krooaoy.files.wordpress.com · Web viewเร อง ปฏ ก ร ยาเคม และอ ตราการเก ดปฏ ก ร ยาเคม ปฏ ก ร ยาเคม

เอกสารประกอบการสอนวชาเคมพนฐาน (สารและสมบตของสาร) หนวยท 4 สรางสรรคโดย ชมรม ควคท.

หนวยการเรยนรท 4เรอง ปฏกรยาเคมและอตราการเกดปฏกรยาเคม

*****************************************************************************

ปฏกรยาเคมตางๆ อาจจะเกดขนไดเรวหรอชาตางกน ซงขนอยกบชนดของปฏกรยา เชน การระเบดของดนปน จดวาเปนปฏกรยาทเกดขนไดเรวมาก เพราะใชเวลาไมถงนาท การลกไหมของเชอเพลง เชน กาซหงตม และนำามนเบนซน กจดวาเปนปฏกรยาทเกดไดเรว การลกไหมของถานหรอของไม จดวาเปนปฏกรยาทเกดขนเรวปานกลาง การเนาเป อยของผก ผลไม จดวาเปนปฏกรยาทเกดขนคอนขางชา การเกดสนมของเหลกจดวาเปนปฏกรยาทเกดขนชามาก เปนตน

ปฏกรยาเคมทมความสำาคญทางดานอตสาหกรรมกเกยวของกบอตราการเกดปฏกรยาเชนเดยวกน ปฏกรยาเหลานใหผลผลตทมผลตอสภาวะเศรษฐกจของประเทศ จงจำาเปนทจะตองผลตใหไดจำานวนมากและตนทนตำา ซงกคอตองไดผลผลตมากทสดในเวลานอยทสดนนเอง ในการนจงจำาเปนทจะตองเรยนรเกยวกบอตราการเกดปฏกรยา เรยนรสภาวะตางๆ ทใชในการควบคมการผลต หรอสภาวะตางๆ ทใชควบคมการเกดปฏกรยา ตองทราบวาปจจยอะไรบางทมผลตออตราการเกดปฏกรยา จะท ำาให ปฏกรยาเกดเรวหรอชาไดอยางไร เปนตน

ในบทนจะไดเรยนรเกยวกบความหมายของอตราการเกดปฏกรยา ปจจยทมผลตออตราการเกดปฏกรยาและกลไกของปฏกรยา

1. การเกดปฏกรยาเคมการเกดปฏกรยาเคม หมายถง การทสารสรางพนธะเคมตอกนแลว

ไดสารใหมทมสมบตตางไปจากสารเดม อาจสงเกตไดจากการเกดตะกอน การเกดกาซ การเปลยนส และความเปนกรด-เบสของสารเปลยนไป ตวอยางเชน

58


ตวอยางท 1 ปฏกรยาระหวางแกสไฮโดรเจนกบแกสออกซเจน ไดนำาเปนผลตภณฑ ซงเขยนแทนสมการดงน 2H2 (g) + O2 (g)

2H2O (l)

ตวอยางท 2 ปฏกรยาการเผาไหมของถานไม ไดกาซคารบอนไดออกไซด เขยนแทนดวยสมการเคมดงน C(s) + O2 (g) CO2 (g)

2. การเขยนสมการเคมสมการเคม เขยนขนเพอแสดงสตรหรอสญลกษณของสารตงตนท

ทำาปฏกรยาพอดกน และสารทเกดจากปฏกรยาองคประกอบของสมการเคม1) สารตงตน (reactant) หมายถง สารเดมกอนเกดการ

เปลยนแปลงหรอสารทเขาทำาปฏกรยากน อาจมสารเพยงชนดเดยวหรอมากกวา 1 ชนดเขยนสตรหรอสญลกษณไวทางซายของสมการ

2) เครองหมายลกศร เครองหมายลกศรเขยนเพอแสดงทศทางการเปลยนแปลง เขยนไวระหวางสารตงตนและผลตภณฑ ลกศรทใชม 2 ลกษณะ คอ

แสดงการเกดปฏกรยาจากซายไปขวามอ ซงเปนการเปลยนแปลงไปขางหนาทางเดยว

แสดงการเกดปฏกรยาทผนกลบได ซงมทงปฏกรยาไปขางหนา ( )และปฏกรยายอนกลบ ()

ปฏกรยาไปขางหนา หมายถง ปฏกรยาทสารตงตนเปลยนแปลงไปเปนสารผลตภณฑ

ปฏกรยายอนกลบ หมายถง ปฏกรยาทสารผลตภณฑเปลยนแปลงกลบไปเปนสารตงตน

3. สารผลตภณฑ

59


สารผลตภณฑ (product) หมายถง สารทเกดจากปฏกรยาหรอสารใหมทเกดจากการเปลยนแปลง อาจมสารเพยงชนดเดยวหรอมากกวา 1 ชนดกได เขยนสตรหรอสญลกษณไวทางขวาของสมการเคม

4. การบอกสถานะของสารในสมการเคมสมการเคมทสมบรณตองบอกสถานะหรอสภาวะของสารในปฏกรยา

ดงนของแขง (solid) = (s)ของเหลว (liquid) = (l)แกส (gas) = (g)สารละลายทมนำาเปนตวทำาละลาย (aqueous) = (aq)

ตวอยางสมการเคม“หนปนทำาปฏกรยากบสารละลายกรดไฮโดรคลอรกไดสารละลาย

แคลเซยมคลอไรด นำา และแกสคารบอนไดออกไซด เขยนแทนดวย”สมการเคม ดงน

CaCO3 (s) + HCl (aq) CaCl2 (aq) + H2O (l) + CO2 (g)

3. การดลสมการเคมการดลสมการเคม เปนการนำาตวเลขทเหมาะสมเตมลงขางหนา

สญลกษณหรอสตรเคมในสมการ เพอใหจำานวนอะตอมนแตละธาตของสารตงตนเทากบจำานวนอะตอมของธาตชนดเดยวกนในผลตภณฑ

เชน H2 (g) + O2 (g) H2O (l)สมการทดลแลวคอ

2H2 (g) + O2 (g) 2H2O (l)หลกการดลสมการเคม1. ใหดลจำานวนอะตอมของสารในโมเลกลทมจำานวนอะตอมมาก

กอน โมเลกลทมจำานวนอะตอมนอยดลทหลง

60


2. นำา (H2O) และธาตอสระ เชน O2 H2 Zn Na Al ใหดลเปนอนดบสดทาย

ตวอยางการดลสมการเคมC3H8 (g) + O2(g) CO2 (g) + H2O (l)

1. ดลทธาต C ใน C3H8 และ CO2 ใหเทากนกอนโดยการเตม 3 หนา CO2 จะได

C3H8 (g) + O2(g) 3CO2 (g) + H2O (l) 2. ดลจำานวนอะตอม H ใน C3H8 และ H2O ใหเทากน โดยการเตม 4 หนา H2O จะได

C3H8 (g) + O2(g) 3CO2 (g) + 4H2O (l)3. อนดบสดทายดลจำานวนอะตอมของ O ทงสองขางใหเทากนโดย

การเตม 5 หนา O2 จะไดสมการทดลแลวเปนดงนC3H8 (g) + 5O2(g) 3CO2 (g) + 4H2O (l)

4. ชนดของปฏกรยาเคมแบงชนดของปฏกรยาเคมอยางงายไดดงน1.ปฏกรยาการรวมตว (combination reaction) เปน

ปฏกรยาเคมทเกดการรวมตวของสารตงตนตงแตสองชนดขนไป อาจไดสารผลตภณฑเพยงชนดเดยวหรอมากกวาหนงชนดกได เชน

C (s) + O2 (g) CO2(g)C2H4 (g) + Cl2(g) C2H4Cl2

2. ปฏกรยาการสลายตว (decomposition reaction) เปนปฏกรยาเคมทสารประกอบสลายตวหรอแตกตวออกเปนองคประกอบยอยเปนธาตหรอสารประกอบ เมอไดรบความรอน เชน

2KMnO4 (s) K2MnO4 (s) + MnO2 (s) + O2 (g)CaCO3 (s) CaO (s) + CO2 (g)3. ปฏกรยาการแทนท (displacement reaction) เปน

ปฏกรยาเคมทมการแทนทไอออนหรอะตอมในสารประกอบดวยไอออนหรอะตอมของอกธาตหนง เชน

61


2Fe(s) + 3H2O (l) Fe2O3 (s) + 3H2(g)Zn (s) + HCl(aq) ZnCl2 (aq) + H2 (g)

5. ปฏกรยาเคมทพบในชวตประจำาวน1. การผกรอนของโลหะ เชน การผกรอนเนองจากการเกดสนม

การเกดออกไซดของอะลมเนยม เปนตนการเกดสนมของเหลกเกดจากเหลกสมผสกบนำาและออกซเจนใน

อากาศ ปฏกรยาทเกดขนเปนดงน4Fe (s) + 3O2(g) + 2H2O (g) 2Fe2O32H2O(s)

สนมเหลกสนำาตาลแดงการเกดออกไซดของอลมเนยมเกดจากอะลมเนยมรวมกบออกซเจน

ในอากาศ ดงสมการ4Al (s) + 3O2(g) 2Al2O3(s)

สขาว2. การผกรอนของหนปนเนองจากกรดการผกรอนของหนปนซงมแคลเซยมคารบอเนต (CaCO3) เปน

องคประกอบ เมอถกนำาฝนทละลายแกสคารบอนไดออกไซดจะเกดปฏกรยาดงน

H2O(l) + CO2 (g) H2CO3 (aq)กรดคารบอนก

CaCO3 (s) + H2CO3 (aq) Ca(HCO3)2 (aq)แคลเซยมไฮโดรเจนคารบอเนต

แคลเซยมไฮโดรเจนคารบอเนตเปนสารละลายใสเมอถกความรอนจะเปลยนเปน CaCO3 H2O และ CO2 ซงเปนกระบวนการเกดหนงอกและหนยอยตามถำาตางๆ

Ca(HCO3)2 (aq) CaCO3 (s) + H2O (l) + CO2 (g)

3. การเผาไหม

62


การเผาไหม เปนปฏกรยาทเกดจากสารรวมกบออกซเจนไดพลงงานความรอนและแสงสวาง สารทเกดจากการเผาไหมจดเปนสารประเภทเชอเพลง ซงสวนใหญมธาตคารบอนและไฮโดรเจนเปนองคประกอบ

การเผาไหมอยางสมบรณ เปนการเผาไหมของสารทมเชอเพลงทไดนำาและกาซคารบอนไดออกไซดเปนสารผลตภณฑ เชน

เชอเพลง + O2 (g) H2O (l) + CO2 (g)การเผาไหมทไมสมบรณเปนการเผาไหมของเชอเพลงทมธาตคารบอนและไฮโดรเจนเปนองค

ประกอบ แลวมปรมาณของกาซออกซเจนไมเพยงพอ จะเกดการเผาไหมทไมสมบรณ ไดสารผลตภณฑเปนกาซคารบอนมอนอกไซด (CO) นำา และ คารบอนไดออกไซด

ปจจยทมผลตอการเผาไหม1. เชอเพลง 2. ความรอน 3. กาซ

ออกซเจน4. ปฏกรยาของกรดกบเบสปฏกรยาทกรดรวมกบเบสไดสารผลตภณฑทเปนเกลอกบนำา เรยก

ปฏกรยานวา ปฏกรยาสะเทน เขยนแทนดวยสมการดงน กรด + เบส เกลอ + นำา

เชน HCl (aq) + KOH (aq) KCl(aq) + H2O (l)

6. ผลกระทบของปฏกรยาเคมทมผลตอสงมชวตและสงแวดลอม

6.1) การเกดฝนกรดฝนกรดเกดจากการทนำาฝนละลายแกสคารบอนไดซออกไซด (CO2)

แกสไนโตรเจนไดออกไซด (NO2) และกาซซลเฟอรไดออกไซด (SO2) ทเกดจากการเผาไหมของเชอเพลง ทำาใหฝนมสมบตเปนกรด เชน

H2O(l) + CO2 (g) H2CO3 (aq)กรดคารบอนก

63


ผลกระทบจากฝนกรดมดงน1. ปาไมถกทำาลาย ตนไมตาย ทำาใหเกดความแหงแลง2. สตวนำาถกทำาลาย ทำาใหเกดการขาดของโซอาหาร3. อาคารทสรางจากโลหะหรอหนปนถกกดกรอน

การแกปญหา 1. เลอกใชพลงงานสะอาดจากธรรมชาตแทนเชอเพลงฟอสซล เชน การใชพลงงานนำา พลงงานจากลม และพลงงานแสงอาทตย เปนตน 2. แยกธาตกำามะถนออกจากฟอสซสกอนนำาไปเปนเชอเพลง 3. ใชปนขาวหรอหนปนทำาใหแกสมความเปนกลาง กอนปลอยออกจากปลองควนสบรรยากาศ

6.2) ปรากฏการณเรอนกระจกปรากฏการณเรอนกระจก เกดจากการทกาซคารบอนไดออกไซดซง

ไดจากการเผาไหมของเชอเพลงปกคลมชนบรรยากาศของโลกเอาไว ทำาใหความรอนในรปของรงสอนฟาเรดซงเปนพลงงานตำาไมสามารถทะลผานชนของแกสคารบอนไดออกไซดไซดออกไปได ทำาใหอณหภมของโลกรอนขน

แนวทางการแกไข1. ลดปญหาการเกดฝนกรด โดยการใชเชอเพลงทมกำามะถนอยนอย2. ลดการเผาไหมเชอเพลงประเภทไฮโดรคารบอน3. กำาจดแกสจากการเผาไหมกอนปลอยสบรรยากาศ4. ปลกปาเพอดดซบแกสคารบอนไดออกไซด

6.3) แกสคารบอนมอนอกไซดแกสคารบอนมอนอกไซด (CO) เปนแกสไมมส ไมมกลน ไมละลายนำา

เกดจาการเผาไหมทไมสมบรณ ผลกระทบตอมนษยคอ เมอเขาไปในรางกายจะมผลตอสขภาพของมนษย เนองจากแกสดงกลาวนจะเขาไปขดขวางการทำางานของเมดเลอดแดง โดยจะไปรวมกบฮโมโกลบน ไดดกวา

64

เอกสารประกอบการสอนวชาเคมพนฐาน (สารและสมบตของสาร) หนวยท 4 สรางสรรคโดย ชมรม ควคท.ออกซเจน 200 เทา เกดเปนคารบอกซฮโมโกบน ทำาใหแกสคารบอนมอนนอกไซดไปแทนทแกสออกซเจนทจะถกนำาไปยงอวยวะตางๆ ของรางกาย ผลกคอ เมอหายใจเอาอากาศทมแกสคารบอนมอนอกไซด 0.15% ตดตอกนนาน 1 ชวโมง มะมอาการปวดศรษะรนแรง ถาไดรบปรมาณมากกวา 60% นาน 3 ชวโมง มอนตรายถงแกชวต

6.4 ) การเกดหมอกแดดหมอกแดดเกดจากสารประกอบไฮโดรคารบอนทำาปฏกรยากบ

ออกซเจนและไนโตรเจนไดออกไซด ทเกดจากธรรมชาตปะปนอยในอากาศ เกดเปนสารประกอบเปอรออกซเอซทลไนเตรต (PAN) ซงมพษอนตรายตอนยนตาและรบกวนระบบหายใจ

----------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------

7. อตราการเกดปฏกรยาเคม7.1 ความหมายของอตราการเกดปฏกรยาเคม

อตราการเกดปฏกรยาเคม หมายถง ปรมาณของผลตภณฑทเกด“ขนจากปฏกรยาใน 1 หนวยเวลา การวดอตราการเกดปฏกรยาจงเปนการ”วดปรมาณของผลตภณฑทเกดขนใน 1 หนวยเวลา เขยนเปนความสมพนธดงน

อตราการเกดปฏกรยาเคม = เวลาเพมขนลตภณฑทปรมาณของผ

เวลา หมายถง ระยะเวลาทเกดปฏกรยาเนองจากการเปลยนแปลงทางเคมเปนกระบวนการทสารตงตน

เปลยนเปนผลตภณฑ การทมปฏกรยาเคมเกดขนกเนองจากมผลตภณฑเก ดข น ดงนนจงสามารถวดอตราการเกดปฏกรยาจากปรมาณของผลตภณฑทเกดขนได ในระหวางเกดปฏกรยา ในขณะทสารผลตภณฑเกดเพมมากขน สารตงตนกจะลดลง ซงการเปลยนแปลงปรมาณของสารผลตภณฑและสารตงตนมสวนสมพนธกน ยงสารผลตภณฑเกดขนมากขนเทาใด สารตงตนกจะยงลดลงเทานน ดงนนในกรณทผลตภณฑทเกดขนไม

65

เอกสารประกอบการสอนวชาเคมพนฐาน (สารและสมบตของสาร) หนวยท 4 สรางสรรคโดย ชมรม ควคท.อยในสภาพทวดปรมาณไดสะดวก กสามารถวดอตราการเกดปฏกรยาจากปรมาณของสารตงตนทลดลงแทน โดยอาศยความสมพนธดงน

อตราการเกดปฏกรยาเคม = เวลาลดลงลตภณฑทปรมาณของผ

เขยนรวมกนไดเปนอตราการเกดปฏกรยาเคม = เวลา

เพมขนลตภณฑทปรมาณของผ

= เวลาลดลงลตภณฑทปรมาณของผ

ไมวาจะวดอตรา การเกดปฏกรยาจากสารตงตนทลดลง หรอจากสารผลตภณฑทเพ มข น จะตองไดคาเท ากน เพราะเปนปฏกรยาเคมเดยวกน การทจะเลอกวดปรมาณของสารตงตน หรอ ผลตภณฑกขนอยกบความสะดวกของการวดปรมาณสารนนๆ

อาจจะกลาวไดรวมๆ ไดวา อตราการเกดปฏกรยากคอ อตราการเปลยนแปลงปรมาณของสารตงตนทลดลง หรออตราการเพมขนของสารตงตน

อตราการเกดปฏกรยา = อตราการลดลงของสารตงตน= อตราการเพมขนของสารผลตภณฑ

วธการวดอตราการเกดปฏกรยาการวดอตราการเกดปฏกรยาจะพจารณาจากการวดปรมาณของสาร

ตงตน หรอสารผลตภณฑกได ทงนขนอยกบความสะดวกของการทดลอง ขนอยกบลกษณะและสมบตของสารทเกยวของ ตวอยางเชน

1. ถาในปฏกรยาเกยวของเปนกาซ อาจจะวดอตราการเกดปฏกรยาจากปร มาณของก าซท เ ก ดข น หร อว ดจากความด นของระบบท เปลยนแปลงไป

2. ถาในปฏกรยาเกยวของกบสารทมส อาจจะวดอตราการเกดปฏกรยาจากความเขมขนของสทลดลงของสาตงตน หรอความเขมของสทเพมขนของผลตภณฑ

66


3. ถาในปฏกรยาเกยวของกบสารละลาย จะวดอตราการเกดปฏกรยาจากความเขมขนของสารละลายทเปลยนไป

นอกจากนกยงสามารถวดอตราการเกดปฏกรยาดวยวธการอยางอน เชน ถาเปนของแขง ใชวธการชงมวล ถาเปนสารละลายทเกยวของกบกรด-เบส ใชวธวด pH เปนตน

หนวยของเวลา ขนอยกบชนดของปฏกรยา ถาปฏกรยาเกดเรวกอาจจะวดเปนนาท หรอวนาท ถาเกดชาอาจจะวดเปนชวโมงหรอเปนวน

หนวยของอตราการเกดปฏกรยา ขนอยกบหนวยปรมาณของสารและเวลา เชน กาซใชลกบาศกเซนตเมตร/วนาท หรอ มลลเมตร/วนาท ของแขงใชเปน กรม/วนาท สารละลายใชเปน โมล/ลตร-วนาท เปนตน

หนวยของอตราการเกดปฏกรยาทใชมากคอ โมล/ลตร-วนาท

พจารณาตวอยางการวดอตราการเกดปฏกรยาตอไปน1. ปฏก รยา Mg (s) + 2HCl (aq) MgCl2 (aq) +

H2 (g)ปฏกรยานอาจวดอตราการเกดปฏกรยาจากสารตางๆ ไดดงนI วดจากปรมาตรของกาซ H2 ทเกดขนII วดจากความดนของกาซ H2 ทเกดขนIII วดจากความเขมขนของ HCl ทเกดขนIV วดจาก pH ของสารละลายทเพมขนV วดจากมวลของ Mg ทลดลงVI วดจากความเขมขนของ MgCl2 ทเพมขนทกวธสามารถนำาไปหาอตราการเกดปฏกรยาไดทงสน แตวธท

สะดวกทสดสำาหรบปฏกรยาดงกลาว คอวดจากปรมาตรของกาซ H2 ท เกดขน

2. ปฏกรยา 2MnO4

- (aq) +5C2O42- (aq) +16H+ (aq) 2Mn2+

(aq) + 8H2O (l) + 10CO2(g)

67


อาจจะวดอตราการเกดปฏกรยาจากสของ MnO4- ทหายไป

หรอจาก pH ทเพมขน3. ปฏกรยา

2H+ (aq) + S2O32- (aq) S (s) + SO2 (g) +

H2O (l)อาจจะวดอตราการเก ดปฏก รยาจากปรมาณของตะกอน

(ของแขง) ของกำามะถนทเกดขน หรอจากความเขมขนของสารละลาย (H+) ทลดลง

การใชสญลกษณแทนอตราการเกดปฏกรยาเคมพจารณาปฏกรยา Mg(s) + H2SO4 (aq) MgSO4

(aq) + H2 (g)สามารถจะวดอตราการเกดปฏกรยาไดทงจากปรมาณ Mg หรอ

H2SO4 ทลดลง และจากปรมาณของ MgSO4 หรอ H2 ทเกดขน ซงอาจจะเขยนสญลกษณแทนอตราการเกดปฏกรยาจากสารตางๆ ไดดงน

ให [ ] แทนความเขมขน หรอปรมาตรของสาร แทนการเปลยนแปลง

t แทนระยะเวลาทเกดปฏกรยาเครองหมาย + แทนการเพมขน - แทนการลดลงถาอตราการเกดปฏกรยาจากความเขมขนของกรด H2SO4 ทลดลง

เมอเวลาเรมตน (t1) ม H2SO4 เขมขน C1

เมอเวลา t2 ม H2SO4 เขมขน C2

เวลาทใช = t2 - t1 = tความเขมขนทลดลง = C2 - C1 = - [H2SO4]

อตราการลดลงของกรด H2SO4 = เวลาลดลงลตภณฑทปรมาณของผ

อ ต ร า ก า ร ล ด ล ง ข อ ง ก ร ด H2SO4 = t

]SOH[ 22

………………………… (1)

68


ในทำานองเดยวกน สารอนๆ กสามารถหาอตราการเปลยนแปลงไดเชนเดยวกน

อตราการลดลงของ Mg = t]Mg[

………………………… (2)

อตราการเพมขนของ MgSO4 = t

]MgSO[ 4

………………………… (3)อตราการเพมขนของ H2 =

t]H[ 2

………………………… (4)

อตราการเปลยนแปลงปรมาณของสารตงตนสมการ (1) - (4) ยงไมใชอตราการเกดปฏกรยาเปนเพยงอตราการเปลยนแปลงปรมาณของสารเทานน แตสามารถสรางความสมพนธระหวางอตราการเกดปฏกรยากบอตราการเปลยนแปลงปรมาณของสารได

พจารณาจากสมการ Mg + H2SO4 MgSO4 + H2

จะเหนไดวา Mg ลดลง 1 โมล H2SO4 จะลดลง 1 โมลดวย พรอมกนนน MgSO4 และ H2 กจะเกดขนอยางละ 1 โมล ดงนนในเวลา 1 หนวยเวลา การเปลยนแปลงปรมาณของ Mg, H2SO4 , MgSO4 และ H2 จะเทากน

เชน ถาในเวลา 10 นาท ใช Mg ไป 0.1 โมลอตราการลดลงของ Mg =

101.0 = 0.01 โมล/นาท

อตราการเปลยนแปลงของ H2SO4 ,MgSO4 ,และ H2 กจะเปน 0.01 โมล/นาท เชนเดยวกน

เนองจากอตราการเปลยนแปลงของสารทกตวตอ 1 หนวยเวลามคาเทากน ดงนนอตราการเกดปฏกรยาจงสามารถพจารณาจากการเปลยนแปลงของสารใดกได และในกรณนอตราการเกดปฏกรยาจงเทากบอตราการเปลยนแปลงของสาร

69


อตราการเกดปฏกรยา = อตราการลดลงของ H2SO4 =

t]SOH[ 22

= อตราการลดลงของ Mg =

t]Mg[

= อตราการเพมขนของ MgSO4 =

t]MgSO[ 4

= อตราการเพมขนของ H2 = t]H[ 2

ถาให R = อตราการเกดปฏกรยา

R = t]SOH[ 22

= t]Mg[

= t]MgSO[ 4

=

t]H[ 2

ในกรณทปฏกรยาเคมนนเกยวของกบสารมากกวา 1 โมลอตราการเกดปฏกรยาจะไมเทากบอตราการเปลยนแปลงของสารนน จะตองมการเพมแฟกเตอรบางอยางเขาไปจงจะหาอตราการเกดปฏกรยาได

พจารณาตวอยางของปฏกรยาMg (s) + 2HCl (aq) MgCl2 (aq) + H2 (g)

อตราการลดลงของ Mg = t]Mg[

………(1)

อตราการลดลงของ HCl = t]HCl[

……….(2)อตราการเพมขนของ MgSO4 =

t]MgCl[

…….. (3)

อตราการเพมขนของ H2 = t]H[ 2

………(4)อตราการเปลยนแปลงปรมาณของสารทง 4 ชนดจะไมเทากนจากสมการถาใช Mg 1 โมล จะตองใช HCl 2 โมล จงจะได

MgCl2 และ H2 อยางละ 1 โมล

70


สมมตวาในเวลา 10 นาท ใช Mg ไป 0.1 โมล จะหาอตราการเปลยนแปลงของสารตางๆ ไดดงน

จากสมการ ถาใช Mg 0.1 โมลจะใช HCl 0.2 โมล และได MgCl2 กบ H2 อยางละ 0.1 โมล

อตราการลดลงของ Mg = 101.0 = 0.01

โมล/นาทอตราการลดลงของ HCl =

102.0 = 0.02

โมล/นาทอตราการลดลงของ MgCl2 =

101.0 = 0.01

โมล/นาทอตราการลดลงของ H2 =

101.0 = 0.01

โมล/นาท

จะเหนไดวาอตราการเปลยนแปลงของสารมคาไมเทากน ถาอตราการเกดปฏกรยา คอ อตราการเปลยนแปลงของสาร อตราการเกดปฏกรยาทคดจากสารตางๆ กจะมคาไมเทากน ซงเปนไปไมได ทงนเพราะ อตราการเกดปฏกรยาของปฏกรยาเคมหนงๆ จะตองมคาเทากนไมวาจะคดจากสารใด ดงนนอตราการเกดปฏกรยาจงไมใช อตราการเปลยนแปลงของสาร แตสามารถคดจากอตราการเปลยนแปลงของสารได

การทจะทำาใหอตราการเกดปฏกรยามคาเทากนไมวาจะคดจากสารใด ตองมการเพมแฟกเตอรบางอยางเขาไป

พจารณากรณของ HCl ถาคณอตราการลดของ HCl ดวย 1/2 จะพบวาอตราการเกดเปลยนแปลงจะเทากบสารอนๆ

1/2 x อ ตราการลดลงของ HCl = 1/2 x 102.0 =

0.01 โมล/นาทตวเลข “2” ทเพมเขาไป กคอจำานวนโมลของ HCl นนเอง ซงเปน

แฟกเตอรทตองเพมเขาไป เพอทำาใหอตราการเปลยนแปลงเทากน

71


อตราการลดลงของ Mg = 0.01 โมล/นาท1/2 x อตราการลดลงของ HCl = 0.01 โมล/นาทอตราการลดลงของ MgCl2 = 0.01 โมล/นาทอตราการลดลงของ H2 = 0.01 โมล/นาท

จะเหนวาทกกรณเทากนดงนนจงเขยนอตราการเกดปฏกรยาเคมจากสารตางๆ ไดดงน

R = t]Mg[

= t]HCl[

21

= t]MgCl[

= t]H[ 2

อตราการเกดปฏกรยาเคมจงมสวนสมพนธกบอตราการเปลยนแปลงของสารผานทางแฟกเตอรเกยวกบจำานวนโมล ซงเขยนความสมพนธทวๆ ไป ไดดงน

R = n1 x อตราการเปลยนแปลงของสาร

หรอ R = n1 .

t]X[

เมอn = จำานวนโมลของสาร X[X] = ความเขมขนของสาร Xในกรณทพจารณาสมการทวๆ ไป

aA + bB cC + dDจะเขยนอตราการเกดปฏกรยาไดเปนR = t

]A[a1

= t]B[

b1

= t]C[

c1

= t]D[

d1

ตวอยางเชน2A + 3B C + 4DR = t

]A[21

= t]B[

31

= t]C[

= t]D[

41

นนคอ อตราการเกดปฏกรยาเคมคดจากสารใดกได แตตองคดตามความสมพนธดงกลาว

ประเภทของอตราการเกดปฏกรยา

72


อตราการเกดปฏกรยาแบงออกเปน 2 ประเภทก. อตราการเกดปฏกรยาเฉลย หมายถง อตราการเกดปฏกรยาท

คดจากการเปลยนแปลงปรมาณของผลตภณฑ (หรอสารตงตน) ทงหมดใน 1 หนวยเวลา

ข. อตราการเกดปฏกรยา ณ ขณะหนง หมายถง อตราการเกดปฏกรยา ณ เวลาใดเวลาหนง ซงคอ คาความชน (slope) ของกราฟระหวางปรมาณของสารทเปลยนแปลงกบเวลา

โดยทวๆ ไป อตราการเกดปฏกรยา 2 ประเภทจะไมเทากนในปฏกรยาทวๆ ไป ชวงแรกของการเกดปฏกรยาจะคอนขางเรวและ

คอยๆ ชาลงตามลำาดบ ทำาใหอตราการเกดปฏกรยา ณ ขณะใดขณะหนงมคาไมเทากน

ตวอยางท 4.1 จากปฏกรยา2KMnO4 + 16HCl 2KCl + 2MnCl2 + 8H2O

+ 5Cl2จงเขยนอตราการเกดปฏกรยาในเทอมของสารตางๆ

วธทำา จากสมการทวๆ ไปทกลาวมาในตอนตน สามารถเขยนอตราการเกดปฏกรยาไดดงน

อตราการเกดปฏกรยา = t

]KMnO[21 4

= t]HCl[

161

=

t]KCl[

21

= t

]OH[81 2

= t]MnCl[

21 2

=

t]Cl[

51 2

ตวอยางท 4.2 เมอสาร A ทำาปฏกรยากบสาร B ไดผลตภณฑเปนสาร C เพยงชนดเดยวจากการทดลองพบวา อตราการเกดปฏกรยา ถาคดจากสาร A จะเทากบ 1/2 เทาของอตราการลดลงของสาร A ถาคดจากสาร B จะเทากบ 2 เทาของอตราการลดลงของสาร B และถาคดจากสาร C จะ

73

เอกสารประกอบการสอนวชาเคมพนฐาน (สารและสมบตของสาร) หนวยท 4 สรางสรรคโดย ชมรม ควคท.เทากบ 1/3 เทาของอตราการเพมข นของสาร C สมการทใชแสดงปฏกรยานคออะไร ?วธทำาจากโจทย อตราการเกดปฏกรยา = t

]A[21

= t]B[

12

=

t]C[

31

เลขทอยขางหนาอตราการเปลยนแปลงของสารเกยวของกบจำานว

นโมลของสารนน ๆ ใน สมการ เชน t]A[

21

แสดงวาในสมการจะม A 2 โมล

เขยนเปนสมการไดดงน2A + 1/2 B 3C หรอ 4A + B

6Cตวอยางท 4.3 เมอนำากาซ N2O5 ไปละลายในตวทำาละลายอนทรยชนดหนง N2O5 จะสลายตวดงสมการ

2N2O5 (g) 4NO2 (g) + O2 (g)ถา NO2 ละลายในตวทำาละลายอนทรยนน และ O2 ไมละลาย วธ

การวดอตราการเกดปฏกรยาตอไปน วธใดบางใชไดก. วดปรมาตรของกาซ O2 ทเกดขนข. วดความดนของกาซ O2 ทเกดขนค. วดการนำาไฟฟาของสารละลายง. วดมวลของสารละลายทลดลง

วธทำาก. ใชวดอตราการเกดปฏกรยาได เนองจากเกยวของกบกาซ จงสามารถวดอตราการเกดปฏกรยาจากปรมาตรของกาซ O2 ทเพมขนได

ข. ใชวดอตราการเกดปฏกรยาได การวดอตราการเกดปฏกรยาของระบบทมกาซ นอกจากจะวดจากปรมาตรของกาซทเพมขนแลว ยงสามารถวดความดนของระบบทเพมขน หรอลดลงไดอกดวย

ค. ใชวดอตราการเกดปฏกรยาไมได เนองจากเปนการละลายในตวทำาละลายอนทรย จงไมมการแตกตวเปนไอออน ดงนนสารละลายจงไมนำาไฟฟา ทำาใหวดอตราการเกดปฏกรยาจากการนำาไฟฟาไมได

74


ง. ใชวดอตราการเกดปฏกรยาได เนองจากในขณะทเกดปฏกรยา จะไดกาซ O2 ซงไมละลายในตวทำาละลาย สามารถแยกออกไปได ทำาใหมวลของระบบลดลง จงสามารถวดอตราการเกดปฏกรยาจากมวลทลดลงได

ตวอยางท 4.4 จากปฏกรยาตอไปน 2Al + 3H2SO4 Al2(SO4)3 + 3H2

จากการทดลองพบวาในเวลา 10 นาท ใช Al หมดไป 13.5 กรมก. จงคำานวณอตราการเปลยนแปลง H2SO4 และ H2 เป น

โมล/ลตรข. จงคำานวณอตราการเกดปฏกรยาเฉลยจากการทดลองน

วธทำาก. หาจำานวนโมลของ H2SO4 และ H2 ทเกยวของในปฏกรยาจาก Al กอนแลวจงนำาไปคำานวณอตราการเปลยนแปลง

จากโจทยใช Al 13.5 กรม = 275.13 = 0.5 โมล

จากสมการถาใช Al 2 โมล ตองใช H2SO4 = 3 โมล ใช Al 0.5 โมล ตองใช H2SO4 =

23 x 0.5

= 0.75 โมลในทำานองเดยวกน จะเกด H2 = 0.75 โมลในเวลา 10 นาท เกด H2 = 0.75 โมล

อตราการเกด H2 = 1075.0 = 0.075 โมล/นาท

และ อ ต ร าการ ลดลง ข อง H2SO4 = 1075.0 = 0.075

โมล/นาท ข. คำานวณอตราการเกดปฏกรยา

อตราการเกดปฏกรยา = t

]SOH[31 42

= 31 x 0.075 = 0.025 โมล/ลตร

หมายเหต อาจจะคดอตราการเกดปฏกรยาจากสารตวอนกได จะไดคำาตอบเทากน

75

เอกสารประกอบการสอนวชาเคมพนฐาน (สารและสมบตของสาร) หนวยท 4 สรางสรรคโดย ชมรม ควคท.ตวอยางท 4.5 จากการทดลองหาอตราการเกดปฏกรยาระหวาง Mg กบ HCl ตามสมการ

Mg + 2HCl MgCl2 + H2โดยการเกบกาซ H2 จากการแทนทสารละลายดงในรป

ผลการทดลองไดดงนปรมาตร H2

(cm3)เวลา (s) ปรมาตร H2

(cm3)เวลา (s)

123

71523

468

3260

105

ก. จงคำานวณอตราเฉลยของการเกดกาซ H2

ข. จงคำานวณอตราการเกดกาซ H2 ระหวางเวลา 23 - 32 วนาทค. จงคำานวณอตราการเกดกาซ H2 ณ วนาทท 50

วธทำาก. คำานวณอตราเฉลยอตราเฉลย = ดเวลาทงหม

ทงหมด H ปรมาตร2

= 1058 = 0.076 cm3/s

ข. คำานวณอตราการเกด H2 ในชวง 23 - 32 วนาท

อตราการเกดปฏกรยา = 12

12ttVV

=

tV

= 233234

= 0.11 cm3 /s

ค. คำานวณอตราการเกด H2 ท 50 วนาท

76


จากสตร อตราการเกดปฏกรยา = 12

12ttVV

=

tV

ถาเขยนกราฟระหวางปรมาตรของกาซ H2 ทเกดขนกบเวลาทใช โดยใหแกนตงแทนปรมาตร และแกนนอนแทนเวลา คา

tV กคอความชน

(slope) ของกราฟนนเอง ดงนนเมอตองการหาอตราการเกดปฏกรยา ณ ขณะใดขณะหนงจะทำาไดโดยการหาความชนจากกราฟ ณ จดหนงๆ

จากขอมลทโจทยกำาหนดให เขยนเปนกราฟไดดงน

เมอตองการหาอตราการเกดปฏกรยา ณ เวลา 50 วนาท กทำาไดโดยลากเสนขนานกบแกนตงจากจด 50 วนาท ขนไปตดกราฟทจด A หลงจากนนลากเสนสมผสใหผานจด A แลวหาคาความชน (slope) ทจด A คาความชนกคอคา อตราการเกดปฏกรยา ณ เวลานน

จากกราฟ ความชน = tV =

12

12ttVV

= 201004.39.8

= 0.069 cm3/sเพราะฉะนนอตราการเกดปฏก รยาทเวลา 50 วนาท = 0.069

cm3/sจากตวอยางของปฏกรยา Mg + 2HCl MgCl2 + H2

จะเหนไดวาอตราการเกดปฏกรยาในชวงเวลาตางๆ มคาไมเทากน ในตอนเร มตนปฏกรยาจะเกดเรวและคอยๆ เกดชาลงตามลำาดบ เหนไดจากลกษณะของกราฟซงมคาความชนสงมากในตอนแรก (ความชนของกราฟ คอคาอตราการเกดปฏกรยา ณ ขณะนน) แลวคอยๆ ลดลงตามลำาดบ

77


นอกจากจะวดอตราการเกดปฏกรยาจากปรมาตรของกาซ H2 ทเกดขนแลว ยงสามารถวดอตราการเกดปฏกรยาจากปรมาณของ Mg และ HCl ทลดลงได

ในกรณของ Mg เมอเกดปฏกรยา Mg จะถกใชไปทำาใหมวลของ Mg ทเหลอลดลง การเขยนกราฟแสดงอตราการเกดปฏกรยาอาจจะทำาไดหลายลกษณะดงน

กรณท 1 เมอใช Mg มากเกนพอหลงจากเกดปฏกรยาในชวงระยะเวลาหนง Mg จะทำาปฏกรยากบ

กรด HCl จน HCl ถกใชหมดไป หลงจากนนกจะไมเกดปฏกรยาตอไปอก เนองจากสาตงตนเหลอแต Mg เพยงอยางเดยว

การเขยนกราฟเพอแสดงอตราการเกดปฏกรยาอาจจะทำาได 2 แบบก. กราฟระหวางมวลของ Mg ทใชกบเวลา

เมอถงเวลา t1 กรด HCl จะใชหมดไป ไมเกดปฏกรยาตอไปอก ดงนนมวลของ Mg ทใชไปจงเทาเดมและมคาคงทดงในกราฟ

ข. กราฟระหวางมวล Mg ทเหลอกบเวลานอกจากจะเขยนกราฟระหวางมวล Mg ทใชกบเวลาแลว ยงสามารถ

เขยนกราฟระหวางมวล Mg ทเหลอกบเวลาได

78


t2 คอ เวลาท HCl ถกใชหมดไป ปฏกรยานสนสดแลว มวลของ Mg ทเหลอจงมปรมาณคงทดงในกราฟ

กรณท 2 เมอใช HCl มากเกนพอในกรณนจะเหลอ HCl สวน Mg ใชหมดไป ซงเมอ Mg ใชหมดไป

ปฏกรยาจะสนสด การเขยนกราฟแสดงอตราการเกดปฏกรยาในเทอมของ Mg กทำาได 2 แบบเชนเดยวกน

ก. กราฟระหวางมวล Mg ทใชกบเวลา

จะเหนไดวา Mg จะถกใชไปในการทำาปฏกรยากบ HCl จนหมดเมอเวลา t3 Mg ทใชจงมากทสด

ข. กราฟระหวางมวล Mg ทเหลอกบเวลา

79


จะเหนไดวาชวงแรกจะเหลอ Mg มาก แตเมอถงเวลา t4 ปฏกรยาจะเกดสมบรณเหลอ Mg เปนศนยหรอใช Mg หมดไป

ในกรณทเปนปฏกรยาทวๆ ไป เชนการสลายตวของ A ตามสมการ A B จะพจารณาอตราการเกดปฏกรยาไดจากความเขมขน เมอเกดปฏกรยา A ซงเปนสารตงตนจะลดลงอยางรวดเรวและคอยๆ ชาลง ในขณะเดยวกน B ซงเปนผลตภณฑทจะเกดขนอยางรวดเรวและคอยๆ ชาลงตามลำาดบ

การเขยนกราฟแสดงอตราการเกดปฏกรยาอาจจะกระทำาไดหลายแบบ ทงในเทอมของความเขมขนของสารแตละชนดกบเวลา หรอในเทอมของอตราการเกดปฏกรยากบเวลา นอกจากนยงตองพจารณาดวยวา ปฏกรยานนเกดขนแบบสมบรณ หรอแบบมภาวะสมดล

ก. ถาเปนปฏกรยาทเกดสมบรณ ไมมภาวะสมดลเกดขนจะเขยนกราฟไดดงน

80


เม อถ งระยะเวลาหนงสารตงต นบางชนดจะถกใชหมดไป ปฏกรยาจงสนสด จะเหนไดวา เมอเกดปฏกรยาสมบรณแลว อตราการเกดปฏกรยาจะเทากบศนย เพราะไมมปฏกรยาเกดขนอก

ข. ถาเปนปฏกรยาทมภาวะสมดลเกดขน จะเขยนกราฟไดดงน

กราฟในเทอมของความเขมขน เมอถงเวลา t1 จะเหนไดวาความเขมขนของ A และ B มคาคงท แสดงวาเวลา t1 คอเวลาทระบบกำาลงอยในภาวะสมดล

กราฟในเทอมของอตราการเกดปฏกรยา เมอถงเวลา t2 อตราการเกดปฏกรยาไปขางหนา (AB) จะเทากบอตราการเกดปฏกรยายอนกลบ (BA) แสดงวา ระบบกำาลงอยในภาวะสมดล

ตวอยางท 4.6 จากปฏกรยา A(s) + B (g) C (s) + D(g)อตราการเกดปฏกรยาของปฏกรยาไปขางหนา ในเทอมของความเขม

ขนกบเวลา และในเทอมของอตราการเกดปฏกรยากบเวลาจะเขยนกราฟไดอยางไร ?วธทำา

เนองจากเปนปฏกรยาไปขางหนา A และ B ซงเปนสารตงตนจะทำาปฏกรยากน ไดผลตภณฑเปน C และ D นนคอ ความเขมขนของ A และ B จะลดลงตามลำาดบ ในขณะทความเขมขนของ C และ D จะเพมขนตามลำาดบ เนองจากมภาวะสมดล เมอถงสมดลความเขมขนของสารแตละชนดจะคงท

เขยนกราฟระหวางความเขมขนกบเวลาไดดงน

81


t1 คอ ภาวะสมดลซง [B] และ [D] ทเหลอจะมความเขมขนคงท กรณนทภาวะสมดล จะมความเขมขนของ D มากกวา B

ในกรณน เวลา t2 จะเปนเวลาทระบบเขาสภาวะสมดล ความเขมขนของ B และ D จะคงทโดยทความเขมขนของ B เหลอมากกวา D

ถาเขยนกราฟระหวางอตราการเกดปฏกรยาไปขางหนากบเวลา จะไดดงน

t3 จะเปนเวลาทระบบอยในภาวะสมดล จะเหนไดวากอนเวลา t3

อตราการเกดปฏกรยาจะลดลงจนถง t3 จะคงทเพราะอยในภาวะสมดล

82


4.2 ปจจยทมผลตออตราการเกดปฏกรยาอตราการเกดปฏกรยา ขนอยกบปจจยหลายอยาง คอ1. ธรรมชาตของสารตงตน 4. อณหภม2. ความเขมขนของสารตงตน 5. ตวเรงปฏกรยา3. พนทผวของสารตงตนอตราการเกดปฏกรยาจะเรวหรอชา กขนอยกบปจจยดงกลาว จะเหน

ไดวาปจจยทมผลตออตราการเกดปฏกรยานนเปนผลเนองจากสารตงตนเทานน ไมเกยวของกบสารผลตภณฑ การททราบวาอตราการเกดปฏกรยาขนอยกบปจจยอะไรบาง ทำาใหสามารถควบคมความเรวของปฏกรยาได สามารถจะทำาใหเกดเรวหรอเกดชา ตามตองการได ปฏกรยาบางชนดอาจจะเกดไดเรวหรอชา เนองจากธรรมชาตของสารตงตน เชน สารประกอบไอออนนกมกจะเกดปฏกรยาไดเรวกวาสารโคเวเลนต ปฏกรยาบางชนดขนกบความเขมขน แตบางชนดไมขนกบความเขมขน ซงจะไดกลาวถงรายละเอยดตอไป

ธรรมชาตของสารตงตนทมผลตออตราการเกดปฏกรยาปฏกรยาเคมโดยทวๆ ไป จะมอตราการเกดปฏกรยาทแตกตางกน ม

ตงแตชามากจนสงเกตไมไดถงเกดขนไดทนท บางปฏกรยาอาจจะเกดเรวมากถงหนงในลานวนาท เชน การระเบดของดนปน ปฏกรยาจ ำานวนมากเกดขนเรว เชน ปฏกรยาระหวางกรดกบเบสจะไดเกลอและน ำาทนท หรอปฏกรยาระหวางสารละลาย AgNO3 กบ NaCl จะไดตะกอนขาว AgCl ทนท

NaOH + HCl NaCl + H2OAgNO3 + NaCl AgCl + NaNO3

ปฏกรยาบางชนดอาจจะเกดชามากจนไมเหนการเปลยนแปลงในขณะทดลอง อาจจะต องใชเวลาเป นวน เด อน หรอเป นป จงจะเหนการเปลยนแปลงนน เชน การเนาเป อยของซากพช ซากสตว การเกดสนมของโลหะตางๆ เปนตน

83


สารทมอนยรปกนมกทำาปฏกรยากนไดเรวไมเทากน เชน ฟอสฟอรสขาวกบฟอสฟอรสแดง ทอณหภมหองฟอสฟอรสขาวจะลกตดไฟในอากาศได ท นท แต ฟอสฟอรสแดงไมเก ดปฏ ก ร ยา เพราะโครง สรางของฟอสฟอรสขาวเปน P4 ลกษณะเปนโมเลกลเดยว แตฟอสฟอรสแดงมโครงสรางตอกนเปนแนวยาว

ดงนนฟอสฟอรสขาวจงเกดปฏกรยาไดงายกวา เพราะไมตองมการทำาลายพนธะมากเทากบฟอสฟอรสแดง โดยทวๆ ไป การเกดปฏกรยาเคมจะมการสลายพนธะและสรางพนธะในเวลาเดยวกน ปฏกรยาจะเกดเรวหรอชา มกจะเกยวของกบขนตอนของการสลายพนธะเหลาน ถาสลายงายมกจะเกดไดเรว

โดยทวๆ ไป ปฏกรยาทสารตงตนอยในรปของไอออนมกจะเกดไดเรวกวาในรปโมเลกล

เชน 5Fe2+ + MnO4- + 8H+ Mn2+ + 5Fe3+

+ 4H2O เกดเรว2H2 + O2 2H2O เกดชา

4.2.1 ความเขมขนของสารตงตนกบอตราการเกดปฏกรยาเคมกอนทจะพจารณาเกยวกบผลของความเขมขน ทมตออตราการเกด

ปฏกรยา ขอใหทำาความเขาใจเกยวกบปฏกรยาเนอเดยวและปฏกรยาเนอผสมกอน

ก. ปฏกรยาเนอเดยว หมายถง ปฏกรยาทสารตงตนทงหมดรวมตวกนเปนสารเนอเดยว อาจจะมสถานะเปนของแขง ของเหลวหรอกาซกได เชน ปฏกรยาทสารตงตนทกตวเปนกาซ ปฏกรยาทสารตงตนทกตวเปนสารละลาย เปนตน

N2 (g) + O2 (g) 2NO (g)NaOH (aq) + HCl (aq) NaCl (aq) + H2O (l)

ข. ปฏกรยาเนอผสม หมายถง ปฏกรยาทสารตงตนทกตวไมไดรวมเปนสารละลายเนอเดยว อาจจะเปนปฏกรยาทสารตงตนอยตางสถานะ เชน ระหวางของแขงกบของเหลว หรอของเหลวกบกาซ เปนตน หรอ อาจจะเปนปฏกรยาทสารตงตนละลายอยในตวทำาละลายตางชนด ซงไมละลายกน

84


Mg (s) + 2HCl (aq) MgCl2 (aq) + H2 (g)Ca(OH)2 (aq) + CO2 (g) CaCO3 (s) + H2O

(l)พจารณาอตราการเกดปฏกรยาระหวาง Mg กบ HCl ตามสมการ

Mg (s) + 2HCl (aq) MgCl2 (aq) + H2 (g)การวดอตราการเกดปฏกรยาทำาไดโดยวดปรมาณของ H2 ทเกดขน

จากการทดลองพบวาตอนเร มตนของปฏกรยา อตราการเกดกาซ H2 จะสงมาก แลวคอยๆ ลดลง เมอเวลาผานไปการทเปนเชนนอธบายไดวา ตอนเรมตน ปฏกรยาเกดเรวเพราะสารตงตนมปรมาณมาก เมอเวลาผานไปสารตงตนจะคอยลดนอยลง ทำาใหอตราการเกดปฏกรยาลดลง ซงแสดงวาอตราการเกดปฏกรยาขนอยกบความเขมขนของสารตงตน

โดยทวๆ ไป เมอความเขมขนของสารตงตนเพมขน อตราการเกดปฏกรยามกจะเรวขนดวย แตกไมแนเสมอไป บางกรณความเขมขนของสารอาจจะไมมผลตออตราการเกดปฏกรยาได หรอบางกรณอาจจะท ำาใหปฏกรยาเกดชาลงกได การทจะทราบวาความเขมขนของสารตนตน มผลตออตราการเกดปฏกรยาหรอไม จะตองไดจากการทดลองเทานน

จากการทดลอง จะทำาใหทราบวาสารตงตนชนดใดบางทมผลตออตราการเกดปฏกรยา ทำาใหปฏกรยาเกดเรวขนหรอชาลง แตถาตองการจะทราบวาความเขมขนของสารตงตนมผลตออตราเรวของปฏกรยามากนอยอยางไร สารใดจะมผลมากกวากนจะตองอาศยกฎอตราเขาชวย

4.2.2 พนทผวของสารกบอตราการเกดปฏกรยาเคมดงทไดกลาวไวแลววาปฏกรยาเคมนนอาจจะแบงเปน 2 ประเภท

ตามลกษณะของวฏภาค (phase) คอปฏกรยาเนอเดยว ซงสารตงตนทกชนดรวมกนเปนสารละลายเนอเดยว และปฏกรยาเนอผสม ซงสารตงตนไมไดรวมกนเปนเนอเดยว เชน อาจจะเปนของเหลวกบของแขง หรอของเหลว

85

เอกสารประกอบการสอนวชาเคมพนฐาน (สารและสมบตของสาร) หนวยท 4 สรางสรรคโดย ชมรม ควคท.กบกาซ ในกรณทเปนปฏกรยาเนอเดยว ความเขมขนของสารตงตนจะเปนปจจยทสำาคญในการควบคมอตราการเกดปฏกรยา ในกรณทเปนปฏกรยาเนอผสม นอกจากจะพจารณาความเขมขนของสารแลวยงตองพจารณาปจจยอนๆ อก คอ พนทผวของสารตงตนทมาทำาปฏกรยา ดงเชน ปฏกรยาระหวาง Mg(s) กบ HCl (aq) จะพบวาพนทผวของ Mg มสวนสำาคญมากในการควบคมอตราการเกดปฏกรยา

Mg (s) + HCl (aq) MgCl2 (aq) + H2 (g)ถาวดอตราการเกดปฏกรยาจากปรมาตรของกาซ H2 จะพบวา

ปฏกรยาจะเกดเรวเมอใช Mg ทมพนทผวมากดงนนโดยทวๆ ไป จงสรปไดวา อตราการเกดปฏกรยาเปนสดสวน

โดยตรงกบพนทผวของสารตงตนทเขาทำาปฏกรยากน (เฉพาะปฏกรยาเนอผสมเทานน ถาเปนปฏกรยาเนอเดยว พนทผวของสารตงตนจะไมมผลตออตราการเกดปฏกรยา) ถาพนทผวมาก อตราการเกดปฏกรยาจะเรวกวาเมอพนทผวนอย ดงนนวธการเพมอตราการเกดปฏกรยาวธหนงของปฏกรยาเนอผสม คอ การเพมพนทผว (นอกเหนอจากการเพมความเขมขน) ซงอาจจะทำาไดโดยการบดใหละเอยด ตดใหเปนชนเลกๆ หรอยดใหเปนเสนยาวๆ เปนตน

4.2.3 อณหภมกบอตราการเกดปฏกรยาเคมนอกเหนอจากความเขมขนและพ นท ผ วของสารตงต นจะมผล

โดยตรง ตออตราการเกดปฏกรยาเคมแลว ปจจยทสำาคญอกอยางหนงทมผลตออตราการเกดปฏกรยาเคม คออณหภม โดยทวๆ ไป เมออณหภมของระบบสงขนอตราการเกดปฏกรยามกจะเกดเรวขน แตมบางเหมอนกนทอณหภมไมมผลตออตราการเกดปฏกรยา หรอมผลในทางตรงกนขาม คอทำาใหปฏกรยาเกดชาลง เชน ปฏกรยา I + I I2 ถาเพมอณหภมจะทำาใหปฏกรยาเกดชาลง เปนตน อยางไรกตามปฏกรยาเคมสวนใหญ เมออณหภมสงขน จะมอตราการเกดปฏกรยาเรวขน

ตวอยางเชน เมอวางแผนโลหะ Mg ไวในอากาศทอณหภมหอง ผวของ Mg จะคอยๆ เปลยนเปนสเทาทงนเพราะเกด MgO

86


MgO (s) + O2 (g) 2MgO (s)

การเกดปฏกรยานจะชามาก แตถานำาแผน Mg นเผาในเปลวไฟจะพบวา สามารถเกดปฏกรยาได MgO ภายในเวลาไมกวนาท แสดงวาอณหภมชวยทำาใหปฏกรยาเกดเรวขน

ในชวตประจำาวน จะพบวา อณหภมมสวนเกยวของกบปฏกรยาเคมเสมอๆ เชน การเกบอาหารไวในตเยน จะเกบไวไดนานกวาการเกบอาหารไวทอณหภมหอง เนองจากทอณหภมตำาสามารถปองกนการบดเนาของอาหารไดดกวา ทงนเพราะการบดเนาเกดจากแบคทเรยขบสารบางชนดออกมายอยสายสารอนทรย ถาอณหภมตำากวาปฏกรยาเคมในอาหารนนจะเกดชา ทำาใหการบดเนาเกดชาลง พวกยาบางชนด เชน ยาปฏชวนะ วคซนปองกนพษสนขบา ตองเกบไวทอณหภมต ำา เนองจากยาเหลานสลายตวงายทอณหภมหอง การปรงอาหารกเชนเดยวกน ถาใชอณหภมสง อาหารจะสกเรวกวาทอณหภมตำา แตในขณะเดยวกน การสลายของสารอาหารหรอสารทมคณคาทางอาหารสงกจะสลายตวเรวเชนกน

ตวอยางของการศกษาผลของอณหภมทมตออตราการเกดปฏกรยา ไดแก ปฏกรยาระหวาง KMnO4 กบ H2C2O4 ใน H2SO4 โดยวดอตราการเกดปฏกรยาจากการฟอกสของ KMnO4

2MnO4- + 5C2O4

2- + 16H+ 2Mn2+ + 8H2O + 10CO2

จากการทดลองพบวาเมอใชความเขมขนและปรมาณของสารเทากน ทอณหภมสงการฟอกจางสของ KMnO4 (เปลยนจากสมวงแดงไมมส) จะเกดไดเรวกวาทอณหภมตำา

4.2.4. ตวเรงปฏกรยาและตวหนวงปฏกรยาการเพมอตราการเกดปฏกรยาเคมนอกจากจะทำาไดโดยการเพมความ

เขมขนของสารตงตน เพมพนทผวของสารตงตน และการเพมอณหภมแลว ยงอาจจะเพมอตราการเกดปฏกรยาได โดยการเตมสารทเรยกวา ตว

87

เอกสารประกอบการสอนวชาเคมพนฐาน (สารและสมบตของสาร) หนวยท 4 สรางสรรคโดย ชมรม ควคท.เรงปฏกรยาลงไป ในทำานองกลบกน อาจจะทำาใหปฏกรยาเกดชาลงโดยการเตมสารทเรยกวา ตวหนวงปฏกรยา หรอตวขดขวางปฏกรยาลงไป สารทเปนตวเรงปฏกรยาหรอตวหนวงปฏกรยานนสวนมากจะใชเพยงเลกนอย

ตวเรงปฏกรยา หมายถง สารททำาใหปฏกรยาเกดเรวขน เมอสนสดปฏกรยาแลวสารนนจะตองไดกลบมาเทาเดม ตวเรงปฏกรยาจะตองมสวนรวมในการเกดปฏกรยาเสมอ โดยอาจจะมสวนรวมโดยตรง หรอมสวนรวมโดยออมกได แตอยางไรกตามเมอสนสดปฏกรยาแลว ตวเรงปฏกรยาจะตองไดกลบคนมาเทาเดม กระบวนการทมการเตมตวเรงปฏกรยาลงไปเรยกวา กระบวนการคะตะลซส (catalysis)

ตวเรงปฏกรยาอาจจะแบงเปน 2 ประเภทดงนก. ตวเรงปฏกรยาเนอเดยว หมายถง ตวเรงปฏกรยาทอยในวฏ

ภาคหรออยในสถานะเดยวกบสารตงตน เชน เปนของแขงเหมอนกน หรอเปนของเหลวเหมอนกน ดงเชน การใช MnO2 (s) เปนตวเรงปฏกรยาในการเตรยม O2 จากการเผา KClO3 (s)

2KClO3 (s) )s(MnO2 2KCl (s) + 3O2 (g

เนองจากตวเรงปฏกรยาไมไดถกใชไปในการเกดปฏกรยา ถงแมวาตวเรงปฏกรยาจะมสวนเกยวของกบปฏกรยากตามท แตหลงจากปฏกรยาสมบรณแลวจะไดกลบมาเทาเดม ดงนนการเขยนสมการเพอแสดงตวเรงปฏกรยาจงนยมเขยนไวบนลกศรในสมการ ดงเชน การเผา KClO3

ถาไมใช MnO2 ปฏกรยาจะเกดขนไดจะตองใชอณหภมและความดนสง แตถาใช MnO2 เปนตวเรงปฏกรยา จะเกด O2 ไดเรวและไมตองใชอณหภมหรอความดนสง

อกตวอยาง ไดแก การใช MnSO4 (aq) เป นตวเรงปฏก รยา ระหวาง H2C2O4 (aq) กบ KMnO4 (aq) 2MnO4

- (aq) + 5C2O42- (aq) + 16H+ (aq) )aq(MnSO4

2Mn2+ (aq) + 8H2O (l) + 10CO2 (g)ตวเรงปฏกรยาดงกลาวจดเปนตวเรงปฏกรยาเนอเดยว

88


ในบางกรณตวเรงปฏกรยาจะมสวนรวมในปฏกรยาโดยตรง โดยการรวมทำาปฏกรยากบสารตงตนดวย เชนการใช Mn2+ (aq) เปนตวเรงปฏกรยาระหวาง Ce4+ (aq) กบ Ti+ (aq) ดงน

Ce4+ (aq) + Mn2+ (aq) Ce3+ (aq) + Mn3+ (aq) ……………….. (1)

Mn3+ (aq) + Ce4+ (aq) Ce3+ (aq) + Mn4+ (aq) ……………….. (2)Mn4+ (aq) + Ti+ (aq) Mn2+ (aq) + Ti3+ (aq)

…………………(3) (1)+(2)+(3); 2Ce4+ (aq) + Ti+ (aq) + Mn2+ (aq) 2Ce3+ (aq) + Ti3+ (aq) + Mn2+ (aq)

จะเหนวาม Mn2+ ทงซายและขวาของสมการในปรมาณทเทากน แสดงวา Mn2+ เปนตวเรงปฏกรยา หลงจากมสวนรวมในปฏกรยาแลวจะไดกลบคนมาเทาเดม เมอปฏกรยาสนสด เขยนสมการใหมเปน

2Ce4+ (aq) + Ti+ (aq) )aq(Mn2 2Ce3+ (aq) + Ti3+

(aq)ข. ตวเรงปฏกรยาเนอผสม หมายถง ตวเรงปฏกรยาทมวฎภาค

ตางจากสารตงตน เชน เมอสารตงตนเปนกาซแตตวเรงปฏกรยาของแขง หรอสารตงตนเปนของเหลว แตตวเรงปฏกรยาเปนของแขง เปนตน

ตวอยาง เชน การใช Pt หรอ Ni หรอ Pd เปนตวเรงปฏกรยาในปฏกรยาระหวาง H2 กบ O2

2H2 (g) + O2 (g) Pt 2H2O (l)Pt เปนของแขง ในขณะท H2 และ O2 เปนกาซ ดงนน Pt จงเปน

ตวเรงปฏกรยาเนอผสม ถาไมใช Pt ปลอยใหปฏกรยาเกดขนเองจะเกดชามาก

อกตวอยางหนงไดแก การใชโลหะ Pt, Ni, Fe หรอ Pd เปนตวเรงปฏกรยา ในปฏกรยาการเตม H2 ใหแกสารประกอบไฮโดรคารบอนทไมอมตว เชน C2H4 (g)

H2 (g) + C2H4 (g) Ni C2H6 (g)

89


ปฏกรยา Ni ทำาหนาทเปนตวเรงปฏกรยาเนอผสม เนองจากอยในสถานะทแตกตางจาก H2 และ C2H4

ในปฏกรยาการเตม H2 น ถาไมใสตวเรงปฏกรยา จะทำาใหปฏกรยาเกดชามาก รวมทงตองใชสภาวะของอณหภมและความดนทรนแรง

สำาหรบตวเรงปฏกรยาเนอผสม พนทผวของตวเรงปฏกรยาจะมผลตออตราการเกดปฏกรยามาก ยงพนทผวของตวเรงปฏกรยามากจะยงทำาใหปฏกรยาเกดเรวมาก ถาพนทผวของตวเรงปฏกรยานอย ปฏกรยาจะเกดชา ทงนเพราะปฏกรยาจะเกดขนทผวของตวเรงปฏกรยาน โดยทตวเรงปฏกรยาจะชวยทำาใหพนธะของสารตงตนทมาสมผสผวออนลง หรอแตกออกทำาใหเกดปฏกรยาไดงาย

ในกรณของปฏกรยาการเตม H2 ใหแกสารประกอบไฮโดรคารบอนทไมอมตว พบวาปฏกรยาจะเกดขนทผวของโลหะ ซงอธบายไดวาเนองจากโลหะ มการจดเรยงอะตอมอยางชดกนมากทสด ในแตละชนจะมชองวางเรยกวา ชองวางเตตระฮดรอล และออกตะฮดรอล ซงจะทำาหนาทรบอะตอมของ H ทมขนาดเลกเขาไปโดยทโมเลกลของ H2 จะถกทำาใหพนธะแตกออกอะตอมของ H จะเขาไปเกาะทผวของโลหะตรงชองวางเหลานนและอยในสภาพของอะตอม อะตอม H เหลานมอเลกตรอนไมครบออกเตต จงวองไวตอการเกดปฏกรยา สามารถรวมกบ C2H4 กลายเปน C2H6

ตวหนวงปฏกรยา หมายถง สารทเตมลงไปในปฏกรยาแลวทำาใหอตราการเกดปฏกรยาลดลง เมอสนสดปฏกรยาจะไดกลบมาเทาเดม เชน การเตมโซเดยมเบนโซเอตลงไปในอาหารสำาเรจรป จะปองกนการบดเนาของอาหารได เนองจากโซเดยมเบนโซเอตทำาหนาทเปนตวขดขวาง ทำาใหปฏกรยาการบดเนาของอาหารชาลง

อกตวอยางหนง คอการสลายตวของ H2O2 ซงปกตจะเกดไดงายเนองจากสารละลาย H2O2 มกจะม Fe3+ อยดวย

2H2O2 3Fe 2H2O + O2

ถามการเตมเกลอฟอสเฟตลงไป ฟอสเฟตไอออน (PO43-) จะรวม

กบ Fe3+ กลายเปน FePO4 ทำาใหปรมาณ Fe3+ ลดลง นอกจากนเกลอ

90

เอกสารประกอบการสอนวชาเคมพนฐาน (สารและสมบตของสาร) หนวยท 4 สรางสรรคโดย ชมรม ควคท.ฟอสเฟตยงชวยทำาให Fe3+ กลายเปน Fe2+ ซงไมทำาให H2O2 สลายตว การทเกลอฟอสเฟตชวยทำาใหอตราการสลายตวของ H2O2 ชาลง แสดงวาเกลอฟอสเฟตเปนตวขดขวางปฏกรยา

โดยทวๆ ไปตวเรงปฏกรยาหรอตวขดขวางปฏกรยา จะใชไดเฉพาะกบปฏกรยาหนงๆ เทานน ตวเรงปฏกรยาชนดหนงเหมาะสำาหรบปฏกรยาหนง โดยทอาจจะใชเปนตวเรงปฏกรยาสำาหรบปฏกรยาอนๆ ไมได

ในรางกายของคนกมเอนไซมหลายชนด ท ท ำาหนาท เป นตวเรงปฏกรยา เชน ในกระบวนการยอยนำาตาล ถานำานำาตาลมาละลายในนำาท 37 องศาเซลเซยส ซงเปนอณหภมใกลเคยงกบอณหภมในรางกายจะปรากฎวา ไฮโดรไลสยากมาก แมวาจะปลอยทงไว 2 -3 วน การเปลยนแปลงแทบจะไมเกดขนเลย แตเมอคนรบประทานนำาตาลเขาไป นำาตาลนนจะถกยอยใหเปน CO2 และ H2O ไดทนท

C12H22O11 + 12O2 12CO2 + 11H2Oทงนเพราะมเอนไซมชวยยอยนำาตาลเหลานน ในนำาลายกมเอนไซม

เรยกวา อะไมเลส ชวยยอยอาหารจำาพวกแปงใหเปนนำาตาล ในนำายอยมเอนไซมเรยกเปปซน ชวยยอยโปรตน เปนตน

ตวเนงปฏกรยา สามารถใชในขบวนการกำาจดมลพษของอากาศได เชน ใชในการกำาจดกาซพษ CO และ NO โดยใชเคร องคะตะไลตก คอนเวอรเตอร ในเครองยนต ใช Pt ชวยทำาให CO และไฮโดรคารบอนสวนทยงไมเผาไหมกลายเปน CO2 และ H2O ในขณะเดยวกนพวกโลหะทรานซชน หรอธาตเฉอยในคะตะไลตกคอนเวอรเตอรกชวยในการรดวซ NO และ NO2 ใหกลายเปน N2 ซงเปนผลใหมการลดกาซพษลงได

********************************************************************************

91

Documents

krooaoy.files.wordpress.com · Web viewเร อง ปฏ ก ร ยาเคม และอ ตราการเก ดปฏ ก ร ยาเคม ปฏ ก ร ยาเคม