บทที อตัราการเกดิปฏิกริิยา (Rate of chemical reaction) มเีนอืหาทีนกัเรียนจะต้องเรียนดงัน ี

. แนวคิดเกียวกบัการเกิดปฏิกิริยา

. ความหมายของอตัราการเกิดปฏิกิริยา

. พลงังานกบัการดาํเนินไปของปฏิกิริยา

. ปัจจยัทีมีผลต่ออตัราการเกิดปฏิกิริยา

หมายเหตุ : ถา้โมเลกุลมีพลงังานจลน์ตาํ ชนกนั และพลงังานไม่สูงพอ จะไม่มีปฏิกิริยาเกิดขึน

ปฏิกิริยาเคมี (Chemical reaction) คอื กระบวนการทีเกิดจากสารเคมี ชนิดขึนไป เกิดการรวมกนั เกิดเป็นสารใหม่

เช่น

เมือเกิดปฏิกิริยาเคมี ปริมาณสารในระบบจะเปลียนไป โดย

อัตราการเกิดปฏิกิริยา

เปรียบเทียบกบั อตัราเร็วรถ = ระยะทางทีรถเคลือนทีได ้

ระยะเวลาทีใชใ้นการเคลือนที

ซึงการหาอตัราการเกิดปฏิกิริยา คือ

อตัราการเกิดปฏิกิริยา = ปริมาณสารตงัตน้ทีเปลียนไป หรือ ปริมาณสารผลิตภณัฑที์เปลียนไป

ระยะเวลาทีเกิดปฏิกิริยาเคมี ระยะเวลาทีเกิดปฏิกิริยาเคมี

ดงันนั อตัราการเกิดปฏิกิริยา = A1 - A0 หรือ A

t1 - t0 t

. ความหมายของอตัราการเกดิปฏิกริิยา

A + B C

สารตงัตน้ ผลิตภณัฑ์

(Substrate) (Product)

2 H + O H2O

สารตงัตน้ ผลิตภณัฑ์

(Substrate) (Product)

ปริมาณสารผลิตภณัฑเ์พิมขึน

ปริมาณสารตงัตน้ลดลง

. แนวคดิเกยีวกบัการเกดิปฏิกริิยาเคม ี

โมเลกุล (สารตงัตน้) ทีมีพลงังานจลน์สูง หรือ มีอตัราเร็วสูง ชนกนั

ชนกนัแรง ทาํใหเ้กิดพลงังานสูงขึนดว้ย

พลงังานสูงนี จะสลายพนัธะในสารตงัตน้

พนัธะในสารตงัตน้ทีถูกสลาย จะไปสร้างพนัธะกนัใหม่ เกิดเป็นสารใหม่ เรียกว่า ผลิตภัณฑ์

โดย อรณี หัสเสม : เรียบเรียง 1

ตัวอย่าง สาร A ทาํปฏิกิริยากบัสาร B ไดส้าร C เมือวดัความเขม้ขน้ของสาร A ขณะเกิดปฏิกิริยาไดผ้ลดงัตาราง

เวลา (วินาที) ความเข้มข้นสาร A (mol/dm3)

0 .

20 .

40 .

60 .

.

.

จากสมการเคมี

ถา้ตอ้งการหาอตัราการการลดลง หรือ อตัราการเพิมขึนของสารในปฏิกิริยาเคมี ทาํไดโ้ดย

อตัราการลดลงของสาร A = ความเขม้ขน้ของสาร A ทีเปลียนไป = [A2] - [A1 ] = [A]

(สารตงัตน้) ระยะเวลาทีเกิดการเปลียนแปลง t2 - t1 t

อตัราการเพิมขึนของสาร C = ความเขม้ขน้ของสาร C ทีเปลียนไป = [C2] - [C1 ] = [C]

(สารผลิตภณัฑ)์ ระยะเวลาทีเกิดการเปลียนแปลง t2 - t1 t

ในช่วงเวลา - - และ - วินาที

ช่วงเวลาใดมีอตัราการเกิดปฏิกิริยามากทีสุด และอตัรา

การเกิดปฏิกิริยาเฉลียมีค่าเท่าใด

อตัราการเปลียนแปลงของสาร B เขียนแสดงไดอ้ยา่งไร

A + B C

โดย อรณี หัสเสม : เรียบเรียง 2

ตัวอย่าง ความเขม้ขน้ของสารตงัตน้และผลิตภณัฑ ์ณ เวลาต่าง ๆ ทีอุณหภูมิ องศาเซลเซียส ของปฏิกิริยา

2N2O5 (g) 4NO2 (g) + O2 (g)

เวลา (s) ความเข้มข้น (mol/dm3)

N2O5 NO2 O2

. . .

. . .

. . .

. . .

. . 0.0049

. . .

. . .

1. ช่วงเวลา 500 -600 อตัราการสลายตวัของแก๊ส N2O5

มีค่าเท่าใด

2. ช่วงเวลา 0-100 อตัราการเกิดแก๊ส NO2 มีค่าเท่าใด

ให้นักเรียนใช้ข้อมูลในตารางนี หา (คะแนน คะแนน)

1. ช่วงเวลา 200 -300 อตัราการเกิดแก๊ส O2 มีค่าเท่าใด

2. ช่วงเวลา 300-400 อตัราการเกิดแก๊ส NO2 มีค่าเท่าใด

3. ช่วงเวลา 400-500 อตัราการสลายตวัแก๊ส N2O5 มีค่าเท่าใด

โดย อรณี หัสเสม : เรียบเรียง 3

- การเกิดปฏิกิริยาเคมีจะมีพลงังานเขา้มาเกียวขอ้งดว้ย เนืองจากมีการสลายและสร้างพนัธะระหว่างอะตอมของสารในระบบ

อาจเขียนแสดงดว้ยกราฟ ดงัรูป

จากกราฟ อธิบายได้ว่า

- สารตงัตน้มีพลงังาน E โดยโมเลกุลของสารตงัตน้นนัจะชนกนั ทาํใหมี้พลงังานเป็น E ซึงจะไปสลายพนัธะของสารตงัตน้

- หลงัจากนนัจะเกิดการสร้างพนัธะใหม่เกิดเป็นผลิตภณัฑ ์ ซึงมีพลงังานเป็น E

- ผลต่างระหว่างพลงังาน E กบั E คือ พลงังานก่อกมัมนัตข์องปฏิกิริยา (Ea)

เนืองจากผลิตภัณฑ์ทีเกิดขึนมีพลังงานเท่ากับ E ซึงมีค่าน้อยกว่า E

ระบบจึงคายพลังงานออกมามีค่าเท่ากับ E - E = - E ปฏิกิริยานีจึง “ปฏิกิริยาคายพลังงาน”

จากกราฟ อธิบายได้ว่า

- สารตงัตน้มีพลงังาน E พลงังานก่อกมัมนัตข์องปฏิกิริยาเท่ากบั Ea และผลิตภณัฑที์เกิดขึนมีพลงังาน E

- เนืองจากในปฏิกิริยานี E มีค่าสูงกว่า E ระบบจึงดูดพลังงานเข้าไปมีค่าเท่ากับ E - E = E

ปฏิกิริยานีจึงเป็น “ปฏิกิริยาดูดพลังงาน”

จากคาํอธิบายทีกล่าวมาแล้วช่วยให้สรุปได้

ว่าปฏิกิริยาเคมีใด ๆ ทีเป็นปฏิกิริยาคายพลงังาน ผลิตภณัฑจ์ะมีพลงังานตํากว่าสารตงัตน้

ในทางตรงกนัขา้มถา้เป็นปฏิกิริยาดูดพลงังาน ผลิตภณัฑจ์ะมีพลงังานสูงกว่าสารตงัตน้

. พลงังานกบัการดําเนนิไปของปฏิกริิยา

โดย อรณี หัสเสม : เรียบเรียง 4

อัตราการเกิดปฏิกิริยาเคมีสามารถถูกควบคุมให้มีค่ามากหรือน้อยโดยปัจจัยต่อไปนี

1. ธรรมชาติของสารตงัตน้ (Nature of reactant)

2. ความเขม้ขน้ของสารตงัตน้ (Concentration of reactant)

3. ความดนัของสารตงัตน้ (Pressure of reaction)

4. พืนทีผิวของสารตงัตน้ (Surface area)

5. อุณหภูมิ (Temperature)

6. ตวัเร่งปฏิกิริยา (Catalyst) และ ตวัหน่วงปฏิกิริยา (Inhibitor)

สารต่างชนิดกนั จะทาํปฏิกิริยาเคมีได ้เร็ว หรือ ชา้ ต่างกนั ขึนอยูก่บัสมบติัของสารแต่ละชนิด เช่น

- โลหะโซเดียม ( ) ทาํปฏิกิริยากบันาํเยน็ไดเ้ร็วมาก

- โลหะแมกนีเซียม ( ) ทาํปฏิกิริยากบันาํร้อนไดเ้ร็วมาก

ทีเป็นเช่นนีเพราะ โลหะโซเดียม มีความว่องไวในการเกิดปฏิกิริยา เร็วกว่า โลหะแมกนีเซียม

ในปฏิกิริยาเคมีส่วนใหญ่ อตัราการเกิดปฏิกิริยาขึนอยูก่บัความเขม้ขน้ของสารตงัตน้ทีเขา้ทาํปฏิกิริยา สามารถอธิบายได ้ดงันี

- เมือสารตงัตน้มีความเขม้ขน้มาก จะเกิดผลิตภณัฑ์มาก เพราะอตัราการเกิดปฏิกิริยามาก

- จากกราฟจะเห็นว่า ระยะเริมตน้ ความเขม้ขน้จะลดลงอยา่งรวดเร็ว ในขณะทีผลิตภณัฑเ์พิมขึน

- เมือเวลาผ่านไป การเปลียนแปลงดงักล่าวจะลดลง จนอตัราการเปลยีนแปลงเท่ากบัศูนย ์

โดยสารตงัตน้หมด ส่วนสารผลิตภณัฑจ์ะมีค่าคงที

- สรุปจากกราฟ อัตราการเกิดปฏิกิริยามีค่ามาก ในระยะเริมต้น เพราะ ความเข้มข้นของสารตังต้นมาก

เมือเวลาผ่านไป ความเข้มข้นของสารตังต้นลดลง อัตราการเกิดปฏิกิริยาก็ลดลง

และเมือสารตังต้นหมด อัตราการเกิดปฏิกิริยาจะเท่ากับศูนย์

การอธิบายผลของความเขม้ขน้ต่ออตัราการเกิดปฏิกิริยา สามารถใชท้ฤษฎีการชนกนั สามารถอธิบายไดด้งันี

ดังนัน เมือเพิมความเข้มข้นของสารตังต้นมาก ปฏกิิริยาจะเกิดได้เร็ว เพราะความถีในการชนกันของอนุภาคมาก

แต่เมือความเข้มข้นของสารตังต้นลดลง ปฏิกิริยาจะเกิดได้ช้า เพราะ ความถีในการชนน้อย

ถ้าเกิดปฏิกิริยามาก ก็เกิดผลิตภัณฑ์มาก แต่เมือปฏิกิริยาหยดุลง เพราะสารตังต้นหมด ผลิตภัณฑ์จะคงที

6.4 ปัจจยัทีมผีลต่ออตัราการเกดิปฏิกริิยา

6.4.1 ธรรมชาติของสารตังต้น

6.4.2 ความเข้มข้นของสารตังต้น

เวลา

ความ

เข้ม

ข้น

สารผลิตภณัฑ ์

สารตงัตน้

ทาํไมยิงความเขม้ขน้มาก

ยิ งเกดิปฏิกริิยาไดดี้ มาดูกนัจา้…!!!

เมือความเขม้ขน้ของสารตงัตน้มาก (อนุภาคกม็าก) กส็ามารถเขา้ทาํปฏิกิริยากนัไดม้าก

อนุภาคทีมีมาก กจ็ะมีโอกาสวิงชนกนัมาก (ความถีในการชนสูง,ชนกนับ่อย) ทาํใหมี้พลงังานสูงมากดว้ย

เมือพลงังานสูง ทาํใหอ้นุภาคกนัและเกิดการเขา้ทาํปฏิกิริยาไดม้าก อตัราการเกิดปฏิกิริยากม็ากดว้ย

Reaction แปลว่า ปฏิกิริยา

Reactant แปลว่า สารทีเขา้ทาํปฏิกิริยา

โดย อรณี หัสเสม : เรียบเรียง 5

การอธิบายผลของความดนัของสารตงัตน้ต่ออตัราการเกิดปฏิกิริยาเคมี สามารถอธิบายได ้ดงันี

- ความดนัแปรผนัตรงกบัความเขม้ขน้ กล่าวคือ เมือความเขม้ขน้เพิมมากขึน ความดนักเ็พิมมากขึนดว้ย

- ดงันนั เมือความดนัเพิมขึน (ความเขม้ขน้กเ็พิมขึน) ทาํใหอ้นุภาคมีโอกาสชนกนัมากขึน (ความถีในการชนมาก) ทาํใหมี้

พลงังานสูงขึน การเกิดปฏิกิริยาเคมีกม็ากดว้ย อตัราการเกิดปฏิกิริยาเคมีจึงมาก

การอธิบายผลของพืนทีผิวของสารตงัตน้ (ของแขง็) ต่ออตัราการเกิดปฏิกิริยาเคมี สามารถอธิบายได ้ดงันี

- เมือพืนทีผิวของสารตงัตน้ทีเป็นของแข็งมาก จะทาํใหมี้เนือทีทีจะใหอ้นุภาคของสารตงัตน้เขา้ไปชนกนัมาก และมีความถีใน

การชนมาก การเกิดปฏิกิริยากจ็ะมาก อตัราการเกิดปฏิกิริยาจึงมาก

- แต่ในทางตรงกนัขา้ม ถา้พืนทีผิวของสารตงัตน้ทีเป็นของแขง็นอ้ย การเกิดปฏิกิริยากน็อ้ยลงไปดว้ย

- เช่น การเคียวอาหาร

การอธิบายผลของอุณหภูมิ ต่ออตัราการเกิดปฏิกิริยาเคมี สามารถอธิบายได ้ดงันี

- การเพิมอตัราการเกิดปฏิกิริยา นอกจากจะทาํไดโ้ดย

- ยงัสามารถทาํไดโ้ดย การเติมสารบางชนิดลงไป

- เรียกสารทีเติมลงไปแลว้ทาํใหป้ฏิกิริยาเคมีเกิดเร็วขึน ว่า ตวัเร่งปฏิกิริยา หรือ คะตะลิสต ์(Catalyst)

ตัวเร่งปฏิกิริยา คือ สารทีเติมลงไปในปฏิกิริยาแลว้ทาํใหอ้ตัราการเกิดปฏิกิริยาเร็วขึน โดย

ในขณะเกิดปฏิกิริยา ตวัเร่งปฏิกิริยา (คะตะลิสต)์ ไม่เกิดการเปลียนแปลง

แต่ เมือสิ นสุดปฏิกิริยา จะไดต้วัคะตะลิสตก์ลบัมาในขนาดและปริมาณเท่าเดิม เช่น เอนไซม ์ (Enzyme)

เอนไซม ์ - เป็นสารประกอบอินทรียจ์าํพวกโปรตีน ทาํหนา้ทีเป็นตวัเร่งปฏิกิริยาเคมีทีสาํคญัต่อร่างกายของสิงมีชีวติ

ปฏิกิริยาต่างๆ ในร่างกายเกิดขึนไดใ้นอุณหภูมิปกติ เพราะ มีเอนไซมเ์ป็นตวัเร่งปฏิกิริยา

คุณสมบติัของเอนไซมที์สาํคญั ไดแ้ก่

ทาํหนา้ทีเร่งปฏิกิริยาเฉพาะอยา่งเท่านนั เช่น เอนไซมซู์เครส ยอ่ยนาํตาลซูโคส , เอนไซมแ์ลกเตส ยอ่ย แลกโตส เป็นตน้

6.4.4 พืนทีผิวของสารตังต้น

6.4.5 อุณหภูมิของสารตังต้น

6.4.3 ความดันของสารตังต้น

เมืออุณหภูมิสูงขึน ทาํใหอ้นุภาคมีการชนกนัมากขึน

เพราะ การเพิมอุณหภูมิ หรือใหค้วามร้อนแก่สารในปฏิกริิยาทาํใหอ้นุภาคมีพลงังานสูงขึน

เมืออนุภาคมีพลงังานสูง กจ็ะเคลือนทีไดเ้ร็ว และชนกนัมากขึน

โอกาสทีจะชนกนัแลว้เขา้ไปทาํปฏิกิริยากมี็มากขึนดว้ย

ปฏิกิริยากเ็กิดไดม้าก อตัราการเกิดปฏิกิริยากม็ากดว้ย

6.4.6 ตัวเร่งปฏิกิริยา แล ะ ตัวหน่วงปฏิกิริยา การเพิมความเขม้ขน้ การเพิมความดนั การเพิมพืนทีผิว

การเพิมอุณหภูมิ

E + S ES P + E เอนไซม ์ สับเสตรต สารเชิงซ้อน ผลติภณัฑ ์ เอนไซม ์

โดย อรณี หัสเสม : เรียบเรียง 6

- การอธิบายผลของตัวเร่งปฏิกิริยาทีมีต่ออัตราการเกิดปฏิกิริยาเคมี

ปฏิกิริยาดูดพลังงาน ปฏิกิริยาคายพลังงาน

- ตวัเร่งปฏิกิริยา (คะตะลิสต)์ ทาํใหป้ฏิกิริยาเกิดเร็วขึน เนืองจากตวัเร่งปฏิกิริยานีไปช่วยทาํใหพ้ลงังานก่อกมัมนัตล์ดลง

(พลงังานก่อกมัมนัตแ์สดงในกราฟทงั นี) เมือพลงังานก่อกมัมนัตล์ดลง ทาํใหป้ฏิกิริยาเกิดไดง่้ายและเร็วขึน

- เปรียบกบัการโยนลูกบอลขา้มเนินเขา , ลูกบอล = ปฏิกิริยา เนินเขา = พลงังานก่อกมัมนัต์

ถา้เนินเขาสูง การโยนลูกบอลขา้มไปกย็าก แต่ถา้ลดใหเ้นินเขาตาํลง การโยนลูกบอลขา้มไปกท็าํไดง่้ายขึน

ตัวหน่วงปฏิกิริยา

- ตัวหน่วงปฏิกิริยา (Inhibitor) คือ สารทีเติมลงไปแลว้ทาํใหป้ฏิกิริยาเกิดไดช้า้ลง หรือทาํใหอ้ตัราการเกิดปฏิกิริยาตาํลง

เมือสิ นสุดปฏกิิริยา ตวัหน่วงปฏิกิริยาจะกลบัเป็นเหมือนเดิม และมีปริมาณเท่าเดิม

- การอธิบายผลของตัวหน่วงปฏิกิริยาทีมีต่ออัตราการเกิดปฏิกิริยา

ตวัหน่วงปฏิกิริยา (อินฮิบิเตอร์) ทาํใหป้ฏิกิริยาเกิดขึนชา้ลง เนืองจากตวัหน่วงปฏิกิริยาไปช่วยทาํใหพ้ลงังานก่อกมัมนัตเ์พิมขึน

เมือพลงังานก่อกมัมนัตเ์พิมขึน ทาํใหป้ฏิกิริยาเกิดไดย้ากขึน อตัราการเกิดปฏิกิริยากต็าํ

- แมต้วัหน่วงจะทาํใหป้ฏิกิริยาเกิดไดช้า้ลง แต่กย็งัมีการนาํมาใชป้ระโยชน์ได ้ เช่น การเติมโซเดียมเบนโซเอต ( C6H5COONa )

ลงในอาหารสาํเร็จรูป เพือป้องกนัการบูดเน่าของอาหาร (โซเดียมโซเดียมเบนโซเอต เป็นตวัหน่วง ปฏิกิริยาการเกิดปฏิกิริยาของ

จุลินทรียใ์นอาหารทีทาํใหอ้าหารบูด)

- สรุป เกียวกับปัจจัยมีผลต่ออัตราการเกิดปฏิกิริยา

1. อตัราการเกิดปฏิกิริยาเคมีขึนอยูก่บัธรรมชาติสารตงัตน้ คือ ถา้สารตงัตน้มีสมบติัต่างกนั

อตัราการเกิดปฏิกิริยาเคมีจะมีค่าไม่เท่ากนั

2. ปฏิกิริยาเคมีส่วนใหญ่ เมือเพิมความเขม้ขน้ของสารตงัตน้ จะทาํใหป้ฏิกิริยาเกิดเร็วขึน ในทางตรงกนัขา้ม

ถา้ลดความเขม้ขน้ของสารตงัตน้ปฏิกิริยาจะเกิดชา้ลง

3. ปฏิกิริยาเคมีทีมีสารตงัตน้อยูใ่นสถานะแก๊ส เมือเพิมความเขม้ขน้ ความดนัจะเพมิขึน ปฏิกิริยาจะเกิดไดเ้ร็วขึน

4. ในปฏิกิริยาเนือผสม ถา้สารตงัตน้มีของแขง็อยูด่ว้ย การเพิมพืนทีผิวของสารทีเป็นของแขง็ ทาํใหป้ฏิกิริยาเกิดไดเ้ร็วขึน

5. การเพิมอุณหภูมิ ทาํใหป้ฏิกิริยาเกิดเร็วขึน ในทางตรงกนัขา้มการลดอุณหภูมิทาํใหป้ฏิกิริยาเกิดชา้ลง

6. ตวัเร่งปฏิกิริยาหรือคะตะลิสต ์ทาํใหป้ฏิกิริยาเกิดไดเ้ร็วขึน ในทางตรงกนัขา้ม ตวัหน่วงปฏิกิริยาหรืออินฮิบิเตอร์

ทาํใหป้ฏิกิริยาเกิดไดช้า้ลง

การดาํเนินไปของปฏิกริิยา

พลั

งงาน

การดาํเนินไปของปฏิกริิยา

พลั

งงาน

สารตงัตน้ E1

สารตงัตน้ E1 ผลิตภณัฑ ์

E3 ผลิตภณัฑ ์

E3

พลงังาน

กอ่กมัมนัต ์Ea

พลงังาน

กอ่กมัมนัต ์Ea

โดย อรณี หัสเสม : เรียบเรียง 7