โมเลกลทเขาชนกนจะมการเปลยนแปลงของพลงงานจลนและพลงงานศกย เมอสองโมเลกลเขาใกลกนและกนจะเกดแรงผลกระหวางกลมหมอกของอเลกตรอน เปนเหตใหโมเลกลเคลอนทชาลง พลงงานจลนของโมเลกลจะลดลง ในขณะเดยวกนพลงงานศกยจะเพมขน หรอกลาวอกนยหนงวา พลงงานจลนเปลยนไปเปนพลงงานศกยขณะทโมเลกลชนกน ถาโมเลกลเคลอนทชา (พลงงานจลนตา) เขาชนกน พลงงานศกยทไดจากพลงงานจลนไมเพยงพอทจะเอออานวยใหกลมหมอกอเลกตรอนจดเรยงตวใหม โมเลกลทงสองจะเคลอนทออกจากกนโดยไมมการเปลยนแปลงเกดขน ตรงกนขาม ถาโมเลกลเคลอนทดวยความเรวสง (พลงงานจลนสง) เขาชนกนพลงงานศกยทไดจากพลงงานจลนสงพอทจะเอออานวยใหกลมหมอกอเลกตรอนทะลทะลวงกนและกน เกดการสลายของพนธะเดมและสรางพนธะใหมเกดผลตผลขน และเมอผลตผลทไดเคลอนทออกไป พลงงานศกยจะลดลงขณะทพลงงานจลนเพมขน โมเลกลเหลานจงเคลอนทเรวขน สรปไดวาโมเลกลทมพลงงานจลนสง (พลงงานศกยสงเมอชนกน) เทานนทเกดปฏกรยาได และพลงงานขนตาสดทโมเลกลจะตองมเพอเอออานวยใหเกดปฏกรยากคอพลงงานกอกมมนต (activation energy, Ea) นนเอง ถามพลงงานไมถงคานโมเลกลกจะไมมการเปลยนแปลงหลงจากการชน และหากปฏกรยาดงกลาวมพลงงานของสารตงตนมากกวาพลงงานของสารผลตภณฑจะเรยกปฏกรยา

แทน I แทน H

ก

ข



นนวาปฏกรยาคายความรอน ในทางกลบกนหากพลงงานของสารผลตภณฑมากกวาสารตงตนจะเรยกปฏกรยานนวาปฏกรยาดดความรอน

(http://www.chem.ufl.edu/~itl/2045/matter/FG14_013.GIF)

ภาพท 1.4 การเปลยนแปลงพลงงานศกยสาหรบปฏกรยาคายความรอน

1.6.2 ทฤษฎแอกตเวเตดคอมเพลกซ หรอ ทฤษฎทรานซชนสเตด (Transition state theory)

ทฤษฎแอกตเวเตดคอมเพลกซ หรอ ทฤษฎทรานซชนสเตด (Transition state theory) เปนผลงานของเฮนร ไอยรง และคณะ (Henry Eyring et al.) เปนอกทฤษฎหนงทเกยวกบการเกดปฏกรยาและอตราการเกดปฏกรยาทฤษฎนขยายความคดเรองการชนออกไป อธบายไดวา ในการเกดปฏกรยาจะตองมการเปลยนแปลงทพนธะบางพนธะ ซงพนธะอาจยดและแตกออกไปแลวเกดพนธะใหมชวขณะหนงทอนภาคเขามาปะทะกนมนจะรวมกนเกดเปนสารเชงซอนชนดหนง เรยกวา แอกตเวเตดคอมเพลก (activated complex) ซงไมเสถยรและปรากฏอยบนสดของเสนโคงพลงงานของแผนภาพแสดงพลงงานศกยกบการดาเนนไปของปฏกรยา แอกตเวเตดคอมเพลกนไมใชสารตงตนหรอสารผลตผล แตเปนการรวมเขาดวยกนของอะตอมของสารทเขาทาปฏกรยา ดงน

Ea

การดาเนนไปของปฏกรยา

Potential Energy

ΔH



X X

Y Y

X X

Y Y

X

Y

X

Y

แอกตเวเตดคอมเพลก

เสนขด ---- ระหวางอะตอมในแอกตเวเตดคอมเพลก แสดงใหเหนวาพนธะระหวาง X-X และ Y-Y เรมสลายลง และพนธะ X-Y ของผลตผลเรมเกดขน และวงเลบมความหมายวา แอกตเวเตดคอมเพลกนไมเสถยร ซงอาจเกดการเปลยนแปลงได 2 อยางคออาจเกดเปนผลตผลหรอสารตงตนกได บรเวณสงสดยอดของเสนโคงพลงงานศกยทพบแอกตเวเตดคอมเพลกเรยกวา ทรานซชนสเตด (transition state แปลวาภาวะทเกดการเปลยนแปลง)

ภาพท 1.5 แสดงทรานซชนสเตด และแอกตเวเตดคอมเพลก

ถาสารตงตนมพลงงานจลนสงไมมาก การปะทะกนจะใหพลงงานศกยสงไมพอทจะทาใหเกดสารเชงซอนกอกมมนต โมเลกลทงสองกอาจแยกออกจากกนไปเลยโดยไมเกดอะไรขน ความแตกตางระหวางพลงงานของสารเชงซอนกอกมมนต (พลงงานทเปนคาสงสด) กบพลงงานของตวทาปฏกรยา คอ พลงงานกอกมมนต นนเอง

1.6.3 พลงงานกอกมมนต (Activated Energy; Ea) ดงทเสนอไวในทฤษฎของการชนวา การชนกนทจะใหเปนผลสาเรจนนตองประกอบดวยการชนในทศทางทเหมาะสม และพลงงานของอนภาคกตองสงพอเพยงดวย เราเรยกพลงงานจานวนนอยทสดทจะทาใหเกดปฏกรยาขนไดวา พลงงานกอกมมนต เมอพลงงานกอกมมนตมคา

พลงงาน

ศกย


สาขาวชาเคม

นอย ปฏกรยทาปฏกรยามปฏกรยาจะพลงงานจลนพลงงานศกย

จากพลงงานสง สาคญ 2 ปร

(1) (2)

เรว ปฏก

ปฏกรยามพถาพ

เกดปฏกรยาจานวนอนภาใหปฏกรยาเ

ม โรงเรยนมห

ยามอตราเรวมพลงงานรวเกดขนชา กนใหแกอนภายของระบบเก

(ทม

กภาพคนทจะ ดงนนจานะการคอ จานวนคนทความสงของ

กรยาทเกดขลงงานรวมกพลงงานกอกมาเพมเรวขนเาคทมพลงงากดไดสาเรจ

หดลวทยานส

จลน

ปฏกรยาเรวมกนแลวเกนการเพมอณหาคของตวทากนพลงงานก

มา: หนงสอส

ะเดนขามภเวนคนทจะข

แขงแรงหรองภเขา เมอพล

ขนเรวบางปนแลวเกนคามมนตมคามาเพราะเปนกาานสงพอทจะท

สรณ (องคกา

นศาสตรเค

วบางปฏกรยนคาพลงงานหภมทาใหอาปฏกรยา แลอกมมนต ซง

ภาพท 1.6 กสาระการเรยน

เขาไดจะตองามภเขาไดภ

มพลงงานมาลงงานกอกม

ฏกรยาแทบาพลงงานกอกาก ปฏกรยาจารเพมพลงงาทาใหพลงงา

ารมหาชน)

ม

ยาแทบไมมพกอกมมนตไตราของปฏละเพมจานวนงทาใหปฏกร

การเดนทางขนรพนฐานและ

งแขงแรกมาภายในเวลาท

าก มมนตมคานอ

บไมมพลงงากมมนตไดงาจะเกดขนชา านจลนใหแกนศกยของระ

พลงงานกอกมดงาย ถาพลกรยาเพมเรนอนภาคทมรยาเกดไดสาเ

ขามภเขา ะเพมเตม เค

าก เปรยบเสทกาหนดจงข

ย อตราการเ

นกอกมมนตย การเพมอณกอนภาคของะบบเกดกวาพ

มมนตเลย อนงงานกอกมมรวขนเพราะเมพลงงานสงพเรจ

ม 3 สสวท.)

สมอนอนภาคขนอยกบอง

เกดปฏกรยาจ

ตเลย อนภา

ณหภม ทาใหอตวทาปฏกรพลงงานกอก

หนา 10

นภาคของตวมนตมคามากเปนการเพมพอทจะทาให

คของสารทมคประกอบท

จะมคา

าคของตวทา

อตราของการยา และเพมมมนต ซงทา

0

วก มห

มท

า

รมา



1.6.4 ปฏกรยาคายความรอน (exothermic reaction) และดดความรอน (endothermic reaction)

กาหนดปฏกรยาของสาร A + B C + D เมอนามาเขยนกราฟการเปลยนแปลงพลงงานศกย พบวา สามารถเปนไปได 2 แบบ คอกราฟ ก และ กราฟ ข

a)

b)

ภาพท 1.8 การเปลยนพลงงาน a) คายพลงงาน b) ดดพลงงาน

พลงงาน

ศกย


A + B

C + D

พลงงานความรอน

Ea

พลงงาน

ศกย


A + B

C + D


Ea



จากกราฟ a) C และ D มพลงงานตากวา A และ B แสดงวาปฏกรยานปลอยพลงงานออกมา พลงงานทปลอยออกมาเปนความรอนของปฏกรยา ปฏกรยานเปนแบบคายความรอน ตามรปจะเหนไดวาความรอนของปฏกรยาไมเกยวของกบพลงงานกอกมมนตแตอยางใด ถาพลงงานของ C กบ D สงกวาพลงงานของ A กบ B ดงกราฟ b) ปฏกรยาเปนแบบดดความรอน ถาตองการใหปฏกรยาดาเนนตอไป จะตองใสพลงงานเขาไปเรอย ๆ

ภาพท 1.9 พลงงานกอกมมนตของปฏกรยาไปขางหนาและของปฏกรยาผนกลบ

จากกราฟท 1.9 สมมตวาปฏกรยาระหวาง A และ B ไปเปน C และ D เปนปฏกรยาคายความรอน และสามารถผนกลบได กลาวคอ C และ D สามารถทาปฏกรยากนกลบมาเปน A และ B ปฏกรยาทผนกลบกจะเปนปฏกรยาแบบดดความรอน เราจะเหนไดวาพลงงานกอกมมนตของปฏกรยาผนกลบคอ C กบ D ไปเปน A กบ B นนมคามากกวาพลงงานกอกมมนตของปฏกรยาระหวาง A กบ B ไปเปน A กบ C 1.7 ปจจยทมผลตออตราการเกดปฏกรยา 1.7.1 ธรรมชาตของสารตงตน (reactant) และผลตผล (product) ปฏกรยาจะเกดขนชาหรอเรวขนอยกบธรรมชาตของสาร เชน สารททาปฏกรยาเปนกาซทงคจะทาปฏกรยาไดเรวกวาปฏกรยาทสารอยในสถานะตางกน ชนดของพนธะจะมผลดวยกลาวคอสารแตละชนดมพนธะทยดเหนยวระหวางกนแตกตางกนไป ซงอาจเปนพนธะโลหะทมความแขงแรงมาก พนธะโคเวเลนตทเกดจากระหวางโลหะและอโลหะมความแขงแรงปานกลาง และพนธะแวนเดอรวาลล ซงเปนพนธะทมความแขงแรงนอยทสด ดงนน

พลงงาน

ศกย


A + B

C + D


Ea ปฏกรยาไป

ขางหนา

Ea ปฏกรยา

ยอนกลบ


สารตงตนมพตรงกนขามถเคมเกดไดเรกจะเกดปฏกไดยากตวอย

การกาซไฮโดรเจระหวาง กาซไดยาก

การผสมกน ซงป

ปฏกตวอยางเชน Fe2+

Ba2+

ในขณะทปฏ 2C2

สาหรบสารชโครงสรางทมเลกตวอยางตดไฟ


พนธะทแขงแถามพนธะทไรว) ซงนอกจกรยาเคมไดงยางของปฏกรรเกดกาซแอมจน เปนกาซทซไนโตรเจนแ

เกดเกลอแกปฏกรยานจะ

HCl (aq

กรยาทไมเกยปฏกรยาทเก+ + Ce4+ + + SO4

2+ ฏกรยาทมการH6 + 7O2 ชนดทเปนสมการเชอมตเชนฟอสฟอร

ฟอสฟอ


จลน

แรงกจะทาใหไมแขงแรงมากดพนธะแลงาย และในทรยาตางๆ เชมโมเนย จะพทเสถยรอยแและกาซไฮโด

N2 (g)

ง (NaCl) ทาเกดไดเรว เพ

q) + NaO

ยวของกบการกยวของกบป รสลายพนธะ สารชนดเดยวอกนเปนโครรส ซงฟอสฟ

อรสขาว



เกดปฏกรยาาก กจะทาใลวจะตองดโคางตรงกนขา

ชน พบวาเกดปฏแลว ดงนนถาดรเจน ซงตอง

+ 3 H2 (g

าปฏกรยาโดพราะปฏกรยา

OH (aq)

รสลายพนธะฏกรยาไฟฟา

Fe3+ + BaSO4

แลวจงเกดเป4CO2 +

วกนแตมหลรงสรางขนาดอรสขาวจะต


ม

าเคมไดยาก หเกดปฏกรครงสรางของาม ถาสารมโ

กรยาเคมไดาตองการกาซงใชพลงงานจ

g)

ดยการนา เบสาเปนแบบกา

N

ะเคมจะทาใหาเคม Ce3+

ปนสารผลตภ+ 6H2O ลายรป เกดขดใหญจะเกดปดไฟในอากา

(อตราการเกยาเคมไดงายงสารดวย ถาครงสรางซบ

ดยาก เนองจาซแอมโมเนย จานวนมาก ด

2 NH3 (g

สแก (NaOHารแลกเปลยน

NaCl (aq) +

เกดปฏกรยา

ณฑจะเกดชา

ขนเรว เกดชปฏกรยาไดชาศไดทนท ใน

ฟอสฟ

กดปฏกรยาเคย (อตราการาโครงสรางไมซอนกจะเกด

ากทง กาซไกจะตองทาลดงนนปฏกรย

g)

H) และกรดแนไอออนเทาน

H2O (aq)

าเกดขนอยาง

าตวอยางเชน

ชาขนกบโครชากวาโครงสรนขณะทฟอส

อรสแดง

หนา 13

คมชา) ในทารเกดปฏกรยมสลบซบซอนดปฏกรยาเคม

นโตรเจนแลลายพนธะเดมยานจงเกดขน

แก (HCl) มนนเอง

งรวดเรว

น

รงสราง หากรางทมขนาดฟอรสแดงไม

3

งานม

ะมน

า

กดม



1.7.2 ความเขมขนของสารตงตนและผลตผล การเพมความเขมขนของสารตงตนจะชวยทาใหอตราการเกดปฏกรยาเคมสามารถเกดได

เรวขน เนองจากความเขมขนมากขนปรมาณเนอสารกจะมากตาม จะทาใหการชนกนของอนภาคของสารเกดขนไดมากขน แตถาทาการเพมปรมาตรของสารโดยทปรมาณของเนอสารยงคงเทาเดม (เจอจาง) จะทาใหอตราการเกดปฏกรยาเคมชาลง การพจารณาอตราการเกดปฏกรยาเคมทขนกบความเขมขนของสารตงตนใดบางจะคาดคะเนดจากสมการเคมไมได ตองทาการทดลอง ดงตวอยาง ปฏกรยาเคมเกดขนดงสมการ

3A + 2B C

ตารางท 1.1 การทดลองเพอหาผลของความเขมขนตออตราการเกดปฏกรยาเคม

การทดลอง ความเขมขนของ A

(mol/l) ความเขมขนของ B

(mol/l)

อตราการ

เกดปฏกรยาสาร C (mol/l)

1 2 3

1.0 2.0 1.0

1.0 1.0 2.0

2.5 5.0 5.0

หากเราตองการพจารณาวาอตราการเกด C ขนอยกบความเขมขนของสารตงตนใดบางพจารณาไดจาก ทาการทดลองโดยเปลยนความเขมขนของสารตงตนทละชนด และควบคมความเขมขนสารตงตนอนใหคงทแลวพจารณาอตราการเกดปฏกรยาทเปลยนไป เชนหากพจาณาการทดลองท 1 กบ การทดลองท 2 พบวา ใหความเขมขนของ B คงทแลวเพมความเขมขนของสาร A อตราการเกดปฏกรยาเพมขน และเมอพจารณาการทดลองท 1 กบ การทดลองท 3 พบวา ความเขมขนของ A คงท เปลยนเพมความเขมขนของ B อตราการเกดปฏกรยาเพมขนเชนกน ดงนนสาร A และ B มผลตออตราการเกดปฏกรยา 1.7.2.1 กฎอตราและลาดบของปฏกรยา การศกษาผลของความเขมขนของสารตงตนตออตราการเกดปฏกรยาวธหนงคอหาวาความเขมขนเรมตนมผลตออตราเรมตน (initial rate) อยางไรบาง โดยทวไปเรามกนยมวดอตราเรมตนเพราะเมอปฏกรยาดาเนนไปสารตงตนจะมความเขมขนลดลง และอาจทาใหการวดการเปลยนแปลงความเขมขนไดยากขน นอกจากนยงอาจเกดปฏกรยายอนกลบจากผลตภณฑไปเปนสารตงตน ทาใหการวดอตราผดพลาดไดแตทเรมตนปฏกรยาจะไมมปญหาดงกลาวน ในทาง



ความเขมขน

ปฏบตอาจตดตามความเขมขนของสารตงตนหรอผลตผลทเวลาตาง ๆ แลวนามาเขยนกราฟระหวางความเขมขนกบเวลา จากนนจงคานวณความเขมขนทเวลา t = 0 ดงแสดงในภาพ

อตราเรมตน คดจากสารเรมตน ผลตภณฑ

สารเรมตน อตราเรมตน คดจากผลตภณฑ

เวลา

ภาพท 1.14 การเปลยนแปลงความเขมขนของสารตงตนและสารผลตภณฑ กบเวลา

การศกษาอตราของปฏกรยา ใชวธทาการทดลองหลาย ๆ การทดลอง โดยทแตละการทดลองใชความเขมขนเรมตน (initial concentration) ของสารตงตนตางกนแลวบนทกอตราเรมตนทไดจากการทดลอง และสามารถเขยนความสมพนธระหวางอตราการเกดปฏกรยากบความเขมขนของสารไดในรปของคณตศาสตรดงน

A + B C + D

อตราการเกดปฏกรยา α [A] [B] หรอ อตราการเกดปฏกรยา = k [A] [B] หรอ r (Rate) = k [A] [B] สมการแสดงความสมพนธระหวางอตราการเกดปฏกรยากบความเขมขนของสารตงตนทมผลตออตราการเกดปฏกรยาเคม เรยกวา กฎอตรา (rate law หรอ Law of Mass Action) ซงถกคนพบโดย Guldberg และ Waage ชาวนอรเว ในป ค.ศ. 1864 Law of Mass Action กลาววา อตราการเกดปฏกรยาเคมจะเปนสดสวนโดยตรงกบความเขมขนของสารตงตนทเขาทาปฏกรยา คา k เปนคาคงทเรยกวา คาคงทอตรา (rate constant) คา k จะมคาเทากบอตราการเกดปฏกรยาเมอสารตงตนทกชนดมความเขมขนเทากบหนงหนวย และ k จะมคามากหรอนอยขนกบปจจยตาง ๆ เชน ธรรมชาตของสารตงตน อณหภม ฯลฯ



สาหรบปฏกรยาตอไปน 3 A + 2 B C + D สามารถเขยนกฎอตราในเทอมของผลคณของความเขมขนของสารตงตนยกกาลงดวยเลขบางตวไดดงน

nm BAkdtDd

dtCd

dtBd

dtAd ][][][][][

21][

31

===−=−

สาหรบเลขยกกาลง m และ n อาจมคาเทาใดกได จะเปนบวกหรอลบกได โดย m คอ อนดบ (order) ของปฏกรยา เมอถอ A เปนหลก n คอ อนดบ (order) ของปฏกรยา เมอถอ B เปนหลก m + n คอ อนดบรวมของปฏกรยา (overall order of reaction)

(คา m และ n ไมจาเปนตองเทากบคาสมประสทธในสมการปรมาณสมพนธ ดงนนคาของ m และ n จะตองหาจากการทดลองเทานน) m + n เทากบ 0 เรยกวา ปฏกรยาอนดบศนย (zero – order reaction) m + n เทากบ 1 เรยกวา ปฏกรยาอนดบหนง (first – order reaction) m + n เทากบ 2 เรยกวา ปฏกรยาอนดบสอง (second – order reaction) m + n เทากบ 3 เรยกวา ปฏกรยาอนดบสาม (third – order reaction) m + n เทากบ 3/2 เรยกวา ปฏกรยาอนดบสามสวนสอง (three – halves order reaction) ตวอยางการทดลองปฏกรยาระหวางออกซเจนและไนโตรเจนออกไซด O2(g) + 2NO(g) 2NO2 (g)

การทดลองท ความเขมขนเรมตนของปฏกรยา (โมล/ลตร) อตราเรมตน (mol dm-3 s-1) O2 NO

1 2 3 4 5

1.10 x 10-2

1.10 x 10-2

1.10 x 10-2 2.20 x 10-2 3.30 x 10-2

1.30 x 10-2 2.60 x 10-2 3.90 x 10-2 1.30 x 10-2 1.30 x 10-2

3.21 x 10-3 12.8 x 10-3 28.8 x 10-3 6.40 x10-3 9.60 x 10-3



จากตาราง การทดลองท 1 และ 4 จะเหนวาถาเพมความเขมขนเรมตนของ O2 (g) เปนสองเทา โดยทความเขมขนของ NO (g) คงท อตราการเกดปฏกรยากจะเพมขน และจากการทดลองท 1 และ 2 จะเหนวาถาเพมความเขมขนเรมตนของ NO (g) เปนสองเทา โดยทความเขมขนของ O2 (g) คงท อตราการเกดปฏกรยากจะเพมขน

[ ][ ]

4

1

m nk O [NO]2 44m nk O2 [NO]41

r =r

mr [O ]4 2 4=r [O ]1 2 1

⎛ ⎞⎜ ⎟⎜ ⎟⎝ ⎠

m-3 3 -2 36.40×10 mol / dm s 2.20×10 mol / dm=-3 3 -3 33.21×10 mol / dm s 1.30×10 mol / dm

⎛ ⎞⎜ ⎟⎜ ⎟⎝ ⎠

1.99 = (2.00)m 2 = 2m ดงนน m = 1 จะเหนวาปฏกรยานเปนปฏกรยาอนดบหนงเมอยด O2 เปนหลก แสดงวาเมอเพมความเขมขนของ O2 เปนสองเทา อตราการเกดปฏกรยาจะเพมขนเปน 2 เทา

[ ][ ]

2

1

m nk O [NO]2 22m nk O2 [NO]41

r =r

3.99 = (2.00)n 4 = 2n

ดงนน n = 2

nr [NO]2 2=r [NO]1 1

⎛ ⎞⎜ ⎟⎜ ⎟⎝ ⎠

n-3 3 -2 36.40×10 mol / dm s 2.20×10 mol / dm=-3 3 -3 33.21×10 mol / dm s 1.10×10 mol / dm

⎛ ⎞⎜ ⎟⎜ ⎟⎝ ⎠



จะเหนวาปฏกรยานเปนปฏกรยาอนดบสองเมอยด NO เปนหลกแสดงวาเมอเพมความเขมขนของ NO เปนสองเทา อตราการเกดปฏกรยาจะเพมขนเปน 4 เทา ดงนนจะเขยนกฎอตราของปฏกรยานไดวา r = k[O2][NO]2 สาหรบการหาคาคงทอตรา (Determining the Rate Constant) เมอทราบกฎอตราของปฏกรยาตาง ๆ แลวกสามารถหาคาคงทอตราได คาคงทอตรานเปนคาเฉพาะทอณหภมหนง ในทนจะใชขอมลจากการทดลองปฏกรยาระหวางออกซเจนและไนโตรเจนออกไซด

( )( )

k-3r 3.21x10 mol / L.s1

2 2[O ][NO] -2 -22 1.10x10 mol / L 1.30x10 mol / L= =

smolLxLmolxsLmolx ./1073.1

/1086.1./1021.3 223

336

3==

−

−

นกเรยนสามารถตรวจสอบไดจากการทดลองครงอน ๆ ไดดวยวธเดยวกนน จะสงเกตเหนไดวาคา k นจะมหนวยขนอยกบอนดบของปฏกรยา ดงนนคา k จงไมนยมเขยนหนวยไว นกเรยนลองตรวจสอบหนวยของคา k ในเมอเวลามหนวยเปน s ในตารางน

อนดบปฏกรยารวม หนวยของคา k (t in seconds) 0 1 2 3

Mol/L.s (or mol L-1s-1) 1/s (or s-1)

L/mol.s (or L mol-1 s-1) L2/mol2.s (or L2 mol-1 s-1)

สามารถสรปเปนสตรทวไปไดวา (L/mol)order – 1

unit of t 1.7.2.2 อนทเกรตกฏอตรา เราสามารถตดตามการเกดปฏกรยาเคมและหากฎอตราไดโดยตดตามปรมาณสารทเปลยนไปกบเวลา ซงเราสามารถนาขอมลทไดมาเขยนกราฟความสมพนธของการเปลยนแปลงความเขมขนกบเวลาทตดตาม โดยเราสามารถตดตามปฏกรยาและหาอนดบของปฏกรยาไดดงน

Unit of k =



1) ปฏกรยาอนดบศนย สาหรบปฏกรยาอนดบศนยของปฏกรยา A ผลตภณฑ สามารถเขยนกฎอตราไดดงน

kr =

เขยนสมการการเปลยนแปลงอตราการลดลงของสารตงตน A ได

dtd[A]r −=

จะไดความสมพนธระหวางกฎอตราและอตราการลดลงของสาร A ดงน

kdt

d[A]=−

จดรปใหมได kdtd[A] −=

เมออนทเกรตกฏอตราดงกลาวจะได

tdk[A]dt

0

[A]

[A]

t

0

∫∫ −=

kt]A[]A[ 0t −=−

kt]A[]A[ 0t −=

ครงชวต (half life) ของปฏกรยาหมายถงเวลาทใชในการทาใหความเขมขนของสารตงตนลดลงครงหนงของความเขมขนเรมตน โดยเราจะใชสญลกษณแทนครงชวตคอ t1/2 ดงนนเราสามารถหาครงชวตไดดงน t = t1/2 จะได [A]t = [A]0/2



2/100 kt]A[

2]A[

−=

k2]A[

t 02/1 =

2) ปฏกรยาอนดบหนง สาหรบปฏกรยาอนดบหนงเราสามารถหาความสมพนธไดดงน

A ผลตภณฑ

]A[kdt

d[A]r =−=

kdt[A]d[A]

=−

เมออนทเกรตกฎอตราดงกลาวจะได

kdt[A][A]ln

0

−=

kt]Aln[]Aln[ 0t −=

สามารถหาครงชวตได

2/100 kt]Aln[

2]A[

ln −=

k2lnt 2/1 =

[A] k[A]0∫ ∫=−



3) ปฏกรยาอนดบสอง ปฏกรยาอนดบสองนนมกฎอตราสองแบบไดแก r = k[A]2 และ r = k[A][B] เมอ A + B ผลตภณฑ

กรณ r = k[A]2 อนทเกรตกฏอตราจะได

2]A[kdt

d[A]r =−=

kdt[A]d[A]

2−=

เมออนทเกรตกฎอตราดงกลาวจะได

tdk[A]d[A] t

o

]A[

]A[2

t

0

∫∫ −=

kt]A[

1]A[

1

0t+=

สามารถหาครงชวตได

02/1 ]A[k

1t =

กรณ r = k[A][B]

จะได

]B][A[kdt

d[A]r =−=

]B][A[kdt

d[A]=−

จดเทอมของ [B] ท t ใดๆ ใหอยในรปเทอม [A]



[A]0 – [A] = [B]0 – [B]

จะได [B] = [B]0 – [A]0 + [A]

แทนคาจะได

]}A[]A[]B]{[A[kdt

d[A]00 +−=−

kdt]}A[]A[[A]{[B]

d[A]

00−=

+−−

เมออนทเกรตกฏอตราดงกลาวจะได

kt]B[]A[]B[]A[

ln]A[[B]

1

t0

0t

00−=

−

4) ปฏกรยาอนดบหนงทผนกลบได (Reversible first-order reaction) (เพมเตม) ในกรณทระบบเกดปฏกรยาทผนกลบไดดงสมการ

กาหนดใหปฏกรยาไปขางหนาและปฏกรยายอนกลบเปนปฏกรยาอนดบหนงมคาคงทอตราเปน kf และ kr ดงนนสามารถเขยนกฎอตราทงสองไดดงน

]A[kr ff =

]C[kr rr =

จากสมการสมดลพบวาปฏกรยาไปขางหนา ความเขมขน A จะลดลง แตปฏกรยายอนกลบความเขมขน A จะเพมขน จงไดความสมพนธดงน

]C[k]A[kdt

]A[dr rf −=−= 1)

เมอพจารณาความเขมขนท C ณ เวลาใดๆ สามารถเขยนความสมพนธไดดงน [C] = [A]0 – [A] 2)



เมอแทนสมการท 2) ลงในสมการท 1) จะได

])A[]A([k]A[kdt

]A[dr 0rf −−=−= 3)

เมอพจารณาสมการสมดลจะไดวาอตราการเกดปฏกรยาไปขางหนาเทากบอตราการเกดปฏกรยายอนกลบ สามารถเขยนความสมพนธไดวา

rf rr =

eqreqf ]C[k]A[k =

eq

eq0

eq

eq

r

f

]A[]A[]A[

]A[]C[

kk −

== 4)

eqr

rf0 ]A[

kkk]A[ +

= 5)

แทนสมการท 5) ลงในสมการท 3) จะได

])A[]A[k

kk(k]A[kdt

]A[deq

r

rfrf −

+−=− 6)

])A[k]A)[kk(]A[kdt

]A[dreqrff ++−=− 7)

)]A[]A)([kk(dt

]A[deqrf −+−= 8)

เมออนทเกรตสมการท 8) จะได

t)kk(]A[]A[]A[]A[

ln rfeq0

eq +−=−

−

5) ปฏกรยาอนดบหนงแบบ consecutive (Consecutive first-order reaction) (เพมเตม) เมอปฏกรยาทเกดขนสามารถตดตามอนเตอรมเดยตไดซงปฏกรยาดงกลาวสามารถเขยนปฏกรยาไดดงน

PIA 21 kk ⎯→⎯⎯→⎯

จากปฏกรยาทไดสามารถเขยนความสมพนธการเปลยนแปลงของสารไดดงน



]A[kdt

]A[d1=−

1)

]I[k]A[kdt

]I[d21 −= 2)

]I[kdt

]P[d2= 3)

จากการเปลยนแปลงของสาร A เมออนทเกรตจะได

tk0t

1e]A[]A[ −= 4)

เมอแทนคา สมการท 4) ลงในสมการท 2) จะได

]I[ke]A[kdt

]I[d2

tk01

1 −= − 5)

tk012

1e]A[k]I[kdt

]I[d −=+ 6)

สามารถแกสมการท 6) โดยใชวธแกสมการเชงเสนโดยรปทวไปของสมการคอ y’ + P(x)y + Q(x) = 0

โดย intergrating factor U(x) หาไดจาก ∫=

dx)x(Pe)x(U

จากสมการท 6) สามารถหา U ได tkdtk

22 ee)t(U =∫=

คณ U(t) ในสมการท 6) ตลอดทงสมการจะได tk

01tk

2tktk 1222 e]A[ke]I[ke

dt]I[de −=+

tk01

tktk

122

e]A[kedt

]I[de −=

dte]A[ke]I[de tk01

tktk 122 −=



อนทเกรตสมการจะได

dte]A[ke]I[ed tk01

tkt

0

tkI

0

12

2 −∫∫ =

( )tktk0

12

1t

21 ee]A[kk

k]I[ −− −−

=

จากความสมพนธ [P]t = [A]0 – [A]t – [I]t

จะสามารถหาความเขมขนของผลตภณฑได

⎭⎬⎫

⎩⎨⎧

−−

−= −− ]ekek[kk

11]A[]P[ tk1

tk2

120t

21

6) ปฏกรยาอนดบหนงคขนาน (เพมเตม)

จากสมการคขนานสามารถเขยนความสมพนธไดดงน

]A[k]A[kdt

]A[d21 −−=

]A)[kk( 21 +−=

เมออนทเกรตจะได t)kk(

021e]A[]A[ +−=

สวนความเขมขนของสาร B หาไดจากสมการการเปลยนแปลงดงน

]A[kdt

]B[d1=

t)kk(01

21e]A[k +−=



เมออนทเกรตจะได

{ }t)kk(

21

01 21e1kk]A[k

]B[ +−−+

=

ในทานองเดยวกนเราสามารถหาคา C ได

{ }t)kk(

21

021 21e1kk]A[k

]C[ +−−+

=

ถานาสมการความเขมขน B และ C หารกนจะได

2

1

kk

]C[]B[=

ถาทราบความเขมขน B และ C จะทาใหเราทราบอตราสวนระหวางคา k1 และ k2 ได 1.7.2.3 กลไกของปฏกรยาและอตราการเกดปฏกรยา 1) กระบวนการปฐม สมการแสดงปฏกรยาเคมไมไดบอกใหเราทราบวาปฏกรยาเกดขนอยางไร ในหลาย ๆ กรณ สมการเคมแสดงผลรวมของปฏกรยายอยหลาย ๆ ขน และปฏกรยาสวนใหญมไดเกดขนภายในขนเดยว เชน 2 O3 (g) 3 O2 (g)

ปฏก รยานไมไดหมายความวา 2 โมเลกลของ O3 เขามาชนกน แลวได O2

3 โมเลกลเปนผลตผลในทนท ปฏกรยานดาเนนไปโดยม 2 ขนตอน ดงน O3 (g) O2 (g) + O (g) O3 (g) + O(g) 2 O2 (g)

แตละขนของปฏกรยาทเชอวาเกดขนน เรยกวา กระบวนการปฐม (elementary process or elementary steps or elementary reactions) เปนการแสดงขนตอนการเกดปฏกรยาในระดบโมเลกล เราเรยกการแสดงขนตอนการเกดปฏกรยายอยเหลานตามลาดบวา กลไกของปฏกรยา (reaction mechanism) O3 (g) O2 (g) + O (g) กระบวนการปฐม O3 (g) + O (g) 2 O2 (g) กระบวนการปฐม

2 O3 (g) + O (g) 3 O2 (g) + O (g) ปฏกรยารวม



เราเรยก O (g) ในปฏกรยานวา สารมธยนต (Intermediate) หมายถงสารทเกดขนในกลไกของปฏกรยาแตไมปรากฏในสมการแสดงปฏกรยารวม สงเกตวาสารมธยนตรจะเกดในขนแรกของกลไกและจะถกใชตอไปในขนใดขนหนง สารมธยนตหรออนเตอรมเดยตนแตกตางกบแอกตเวเตดคอมเพลก เพราะอนเตอรมเดยตเกดขนจรง ๆ และสามารถตรวจสอบไดแมในบางกรณอาจจะไมงายนก เพราะอาจเกดขนแลวถกใชไปอยางรวดเรวมาก

พจารณากระบวนการปฐมขางตนทาใหแบงออกเปนชนดตางๆ ตามจานวนโมเลกลของสารทเขาทาปฏกรยากนในแตละขนดงน

กระบวนการโมเลกลเดยว (unimolecular reaction) เปนกระบวนการทมสารเรมตนเพยงโมเลกลเดยว เชน

O3 (g) O2 (g) + O (g) N2O4 (g) 2 NO2 (g)

กระบวนการโมเลกลค (bimolecular reaction) เปนกระบวนการทมสารเรมตน 2 โมเลกลเขาทาปฏกรยากน เชน

O3 (g) + O (g) 2 O2 (g) NO2Cl (g) + Cl (g) NO2 (g) + Cl2 (g)

กระบวนการโมเลกลสาม (termolecular reaction) เปนกระบวนการชนดทสารเรมตน 3 โมเลกลเขาทาปฏกรยากน กระบวนการโมเลกลสามนไมคอยพบบอยนก

เนองจากเชอวาปฏกรยาเกดขนจรง ฉะนนจงเขยนกฎอตราสาหรบแตละกระบวนการได โดยดจากปรมาณสมพนธไดทนท ดงน

ขนตอนปฐมภม Molecularity กฏอตรา A Product 2A Product A + B Product 2A + B Product

Unimolecular Bimolecular Bimolecular Termolecular

r = k[A] r = k[A]2

r = k[A][B] r = k[A]2[B]



2) ขนกาหนดอตรา การเขยนปฏกรยาเคม ถาแยกออกเปนกระบวนการปฐมแสดงวาเราทราบกลไกหรอวถทางของการเกดปฏกรยา อตราการเกดปฏกรยาในกระบวนการปฐมแตละขนนนมคาไมเทากน และอตราของปฏกรยารวมยอมขนอยกบกระบวนการปฐม ในทางปฏบตเราศกษากลไกของปฏกรยาโดยเรมจากการรวบรวมขอมล (จากการวดอตราการเกดปฏกรยา) นาขอมลเหลานมาวเคราะหเพอหาคาคงทอตราและอนดบของปฏกรยา เขยนกฎอตรา แลวจงเสนอกลไกของปฏกรยาในรปของกระบวนการปฐมโดยมหลกการ 2 ขอ

1) กระบวนการปฐมทงหมดตองรวมกนไดสมการแสดงปฏกรยารวม 2) ขนกาหนดอตรา (rate determining step) ซงหมายถงกระบวนการปฐมขนทชาทสดใน

กลไกจะตองใหกฎอตราทเหมอนกบกฎอตราทไดจากการทดลอง นอกจากนในการเสนอกลไกของปฏกรยาเคม จะตองมวธตรวจสอบไดวาสารมธยนตรใน

กระบวนการปฐมแตละขนเกดขนจรงดงแสดงในกลไก

ตวอยาง ปฏกรยาระหวางไนโตรเจนไดออกไซดกบคารบอนมอนนอกไซด ดงสมการ NO2 (g) + CO (g) NO (g) + CO2 (g)

ซงมกฎอตราคอ Rate = k[NO2]2 ดงนนเราสามารถเสนอกลไกยอยไดดงน

กลไกของปฏกรยานเปนดงน

(1) NO2(g) + NO2(g) NO3(g) + NO(g) [slow;rate determining]

(2) NO3(g) + CO (g) NO2(g) + CO2(g) [fast]

พจารณาจากกลไกของปฏกรยาจะเหนวา NO3 (g) เปนสารมธยนตร หรอสารอนเทอรมเดยต และสามารถเขยนกฎอตราของกระบวนการปฐมไดดงน

(1) Rate1 = k1[NO2][NO2] = k1[NO2]2

(2) Rate2 = k2[NO3][CO]

ถา k1 = k จะไดวากฎอตราของกระบวนการปฐมท 1 เทากบกฎอตราของปฏกรยาน และกระบวนการปฐมท 1 เปนขนทชาเมอเทยบกบขนท 2 ดงนนกระบวนการปฐมขนท 1 นจงเปนขนกาหนดอตราของปฏกรยา



3) กลไกการเกดปฏกรยาและอตราการเกดปฏกรยา เปนททราบกนแลววาปฏกรยาเคมสวนใหญไมไดเกดเพยงขนเดยว แตอาจเกดขนยอยๆ อกหลายขน แตละขนเราจะเรยกวากระบวนการปฐมภม (Elementary process) เมอรวมขนยอยๆ เขาดวยกนจะไดปฏกรยารวม (Overall reaction) สาหรบสารทเกดในกระบวนการปฐมภมแลวสลายไป เราเรยกวาสารมธยนต (intermediate) ซงมพลงงานสงกวาสารตงตนและสารผลตภณฑ และสารใดกตามหากทาปฏกรยากบสารตงตนแลวไดกลบมาดงเดมเราจะเรยกสารนนวาเปนตวเรงปฏกรยา ตวอยางปฏกรยารวมของ 2NO + O2 2NO2 ซงมปฏกรยายอยหรอกระบวนการปฐมภมดงน ขนท 1 NO + O2 NO3 ขนท 2 NO + NO3 N2O4 ขนท 3 N2O4 2NO2 จากปฏกรยาขางตน สารทเปนอนเตอรมเดยตไดแก NO3 และ N2O4 จานวนของโมเลกลทเขาทาปฏกรยาในกระบวนการปฐมภมเรยกวาโมเลกลารต (molecularity) ของกระบวนการปฐมนน กระบวนการปฐมภมทเกดขนดงสมการ A P มโมเลกลารตเทากบ 1 หรอเรยกวา unimolecular precess A + B P หรอ 2A P เรยกวา bimolecular process หากมโมเลกลเทากบสามจะเรยกวา termolecular process สวนกระบวนการทมโมเลกลารตมากกวา 3 เกดขนไดยากมากจงไมมความสาคญตอการศกษาทางดานจลนศาสตรเคม การหากลไกการเกดปฏกรยานนสามารถหาได 2 วธดวยกนไดแก การประมาณจากขนกาหนดอตรา (rate-determining-step approximation) และการประมาณจากสภาวะนง (steady-state approximation) 3.1) การประมาณจากขนกาหนดอตรา ในปฏกรยาทวไป จะมกระบวนการปฐมขนใดขนหนงในกลไกทเกดขนไดชามากๆ เมอเทยบกบขนอนๆ จงประมาณไดวาอตราการเกดปฏกรยารวมจะขนอยกบขนทชาทสดเทานน กระบวนการปฐมขนนเรยกวาขนกาหนดอตรา (rate-determining step) ปฏกรยาสวนใหญมขนกาหนดอตราเพยงขนเดยว แตบางปฏกรยาอาจมขนกาหนดอตรามากกวา 1 ขนกได ในการประมาณวธนถอวากลไกของปฏกรยาประกอบดวยกระบวนการปฐมทผนกลบไดอยางนอย 1 ขนซงอยในสมดลตลอดเวลา ตามดวยขนกาหนดอตรา และหลงจากนนอาจมกระบวนการปฐมทคอนขางเรวอกหรอไมกได ซงกลไกทไดเมอเทยบกบกฎอตราจากการทดลองตองเหมอนกน หากเหมอนกนแสดงวากลไกทเสนอนนยอมรบได ตวอยางการหากลไกการเกดปฏกรยาทาไดดงน

มกฎอตราทไดจากการทดลองดงน

r = k[NO]2[O2]



มผเสนอกลไกดงน

เขยนกฎอตราจากขนทชาทสด

r = k2[NO3][NO] เปลยน intermediate ในกฎอตราทเขยน จากสมการท 1 ทภาวะสมดลอตราการเกดปฏกรยาไปขางหนาเทากบอตราการเกดปฏกรยายอนกลบจะได

อตราการเกดปฏกรยาไปขางหนา = อตราการเกดปฏกรยายอนกลบ k1[NO][O2] = k-1[NO3]

]O][NO[kk

]NO[ 21

13

−=

เมอแทนคาในกฎอตราจะได

]O[]NO[k

kkr 2

2

1

21

−=

จะเหนไดวากฎอตราทพสจนไดจากกลไกตรงกบกฎอตราทไดจากการทดลองสรปไดวากฎอตราทเสนอนนยอมรบได 3.2) การประมาณจากสภาวะนง กลไกทประกอบดวยกระบวนการปฐมตงแต 2 ขนขนไปมกมสารผลตภณฑอยางนอย 1 ชนดทไมปรากฏในสมการแสดปฏกรยารวมเมอเกดขนแลวจะเกดปฏกรยาอยางรวดเรวซงสารเหลานกคอมธยสาร (Intermediate) จงมความเขมขนตามากตลอดเวลาทเกดปฏกรยา [A] >> [B] << [C] เมอ A คอสารตงตน C คอผลตภณฑและ B คอสารมธยนต จากกราฟพบวาอตราการเปลยนแปลงสารมธยนตชวงแรกจะไมคงทแตเมอเวลาผานไปจะคงทหรออาจกลาวไดวาอตราการเปลยนแปลงของสารมธยนตคงท หรอ d[B]/dt = 0 ซงเรยกสภาวะนวาสภาวะหยดนง



ตวอยางเชนการสลายตวของแกส N2O5 เปนดงสมการ

มกฎอตราทไดจากการทดลองดงน

r = k[N O ]2 5

และมการเสนอกลไกการเกดปฏกรยาเปน 3 ขนดงน

เมอเราตองการพสจนปฏกรยาดงกลาวดวยการประมาณคาจากสภาวะหยดนงจะได

[ ]31 2 5 -1 2 3 2 2 3 3 3

d NO= 0 = k [N O ]- k [NO ][NO ]- k [NO ][NO ]- k [NO][NO ]

dt

1 2 5 -1 2 2 3 3 3= k [N O ]- (k + k )[NO ][NO ]- k [NO][NO ] 1) และ

2 2 3 3 3d[NO] = 0 = k [NO ][NO ]- k [NO][NO ]

dt 2)

จากสมการท 1) จะได [NO3] เขยนในเทอมของสารตงตน [N2O5] และ ผลตภณฑ [NO2] ดงน



1 2 53

-1 2 2

k [N O ][NO ] =(k + 2 k )[NO ]

3)

และสมการท 2) จะได

22

3

k[NO] = [NO ]k

4)

จากกระบวนการปฐมภมขนแรก จะเขยนอตราการเปลยนแปลงความเขนขนของ N2O5 ไดดงน

2 51 2 5 -1 2 3

d[N O ] = -k [N O ]+ k [NO ][NO ]dt

5)

แทนคา [NO3] ในสมการท 5) จะได

2 5 1 2 51 2 5 -1 2

-1 2 2

d[N O ] k [N O ]= -k [N O ] + k [NO ]dt (k + 2 k )[NO ]

6)

1 22 5

-1 2

2 k k= - [N O ](k + 2 k )

7)

ดงนนจะไดกฎอตราดงน 2 5 1 2

2 5-1 2

d[N O ] k k1r = - - [N O ]2 dt (k + 2 k )

หรอ r = k[N2O5]

1.6.3 พนทผว อตราการเกดปฏกรยาเคมจะเปนสดสวนโดยตรงกบพนทผวทเกดปฏกรยา ถาพนทผว

มาก อตราการเกดปฏกรยากจะมากเชนเดยวกน ในทางตรงกนขาม ถาพนทผวนอยกจะทาใหอตราการเกดปฏกรยานอยเชนกน เชนเมอนาแทงโลหะแมกนเซยม และแผนโลหะแมกนเซยมทตดเปนชนเลก ๆ แลว (พนทผวของแผนโลหะแมกนเซยม มากกวา แทงโลหะแมกนเซยม) มาจมในกรดไฮโดรคลอรก จะพบวาเมอโลหะแมกนเซยม จมลงในกรดไฮโดรคลอรก จะเกดฟองแกสขน ซงแกสทเกดขน คอ แกสไฮโดรเจน ดงสมการ Mg (s) + 2 HCl (aq) MgCl2 (aq) + H2 (g)

1.6.4 อณหภม โดยปกตเมอทาการเพมอณหภมจะชวยทาใหอตราการเกดปฏกรยาเคมเพมขนตามเชนกน

เพราะเมออณหภมสงขนจะทาใหอนภาคมพลงงานจลนมากขนและจานวนอนภาคทมพลงงานมากกวาพลงงานกอกมมนต (Ea) มากขนเชนกน และมปฏกรยาบางชนดเทานนทเพมอณหภมแลวทาใหอตราการเกดปฏกรยาเคมนอยลงได แตจะไมสามารถลดพลงงานกอกมมนตลงได



จานวนโมเลกล

ทมพลงงานสงกวา Ea

T2 > T1

ภาพท 10 ผลของอณหภมทมผลตออตราการเกดปฏกรยา

จากกราฟสามารถสรปไดดงน 1) เมออณหภมสงขน จะทาใหอนภาคมพลงงานจลนมากขน จงทาใหเกดอตราการ

เกดปฏกรยามากขน 2) ถาปฏกรยาใดมพลงงานกอกมมนต (Ea) สง จะทาใหพนทใตกราฟของอนภาคทม

พลงงานมากกวาพลงงานกอกมมนต (Ea) นอยลง จงทาใหมอตราการเกดปฏกรยาเคมนอยลง อนภาคมการเคลอนทอยางไรเมอไดรบความรอน อนภาคทมพลงงานมากขน มการ

เคลอนทรอบ ๆ ไดเรวขน เมอมการเคลอนทเรวขน ทาใหมการชนกนเพมมากขนภายในเวลาทกาหนด ดงนนปฏกรยาจะเกดไดเรวขนเมอเราเพมอณหภมใหสงขน ในบางครงการชนกนของอนภาคทาใหเกดการเดงกลบ เนองจากการชนกนไมมความรนแรงเพยงพอทจะเรมปฏกรยาได

T2 T1

พลงงาน

จานวนโมเลกล

Ea



เพราะอนภาคไมมพลงงานเพยงพอ อยางไรกตามอณหภมทเพมสงขนทาใหอนภาคมการเคลอนทเรวขน ทาใหเกดการชนทรนแรงยงขน ดงนนจงมการชนททาใหเกดปฏกรยามากขน

ดงนนการเพมอณหภม 1) ทาใหอนภาคมการชนกนบอยครงขนในชวงเวลาทกาหนด 2) การชนกนชองอนภาคทมากขนเปนผลใหเกดปฏกรยามากขน

เนองจากมการชนทบอยครงขนและมประสทธภาพมากขนอณหภมมอทธพลเปนอยาง

มากตออตราการเกดปฏกรยา ถาเพมอณหภมขน 10°C จะประมาณไดวาอตราเกดปฏกรยาเพมขนเปน 2 เทา

ตามสมการทวไป r = k[A]a[B]b ถาความเขมขนของ A และความเขมขนของ B คงท แตอตราการเกดปฏกรยาเพมขน เมออณหภมเพม แสดงวา k มคาสงขน ความเขมขนนนเกยวของกบจานวนการปะทะกน สวน k จะตองเกยวของกบจานวนการปะทะกนทใหผลสาเรจอนขนอยกบพลงงานกอกมมนตและทศทางชนทเหมาะสมของอนภาค ทงยงเกยวของกบอณหภมดวย ดงสมการของอารเรเนยส

RT/EaAek −=

k = คาคงตวอตรา A = อารเรเนยสแฟกเตอร (เกยวกบจานวนการปะทะ การหนเหทศทาง และอน ๆ) Ea = พลงงานกอกมมนต R = คาคงตวของกาซ

= 8.314 JK-1 mol-1 หรอ = 1.98 คอลอร /โมล-องศา หรอ = 0.0821 l atm mol-1K-1

T = อณหภมสมบรณ (K)

จากสมการของแอรเรเนยส

RTEaAk −= lnln

ทาใหเปน log10

RT

EaAk303.2

loglog −=



จะเหนไดวา เมอ T เปลยนไปเลกนอย k จะเปลยนไปไดมาก ซงหมายถงวา r ยอมเปลยนไปไดมากดวย (Higher T larger k increased rate) เราอาจให A เปนคาคงตว โดยประมาณวาไมขนตออณหภม ดงนนสามารถเขยนสมการใหมไดวา

RT

Eak303.2

log −= + คาคงตว

เมอหาคา k ทอณหภมตางๆ หลายอณหภมแลวทากราฟของ log k กบ 1/T จะไดกราฟของเสนตรง มความชนเทากบ –Ea/2.303 R จากนกอาจคานวณพลงงานกอกมมนต (Ea) ไดจากความชน ถาหากทราบคา k ทอณหภมตางกนเพยงสองอณหภม เชน ท T1 และ T2 กอาจเขยนเปนสมการไดดงน log k1 = - Ea/2.303R T1 + คาคงตว …………(1) log k2 = - Ea/2.303R T2 + คาคงตว …………(2) (2) / (1)

⎟⎟⎠

⎞⎜⎜⎝

⎛−−=−

1212

11303.2

loglogTTR

Eakk

⎟⎟⎠

⎞⎜⎜⎝

⎛−=

211

2 11303.2

logTTR

Eakk

จากคา k1, k2, T1 และ T2 กจะสามารถคานวณหาคา Ea ไดวา

1

2

12

21 log303.2kk

TTTTREa ⎟⎟

⎠

⎞⎜⎜⎝

⎛−

=

1.6.5 ตวเรงปฏกรยา (Catalyst)

ตวเรงปฏกรยา หมายถงสารซงทาใหอตราการเกดปฏกรยาเพมขนโดยตวเรงปฏกรยาเองไมเกดการเปลยนแปลงทางเคมอยางถาวรในปฏกรยา ดงนน เมอปฏกรยาสนสดลงแลวจะไดตวเรงปฏกรยากลบคนมา ตวเรงปฏกรยามความสาคญเปนอยางมากในกระบวนการผลตทางอตสาหกรรม

1.6.5.1 สงสาคญเกยวกบตวเรงปฏกรยาม 3 ประการดงน

1) ตวเรงปฏกรยาสามารถทาใหปฏกรยาเกดไดเรวขน แตผลผลตไมไดเพมมากขนเมอเทยบกบไมไดใชตวเรงปฏกรยา เพยงแตผลผลตเกดขนไดเรวกวาเทานน เมอเปนเชนน



พลงงานของปฏกรยาทมตวเรงปฏกรยาและไมมตวเรงปฏกรยาจะมคาเทากนดวย ถงแมวาพลงงานกอกมมนตของปฏกรยาจะเปลยนไปกตาม หรออาจกลาวไดวาเมอตวเรงปฏกรยา เรงปฏกรยาใด ๆ เรยบรอยแลว ตวเรงปฏกรยาจะตองคงสภาพเหมอนเดม ดงน

S + E ES P + E

เมอ S คอ สารตงตน (Substrate)

E คอ ตวเรงปฏกรยา (Catalyst)

ES คอ เอนไซมซบเตรตคอมเพลกซ (Enzyme- Substrate Complex) หรอ

สารมธยนต (Intermediate)

P คอ ผลตภณฑ (Product)

2) ตวเรงปฏกรยามความจาเพาะเจาะจงกบสารตงตน กลาวคอ ตวเรงปฏกรยา 1 ชนด จะสามารถเรงปฏกรยาไดบางปฏกรยาเทานน ยกตวอยางเชน เอนไซมอะไมเลส จะชวยยอยแปงหรอนาตาล แตไมสามารถชวยยอยโปรตนหรอไขมนได เปนตน

3) ตวเรงปฏกรยาสามารถทาใหปฏกรยาเกดไดเรวขน โดยตวเรงปฏกรยาจะทาใหเกดกลไกใหมทมพลงงานกอกมมนตตากวากลไกทไมไดมตวเรงปฏกรยา

ภาพท 1.11 Reaction energy diagram of a catalyzed and uncatalyzed process.



จากภาพท 1.11 เมอไมมตวเรงปฏกรยา ปฏกรยานเกด 1 ขน ดวยกระบวนการแบบสองโมเลกล A + B Product [Slower]

และเมอมตวเรงปฏกรยา ตวเรงปฏกรยาทาใหเกดกลไกขน 2 ขน ดงน

ขนท 1 A + Catalyst C [Faster]

ขนท 2 C + B Product + Catalyst [Faster]

1.6.5.2 การเรงปฏกรยาโดยทวไปอาจแบงไดเปน 2 ชนด คอ การเรงปฏกรยาประเภทเอกพนธ (Homogeneous catalysis) การเรงปฏกรยาประเภทววธพนธ (Heterogeneous catalysis)

1) การเรงปฏกรยาประเภทเอกพนธ (Homogeneous catalysis) ในการเรงปฏกรยาเอกพนธ สารตงตน สารผลตภณฑ และตวเรงปฏกรยาตางกอยในวฏภาคเดยวกน ซงมกไดแก วฏภาคของเหลว ตวอยางทสาคญทสดของการเรงปฏกรยาเอกพนธคอการเรงปฏกรยาดวยกรดหรอเบสในสารละลายของเหลว ตวอยางเชนปฏกรยาระหวางเอทลแอซเตตกบนา ไดกรดแอซตกกบเอทานอล ตามปกตปฏกรยานเกดไดชามากถาไมมตวเรงปฏกรยา กฎอตราจะเปนดงน

r = k [CH3COOC2H5]

แตถามตวเรงปฏกรยาซงปกตใชกรด กฎอตราจะเปลยนเปน

r = k [CH3COOC2H5] [H+]

การเรงปฏกรยาเอกพนธอาจเกดขนไดในสถานะกาซ ตวอยางเปนทรจกกนดไดแกกระบวนการหองตะกว (lead chamber process) ซงเปนกระบวนการหลกในการผลตกรดซลฟวรก ดงสมการ

2 SO2 (g) + 2 NO2 (g) 2 SO3 (g) + 2 NO (g)

2 NO (g) + O2 (g) 2 NO2 (g)

2 SO2 (g) + O2 (g) 2 SO3 (g)

ปฏกรยารวม

ในปฏกรยานสารใดคอตวเรงปฏกรยาคอ NO2


ใตามปกตตวการเรงปฏกสาคญ ๆ หลเครองยนตข

สาคญของภกาจดไอเสย ออกซไดซ Cเปน N2 กบ ผานกาซทงสมบรณและหรอ Pd หรNO เกดไดเออกไซดของกาซทงหมดจ


2) การเรงป

ในการเรงปเรงปฏกรยากรยาววธพนลายชนด ตวอองรถยนต ก

NO (g) จะภาวะมลพษท (catalytic cCO กบไฮโดO2 ตามลาดหมดเขาไปลดปรมาณขรอออกไซดขเรวขนทอณหงโลหะทรานซจะถกพนออก


จลน

ฏกรยาประ

ปฏกรยาแบบาจะเปนของแนธนบวามควอยางการนาไกาซไนโตรเจน

N2 (g) +

ะทาปฏกรยาทางอากาศ ปconverter) ดรคารบอนทเบ วธการทายงตวเรงปฏอง CO ในภของโลหะทราหภมสง ชองซชน) ซงสามกทางทอไอเส



เภทววธพน

บววธพนธ แขงและสารตวามสาคญมาไปใชในชวตนกบออกซเจ

O2 (g)

กบออกซเจนปจจบนนรถยดงแสดงในภาเหลออยใหกลางานของอปกฏกรยาในชอภาพแสดงลกานซชน เชน งทสองจงบรรมารถแยกสลสยตอไป


ม

นธ (Heterog

สารตงตนแตงตนเปนกาาก โดยเฉพประจาวนเชจนทาปฏกรย

2 N

นในอากาศเกยนตสวนใหญาพท 12 ตวเรลายเปน COกรณนคอ ฉดงแรกเพอเรษณะภายใน CuO หรอ Cรจตวเรงอกชลาย NO เปน

eneous cat

ละตวเรงปฏาซหรอของเหาะอยางยงใน ตวเรงกาจยากนเปนไนต

O (g)

กดเปน NO2 ญจะมอปกรณรงกาจดไอเส

O2 กบ H2O ดอากาศเขาไงการเผาไหตวเรงกาจดไCr2O3) อยาชนดหนง (ซงน N2 และ O2

talysis)

ฏกรยามวฏหลว ในเคมอนการสงเครจดไอเสย ทอตรกออกไซด

(g) ซงกาซณพเศษทเรยสยจะทาหนาท และรดวซ Nไปผสมกบไอมของไฮโดรไอเสยซงประางไรกตาม เงเปนโลหะทร

2 ไดทอณหภ

หนา 38

ภาคตางกนอตสาหกรรมราะหสารเคมอณหภมสงใน ดงสมการ

ซนเปนแหลงยกวา ตวเรงท 2 อยางคอNO กบ NO2

อเสยรอนแลวรคารบอนใหะกอบดวย Ptนองจากกาซรานซชนหรอภมตา กอนท

8

น มมน

งงอ

2 วหt ซ อท


การปฏกรยาถกดไดงาย พนธลง ไมตองกาไดในทศทางของตวเรงปฏของปฏกรยา

1.6. ตวห

อาจทาใหปฏนาและออกซชาลง ในสารของ H2O2 เมกรณตวยบยสลายของ Hผว Pt ไดดกของ Pt ไมได


ภาพท 1.รเรงปฏกรยาดดซบอยทผธะภายในตวทารพลงงานมางทเหมาะสมฏกรยาทาใหาเพมขน

ภาพท 16 ตวหนวงปหนวงปฏกรยฏกรยาเกดชาซเจน โดยปกรละลาย H2OมอใสฟอสเฟยงอาจไปแยงHI เปน H2 แลกวาโมเลกล Hด ปฏกรยาจง


จลน

.12 อปกรณตาแบบววธพนวของตวเรงปทาปฏกรยาทากนกกเกดปตอการปะทะตวทาปฏกรย

1.13 The meปฏกรยา (InาหรอตวยบยาลงหรอหยดกตจะสลายไดO2 มกม Fe3

ฟตลงไป ฟอสงทาปฏกรยากละ I2 ซงม PHI ซงแยงพนงเกดยาก



ตวเรงกาจดไนธนน ถงแมปฏกรยา และถกดดซบอยปฏกรยาได หะกบโมเลกลขยาเขามารวม

etal – catalyhibitor) ยง เปนสารบดยงปฏกรยาไดงายแตถาใส+ ปนอยเลกสเฟตจะรวมกกบตวเรงปฏt เปนตวเรงปนทผวของ P


ม

อเสย (catalyมกลไกยงไมะอยในสภาพบนผวของตวหรอบางทระหของอกสารหมอยใกลเคยง

yzed hydroge

บางชนดทเตมไดอยางสนเชสสารบางอยากนอย ซง Feกบ Fe3+ ซงเฏกรยาเชน สาปฏกรยา ทง

Pt เสยหมด H

ytic converteแนชด แตกเ

พทจะทาใหเกวเรงปฏกรยาหวางทถกดดซหนง นอกจากงกนมาก นบ

enation of e

มลงไปในขอชง เชนการแางเชนฟอสเฟ3+ น จะเปนทากบชวยทาาร As เปนตน เพราะอะต

HI จงหาชองว

er) สาหรบรถเชอวาโมเลกกดสารเชงซอาอาจยดออกซบอยบนผวกนน การถกเปนสาเหตห

ethylene.

งผสมทนามาแยกสลายของฟต จะทาใหเนตวเรงปฏกราลายตวเรงปตวยบยงของตอมของ As วางเขามาเกา

หนา 39

ถยนต กลของตวทานกอกมมนต

กและออนแรงอาจหนเหตวดดซบบนผวนงทใหอตรา

าทาปฏกรยาง H2O2 เปนกดการสลายรยาการสลายปฏกรยา บางปฏกรยาการถกดดตดบนาะบนอะตอม

9

าตงววา

า นยยงรนม



1.6.7 ความดน ความดนจะมผลตอปฏกรยาในกรณปฏกรยาทเกยวกบกาซ กลาวคอเมอเพมความดนโมเลกลของกาซจะชนกนมากขนปฏกรยาจะมอตราการเกดปฏกรยาเรวขน แบบฝกหดทายบท 1. เมอนาสาร M ไปสลายตวเปนสาร N พบวาความเขมขนของสาร M มการเปลยนแปลงดงน

เวลา (s) [M] (mol/dm3) 0 1.00 25 0.75 50 0.60 75 0.45 100 0.35

1.1 จงหาอตราการเกดปฏกรยาเฉลยของสาร M 1.2 จงหาอตราการเกดปฏกรยาของสาร M ในชวงเวลา 0-25 และ 50-75 นาท 2.ถานากาซ A 40 โมล มาใสในภาชนะขนาด 10 cm3 จากนนนามาทาปฏกรยากบสาร B เกดปฏกรยาดงน

6 A + B 2 C + 4 D เมอปลอยให กาซ A ทาปฏกรยากบกาซ B 20 วนาท พบวา เกดกาซ C ขน 80 โมล จงหา 2.1 อตราการเกดปฏกรยาของกาซ C 2.2 อตราการลดลงของกาซ A 2.3 อตราการลดลงของกาซ B 2.4 อตราการเกดปฏกรยาของกาซ D



3.ปฏกรยาระหวาง NO2 กบ CO เปนดงน

NO2 (g) + CO (g) NO (g) + CO2 (g) ถาเรมตนม NO2 100 cm3 และ CO อย 50 cm3 เมอผสมแกสทงสองชนดดวยกนเปนเวลา 10 นาท ปรากฏวาเกดแกสคารบอนไดออกไซดขน 30 cm3 จงหา 3.1 อตราการเกดของ CO2 3.2 อตราการลดลงของสาร NO2 3.3 อตราการลดลงของสาร CO 3.4 อตราการเกดของ NO 3.5 อตราการเกดปฏกรยาเฉลย 3.6 เมอปฏกรยาดาเนนไป 5 นาท จะม CO2 เกดขนก cm

3 4. จากปฏกรยา 3A 2B +C การสลายตวของสาร A มการเปลยนแปลงความเขมขนดงน

เวลา (s) [A] (mol / dm3) 0 1.00 25 0.78 50 0.61 75 0.47 100 0.37 150 0.22 200 0.14 250 Y

ถาอตราการสลายตวเฉลยของสาร A เปน 3.68×10-3 โมลตอลกบาศกเดกซเมตร-วนาท จงหาคา Y จะมคาเทาใด 5.พลงงานกอกมมนตคออะไร มบทบาทในจลนศาสตรเคมอยางไร 6.จงระบปจจยททาใหอนภาคชนกนแลวเกดปฏกรยาเคมได 7.จงเขยนรปแสดงการจดตวของโมเลกลและทศทางการชนกนของโมเลกลทนาจะทาใหเกดปฏกรยาเคมไดในปฏกรยาตอไปน



7.1 H2O (g) + CO (g) H2 (g) + CO2 (g) 7.2 NO2 (g) + CO (g) NO (g) + CO2 (g) 8. จงหาอนดบของปฏกรยาตอไป NO2(g) + CO (g) NO(g) + CO2(g) จากขอมลในการทดลองทกาหนดให การทดลองท อตราเรมตน

(mol/L.s) ความเขมขนเรมตนของ [NO2](mol/L)

ความเขมขนเรมตนของ [CO](mol/L)

1 2 3

0.0050 0.0800 0.0050

0.10 0.40 0.10

0.10 0.10 0.20

9. การศกษาการสลายตวของ N2O5 ทอณหภมตาง ๆ ผลทไดบนทกในตาราง และเมอวาดกราฟ

ระหวาง log k กบ T1

พบวาผลทไดคอเสนตรง มความชน – 5400 องศา-1 ใหคานวณหาคาพลงงานกระตนของปฏกรยาน

อณหภม °C 1/T k x 105 นาท-1 log k

65 55 45 35 25 0

0.002959 0.003048 0.003145 0.003247 0.003357 0.003663

987 150 99.8 13.5 3.46 0.0787

-2.313 -2.824 -3.303 -3.871 -4.461 -6.104

10. จงคานวณหาพลงงานกระตนสาหรบปฏกรยาหนงซงเมอเพมอณหภมจาก 300 K เปน 340 K อตราของปฏกรยาเพมขนเปน 3 เทา 11. ในการสลายตวของสารประกอบไนตรสออกไซด (N2O) จะมกลไก 2 ขนตอน ดงน ขนท 1 N2O N2 + O ขนท 2 N2O + O N2 + O2



กฎอตราทไดจากการทดลองคอ r = k[N2O] (ก) จงเขยนสมการแสดงปฏกรยารวม (ข) สารใดเปนสารมธยนตร (ค) กระบวนการปฐมทงสองขนมอตราการเกดตางกนอยางไร

12. ปฏกรยาทกานหดให

2 NO (g) + O2 (g) 2 NO2 (g) สามารถเขยนกลไก ได 2 แบบ คอ

จงพสจนวากลไกในขอ 2.1-2.2 มกฎอตราเหมอนกน คอ r = k[NO]2[O2] 13. ปฏกรยา

CHCl3 (g) + Cl2 (g) CCl4 (g) + HCl (g) มกลไกทอาจเปนไปได 3 ขนตอนคอ

ขนตอนท 1 Cl2 2 Cl (เรว)

ขนตอนท 2 Cl + CHCl3 CCl3 + HCl

ขนตอนท 3 CCl3 + Cl CCl4 กฎอตราทไดจากการทดลองคอ r = k [CHCl3][Cl2]

1/2 กลไกทง 3 ขนตอนถกตองหรอไม ถา 13.1 ขนตอนท 2 ชากวาขนตอนท 3 13.2 ขนตอนท 3 ชากวาขนตอนท 2 และขนตอนท 2 มสภาวะสมดล 14. ปรมาณของกรดไฮโดรคลอรกทเพมขน 20 มลลลตร เมอกาซไฮโดรเจนทาปฏกรยากบกาซคลอรน เปนเวลา 5 นาท จงหาอตราการเกดปฏกรยาเคม พรอมหนวย



15.เกดไฟไหมตกแถวในกรงเทพมหานคร นกวทยาศาสตรไดตรวจพบวาเกดกาซคารบอนไดออกไซด ในอตรา 20 ลกบาศกเซนตเมตรตอวนาท ถาใชเวลาในการวด 10 นาท จงหาวาในเวลา 10 นาท นมกาซคารบอนไดออกไซดเพมขนกลกบาศกเซนตเมตร 16.เมอจมแผนโลหะสงกะสหนก 1000 กรม ลงในสารละลายกรดไฮโดรคลอรกเปนเวลา 20 นาท จากนนนาสงกะสไปชงใหม พบวาเหลอนาหนกของแผนสงกะสเพยง 250 กรม จงเขยนสมการแสดงการเกดปฏกรยาและหาอตราการเกดปฏกรยา พรอมหนวย

บรรณานกรม

วรากร หรญญาภนนท. (2550). เทคนคการเรยนเคมอตราการเกดปฏกรยาเคม. กรงเทพ ฯ: ฟสกสเซนเตอร

สดจต สงวนเรองและคณะ. (2548). เคมทวไปเลม 3. กรงเทพ ฯ: ว.เจ.พรนตง. สถาบนสงเสรมการสอนวทยาศาสตรและเทคโนโลย. (2547). คมอครสาระการเรยนรพนฐาน และเพมเตม เคมเลม 3. กรงเทพ ฯ: โรงพมพครสภา. สถาบนสงเสรมการสอนวทยาศาสตรและเทคโนโลย. (2547). เคมเลม 3. กรงเทพ ฯ: โรงพมพคร สภา. Steven S. Z. (1986). Chemistry. United State of America: D.C.Health and Company. Siberberg. M. S. (2003). Chemistry. United State of America: Mc Graw-Hill Companies. Brady, J.E. (1990)., Genneral Chemistry. John Wiley and Sons, New York Brady J.E. and Holum J.R., (1993). Chemistry : The Study of Matter and Its Changes, John Wiley and Sons, New York Goldberg D.E.., (1989). Schaum’ s 3000 Solved Problems in Chemistry, Mc

Graw-Hill Petrucci R.H. and Harwood W.S.., (1993). General Chemistry. Priciples and Modern Applications, 6th ed., Macmillan, New York Russel, J.B., (1992). Genneral Chemistry. McGraw-Hill, Inc Shoemaker D.P., Garland C.W., Steinfeld J.I. and Nibler J. W., (1998). Experiments in Physical Chemistry, 4th ed., McGraw-Hill, Inc.



Egel, T. and Reid, P. Physical Chemistry. 3rd ed.; San Francisco: Pearson Education Inc., 2006. Mortimer, M. and Taylor, P. Chemical Kinetics and Mechanism. United Kingdom: The Open University, 2002. McQuarrie, D.A. and Simon, J.D. Physical Chemistry: A Molecular Approach. California: Edwards Brothers Inc., 1997. Espenson, J.H. Chemical Kinetics and Reaction Mechanisms. 2nd ed.; McGraw-Hill Inc., 1995. นภดล ไชยคา, จลนศาสตรเคม. โครงการตาราวทยาศาสตรอสาหกรรม

Documents

อัตราการเกิดปฏิกิริยาเคมีt2040111/53_sheet_kenetic.pdf · กราฟที่ 1.1 การเปลี่ยนแปลงความเข