บทเรียนที่ 1 ปฏิกิริยาเคมี (1)
คือ กระบวนการที่เกิดจากการที่สารเคมีเกิดการเปลี่ยนแปลงแล้วส่งผลให้เกิดสาร ใหม่ขึ้นมาซึ่งมีคุณสมบัติเปลี่ยนไปจากเดิม การเกิดปฏิกิริยาเคมีจำเป็นต้องมีสารเคมีตั้งต้น 2 ตัวขึ้นไป (เรียกสารเคมีตั้งต้นเหล่านี้ว่า "สารตั้งต้น" หรือ reactant)ทำปฏิกิริยาต่อกัน และทำให้เกิดการเปลี่ยนแปลงในคุณสมบัติทางเคมี ซึ่งก่อตัวขึ้นมาเป็นสารใหม่ที่เรียกว่า "ผลิตภัณฑ์" (product) ซึ่งสารผลิตภัณฑ์มีคุณสมบัติทางเคมีที่เปลี่ยนไปจากเดิม
.
หลังจากการเกิดปฏิกิริยาเคมีอะตอมทั้งหมดของสารตั้งต้นไม่มีการสูญหายไปไหนแต่เกิดการแลกเปลี่ยนจากสารหนึ่งไปสู่อีกสารหนึ่ง
ซึ่งจะเห็นได้จากผลรวมของอะตอมของสารตั้งต้นจะเท่ากับผลรวมของอะตอมของผลิตภัณฑ์
ปฏิกิริยาเคมีมีขั้นตอนของการเปลี่ยนแปลงตามลำดับผังเหตุการณ์ ต่อไปนี้
(ที่มารูป :::http://www.krusub.net/unit3/unit302/images/03.jpg)
ปฏิกิริยาเคมีแบ่งออกได้ 5 ชนิด ได้แก่
1. ปฏิกิริยาการรวมตัว A +Z -------> AZ
2. ปฏิกิริยาการสลายตัว AZ -------> A +Z
3. ปฏิกิริยาการแทนที่เชิงเดี่ยว A + BZ -------> AZ + B
4. ปฏิกิริยาการแทนที่เชิงคู่ AX+BZ -------> AZ + BX
5. ปฏิกิริยาสะเทิน HX+BOH -------> BX + HOH
ข้อสังเกตการเกิดปฏิกิริยา
สารใหม่ที่เกิดขึ้นในปฏิกิริยาเคมี สังเกตได้ดังนี้
1. สี เช่น สารเดิมไม่มีสีเมื่อเกิดปฏิกิริยาเคมี จะมีสีใหม่เกิดขึ้น (สารใหม่)
2. กลิ่น เช่น เกิดกลิ่นฉุน กลิ่นเหม็น กลิ่นหอม
3. ตะกอน เช่น สารละลายเลด (II) ไนเตรต และโพแทสเซียมไอโอไดด์ เป็นของเหลวใส ไม่มีสี เมื่อผสมกันแล้วเกิดตะกอนสีเหลือง
4. ฟองแก๊ส เช่น กรดไฮโดรคลอริก ผสมกับหินปูนหรือแคลเซียมคาร์บอเนตเกิดฟองแก๊สขึ้น
5. เกิดการระเบิด หรือเกิดประกายไฟ เช่น ใส่โลหะโซเดียมลงในน้ำจะเกิดประกายไฟขึ้น
6. มีอุณหภูมิเปลี่ยน ซึ่งสารโดยทั่วไปเมื่อเกิดปฏิกิริยาเคมีจะเกิดการเปลี่ยนแปลง พลังงาน ความร้อนควบคู่ไปด้วยเสมอ
หมายเหตุ การเปลี่ยนแปลงต่อไปนี้เกิดปฏิกิริยาเคมีแน่นอน
1. การสันดาป หมายถึง การที่สารทำปฏิกิริยากับแก็สออกซิเจน
2. การหมัก เช่น การหมักแป้งเป็นน้ำตาล
3. กระบวนการเมแทบอลิซึม ( ปฏิกิริยาในสิ่งมีชีวิต ) เช่น การย่อยอาหาร การหายใจ เป็นต้น
4. การถลุงแร่ การเกิดสนิม ปฏิกิริยาในแบตตารี่
บทเรียนที่ 2 สมการเคมี
สมการเคมีเป็นสัญลักษณ์ที่แสดงการเกิดปฏิกิริยาเคมีระหว่างสารตั้งต้น (อาจเป็นปฏิกิริยาระหว่างโมเลกุล อะตอม หรือไอออนก็ได้) เพื่อเกิดเป็นผลิตภัณฑ์ โดยเขียนแทนด้วยสัญลักษณ์ และสูตรโมเลกุลที่เป็นตัวแทนของธาตุที่อยู่ในสารประกอบ
ตัวอย่างสมการเคมี
สมการเคมีโดยทั่วไปแล้วจะใช้สัญลักษณ์แทนของธาตุต่าง ๆ มีลูกศรที่ชี้จากด้านซ้ายของสมการไปทางด้านขวาเพื่อบ่งบอกว่าสารตั้งต้น(reactant)ทางด้านซ้ายมือ ทำปฏิกิริยาเกิดสารใหม่ขึ้นมาเรียกว่าผลิตภัณฑ์ (product)ทางด้านขวามือ ดังนั้น จากสมการเคมีเราสามารถใช้คำนวณหาได้ว่าใช้สารตั้งต้นเท่าไรแล้วจะได้ผลิตภัณฑ์ออกมาเท่าไร
จากกฎทรงมวลเราจึงต้องทำให้แต่ละข้างของสมการต้องมีจำนวนอะตอม และประจุที่เท่ากัน เรียกว่า การดุลสมการ ซึ่งมีข้อสังเกตดังนี้
1. พยายามดุลธาตุที่เหมือนกันให้มีจำนวนอะตอมทั้งสองด้านเท่ากันก่อน
2. ในบางปฏิกิริยามีกลุ่มอะตอมให้ดุลเป็นกลุ่ม
3. ใช้สัมประสิทธิ์(ตัวเลขที่ใช้วางไว้หน้าอะตอม)ช่วยในการดุลสมการ แล้วนับจำนวนอะตอมแต่ละข้างให้เท่ากัน
ตัวอย่างที่ 1ให้ทรงกลมสีแดง แทนอะตอมของออกซิเจน และทรงกลมสีน้ำเงินแทนอะตอมของไนโตรเจน รูปใดแสดงถึงผลิตภัณฑ์จากปฏิกิริยานี้
แนวคิดดูจากผลิตภัณฑ์ที่ได้คือ NO2โดยมี N 1 อะตอม กับ O 2 อะตอม คำตอบคือข้อ ค.
ตัวอย่างที่ 2จงดุลสมการต่อไปนี้
แนวคิดจากสมการ ให้ดุล Fe ก่อน ซึ่งด้านซ้ายมี 1 อะตอม ด้านขวามี 2 อะตอม ดังนั้นต้องใส่สัมประสิทธิ์ด้านซ้ายเป็น 2
ดุล O2ด้วย สัมประสิทธิ์ 3/2
ทำให้เป็นเลขจำนวนเต็มโดยการ x 2 ทั้งสมการ
จะได้สมการสุดท้ายคือ
ตัวอย่างที่ 3จงดุลสมการต่อไปนี้
ในสมการเคมีสามารถบอกอัตราส่วนแสดงจำนวนอะตอมหรือโมเลกุลของสาร ซึ่งเทียบได้โดยตรงกับจำนวนโมลที่ใช้
ในการคำนวณมีขั้นตอน ดังนี้
1. เขียนและดุลสมการเคมี (สัมประสิทธิ์หน้าสมการเคมีที่ดุลแล้วทำให้ทราบอัตราส่วนโดยโมลของสารที่ทำปฏิกิริยาพอดีกัน)
2. จากโจทย์ อาจกำหนดปริมาณของสารในหน่วยต่างๆ เช่น มวล หรือ ปริมาตร ดังนั้นต้องเปลี่ยนให้เป็นหน่วยโมล
3. นำจำนวนโมลของสารที่ได้ในข้อ 2 ไปคำนวณ เพื่อหาปริมาณของสารตามที่โจทย์ต้องการ โดยเทียบกับอัตราส่วนโดยโมลของสารที่ได้จากข้อ 1
เช่น ถ้าโจทย์กำหนดปริมาณสาร A และให้หาประมาณสาร B ที่เกิดขึ้น
ความสัมพันธ์ของสมการเคมีกับการคำนวณ
ตัวอย่างที่ 4 แอมโมเนียมซัลเฟต (NH4)2SO4ใช้เป็นวัตถุดิบผลิตปุ๋ย เตรียมได้โดยการผ่านแก๊สแอมโมเนีย (NH3) ลงในสารละลาย 65% ของกรดซัลฟิวริกที่มีความหนาแน่น 1.55 g/mL ต้องใช้กรดซัลฟิวริก (H2SO4) ปริมาตรเท่าไรในการทำปฏิกิริยากับ 1.00 กิโลกรัมของแก๊สแอมโมเนีย เพื่อให้เกิดปฏิกิริยาพอดี
แนวคิดต้องเขียนสมการเคมีก่อน และดุลสมการด้วย
วิธีคิด
ดังนั้น ต้องใช้สารละลายกรดซัลฟูริก 2.9 ลิตรในการทำปฏิกิริยา
ตัวอย่างที่ 5สารละลาย Sodium hypochlorite (NaOCl) หรือที่รู้จักกันคือน้ำยาซักผ้าขาว เตรียมได้จากปฏิกิริยาระหว่าง Sodium hydroxide กับ Chlorine
ต้องใช้ NaOH กี่กรัมในการทำปฏิกิริยากับ 25.0 g Cl2
แนวคิดดุลสมการเคมีก่อนอันดับแรก จากนั้นดูว่ามีค่าใดที่กำหนดมาให้บ้าง แล้วทำตามแผนดังนี้
เริ่มต้นจากการหาจำนวนโมลของ Cl2โดยมวลโมเลกุลของ Cl2เท่ากับ 70.9 g/mol ดังสมการ
จากสมการเคมีจะได้ว่า 1 โมลของ Cl2ทำปฏิกิริยากับ 2 โมลของ NaOH และมวลโมเลกุลของ NaOH คือ 40.0 g/mol จะคำนวณหาจำนวนกรัมของ NaOH ที่ต้องใช้ทำปฏิกิริยา ดังสมการ
บทเรียนที่ 3 สารกำหนดปริมาณ
บางครั้งนักเคมีต้องการที่จะสังเคราะห์สารประกอบเพื่อหาปริมาณของผลิตภัณฑ์ซึ่งเกิดมาจากการทำปฏิกิริยาของสารตั้งต้นหลายตัว เพื่อหาว่าจะเกิดผลิตภัณฑ์จำนวนเท่าไร นักเคมีต้องอธิบายก่อนว่าสารตั้งต้นตัวไหนที่จะใช้หมดก่อนเมื่อปฏิกิริยาสมบูรณ์ ส่วนสารตัวอื่นก็จะยังคงอยู่ สารที่ใช้หมดก่อนนี้เรียกว่าสารกำหนดปริมาณดังดูได้จากตัวอย่างเปรียบเทียบต่อไปนี้
ตัวอย่างการผลิตรถยนต์ ซึ่งมีส่วนประกอบของ 1 ตัวถัง จะมี 4 ล้อ ดังสมการ
1 ตัวถัง + 4 ล้อ 1 คัน
ถ้าโรงงานหนึ่งมีตัวถัง 50 ตัวถัง และ 160 ล้อ จะผลิตรถยนต์ได้กี่คัน ถ้าคิดจำนวนตัวถังเป็นฐานในการตอบ จะต้องคิดว่าผลิตได้ 50 คัน อย่างไรก็ตามถ้าพิจารณาที่ล้อเป็นฐานในการตอบ จะพบว่าจะสามารถผลิตได้ 40 คัน เพราะว่า รถ 1 คัน มี 4 ล้อ จะเท่ากับ 160 /4 = 40 ดังนั้น บริษัทจะมีตัวถังที่เกิน 10 อัน ซึ่งไม่สามารถมีล้อมาเติมให้ครบได้ ดังนั้นจะสามารถผลิตได้มากที่สุด 40 คัน เพราะฉะนั้นสารกำหนดปริมาณ คือ ล้อรถ และสารตั้งต้นที่ยังคงเหลือ คือ ตัวถัง คำนวณทีละขั้นตอนได้ดังนี้
ขั้นที่ 1เขียนสมการ
1 ตัวถัง + 4 ล้อ 1 คัน
50 ตัวถัง 160 ล้อ กี่คัน
ขั้นที่ 2จะต้องรู้ความสัมพันธ์ของตัวถังกับล้อ
A . ต้องหาว่าจะใช้ตัวถังเท่าไรเมื่อมีล้ออยู่ 160 ล้อ กี่ตัวถังที่ต้องใช้ = (160 ล้อ) (1 ตัวถัง/4 ล้อ) = 40 ตัวถัง
B . ต้องหาว่าจะใช้ล้อเท่าไรจะได้ 50 ตัวถัง กี่ล้อที่ต้องใช้ = (50 ตัวถัง) (4 ล้อ / 1 ตัวถัง) = 200 ล้อ แต่โรงงานมีล้อไม่ถึง 200 ล้อ แต่มีแค่ 160 ล้อ
ดังนั้น ล้อจะเป็นตัวกำหนดจำนวนรถที่สามารถผลิตได้
ขั้นที่ 3เราจะใช้จำนวนของล้อมาคำนวณหาจำนวนรถยนต์ที่จะสามารถผลิตได้
จำนวนคัน = ( 160 ล้อ) ( 1 คัน/4 ล้อ) = 40 คัน
ในแนวความคิดเดียวกัน นักเรียนต้องการที่จะเตรียมแจกันพร้อมดอกไม้ โดยแต่ละแจกันมีดอกไม้ 3 ดอก แต่ว่าตอนนี้มีดอกไม้อยู่ 17 ดอก มีแจกัน 5 ใบ ดังนั้น นักเรียนคิดว่าแจกันหรือดอกไม้ควรที่จะเป็นตัวกำหนดปริมาณ
ตัวอย่างที่ 1จากรูปแสดงการเกิดปฏิกิริยาระหว่าง A2(โมเลกุลสีน้ำเงิน) กับ B2(โมเลกุลสีเงิน)
ก. จงเขียนสมการการเกิดปฏิกิริยา และสารใดเป็นสารกำหนดปริมาณ
ข. จงหาจำนวนโมลของผลิตภัณฑ์ที่เกิดจาก 1.0 โมลของ A2ทำปฏิกิริยากับ 1.0 โมลของ B2
แนวคิด
ก .จากโมเลกุลในรูปภาพจะได้สมการ ดังนี้
จากรูปจะเห็นว่ามี A2เหลืออยู่ ดังนั้นสาร B2จึงเป็นสารกำหนดปริมาณ
ข. จากสมการจะเห็นว่า 1.0 โมลของ A2จะทำปฏิกิริยากับ 3.0 โมลของ B2และได้ผลิตภัณฑ์ 2 โมล ของ AB3แต่ถ้าใช้ 1.0 โมลของ B2ก็จะได้ 2/3 โมล ของผลิตภัณฑ์
ตัวอย่างที่ 2แมกนีเซียมไนไตด์เตรียมได้จากปฏิกิริยาของโลหะแมกนีเซียมกับแก๊สไนโตรเจน ถ้าใช้โลหะแมกนีเซียม 35.00 g และแก๊สไนโตรเจน15.00 g จะสามารถผลิตแมกนีเซียมไนไตด์ได้กี่กรัม
แนวคิด
จากสมการจะใช้ 3 โมลของ Mg ทำปฏิกิริยากับ 1 โมลของ N2และได้ 1 โมลของ Mg3N2ดังนั้น ต้องพิจารณาว่าสารใดเป็นสารกำหนดปริมาณ และสารใดเหลือ
จากสมการจะใช้ Mg 3 molซึ่งจะทำปฏิกิริยากับ N21 mol
ดังนั้น Mg 1.44 molจะทำปฏิกิริยากับ N21.44/3 = 0.48 mol แต่เรามีไนโตรเจน 0.53 mol มีอยู่มากเกินพอ
จะได้ว่า แมกนีเซียมต้องเป็นสารกำหนดปริมาณ
จากสมการจะใช้ Mg 3 molซึ่งจะทำปฏิกิริยาได ้Mg3N21 mol
ดังนั้นMg 1.44 molจะทำปฏิกิริยาได้Mg3N21.44/3 = 0.48 mol x 100.93 g/mol = 48.45 g
ตัวอย่างที่ 3เรามาสังเกตดูว่าสารใดเป็นสารกำหนดปริมาณจากรูปภาพด้านล่าง โดยที่ด้านซ้ายของสมการเป็นสารตั้งต้นและด้านขวาของสมการเป็นผลิตภัณฑ์
บทเรียนที่ 4 การดุลสมการเคมี
นักเรียนคิดว่า แผนผังความคิดของนักเรียนจะเหมือนในบทเรียนนี้หรือไม่ ลองเขียนดูนะคะ
พี่คิดว่าเราได้เรียนรู้เกี่ยวกับเรื่อง ปริมาณสารสัมพันธ์มาพอสมควรแล้ว น่าจะลองทำ แบบฝึกหัดเพื่อทดสอบตัวเองว่ามีความเข้าใจมากน้อยแค่ไหน ไปกันเลย |
บทเรียนที่ 5 ปฏิกิริยาเคมีพื้นฐาน
ปฏิกิริยาเคมีต่างๆ อาจจะเกิดขึ้นได้เร็วหรือช้าต่างกัน ซึ่งขึ้นอยู่กับชนิดของปฏิกิริยา เช่น การระเบิดของดินปืน จัดว่าเป็นปฏิกิริยาที่เกิดขึ้นได้เร็วมาก เพราะใช้เวลาไม่ถึงนาที การลุกไหม้ของเชื้อเพลิง เช่น ก๊าซหุงต้ม และน้ำมันเบนซิน ก็จัดว่าเป็นปฏิกิริยาที่เกิดได้เร็ว การลุกไหม้ของถ่านหรือของไม้ จัดว่าเป็นปฏิกิริยาที่เกิดขึ้นเร็วปานกลาง การเน่าเปื่อยของผัก ผลไม้ จัดว่าเป็นปฏิกิริยาที่เกิดขึ้นค่อนข้างช้า การเกิดสนิมของเหล็กจัดว่าเป็นปฏิกิริยาที่เกิดขึ้นช้ามาก เป็นต้น
ปฏิกิริยาเคมีที่มีความสำคัญทางด้านอุตสาหกรรมก็เกี่ยวข้องกับอัตราการเกิดปฏิกิริยาเช่นเดียวกัน ปฏิกิริยาเหล่านี้ให้ผลผลิตที่มีผลต่อสภาวะเศรษฐกิจของประเทศ จึงจำเป็นที่จะต้องผลิตให้ได้จำนวนมากและต้นทุนต่ำ ซึ่งก็คือต้องได้ผลผลิตมากที่สุดในเวลาน้อยที่สุดนั่นเอง ในการนี้จึงจำเป็นที่จะต้องเรียนรู้เกี่ยวกับอัตราการเกิดปฏิกิริยา เรียนรู้สภาวะต่างๆ ที่ใช้ในการควบคุมการผลิต หรือสภาวะต่างๆ ที่ใช้ควบคุมการเกิดปฏิกิริยา ต้องทราบว่าปัจจัยอะไรบ้างที่มีผลต่ออัตราการเกิดปฏิกิริยา จะทำให้ปฏิกิริยาเกิดเร็วหรือช้าได้อย่างไร เป็นต้น
ในบทนี้จะได้เรียนรู้เกี่ยวกับความหมายของอัตราการเกิดปฏิกิริยา
ปัจจัยที่มีผลต่ออัตราการเกิดปฏิกิริยาและกลไกของปฏิกิริยา
1. การเกิดปฏิกิริยาเคมี
การเกิดปฏิกิริยาเคมีหมายถึง การที่สารสร้างพันธะเคมีต่อกันแล้วได้สารใหม่ที่มีสมบัติต่างไปจากสารเดิม อาจสังเกตได้จากการเกิดตะกอน การเกิดก๊าซ การเปลี่ยนสี และความเป็นกรด-เบสของสารเปลี่ยนไป ตัวอย่างเช่น
ตัวอย่างที่ 1ปฏิกิริยาระหว่างแก๊สไฮโดรเจนกับแก๊สออกซิเจน ได้น้ำเป็นผลิตภัณฑ์ ซึ่งเขียนแทนสมการดังนี้
2H2(g) + O2(g) ---------> 2H2O (l)
ตัวอย่างที่ 2ปฏิกิริยาการเผาไหม้ของถ่านไม้ ได้ก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์ เขียนแทนด้วยสมการเคมีดังนี้
C(s) + O2(g) ---------> CO2(g)
2. การเขียนสมการเคมี
สมการเคมี เขียนขึ้นเพื่อแสดงสูตรหรือสัญลักษณ์ของสารตั้งต้นที่ทำปฏิกิริยาพอดีกัน และสารที่เกิดจากปฏิกิริยา
องค์ประกอบของสมการเคมี
1) สารตั้งต้น (reactant)หมายถึง สารเดิมก่อนเกิดการเปลี่ยนแปลงหรือสารที่เข้าทำปฏิกิริยากัน อาจมีสารเพียงชนิดเดียวหรือมากกว่า 1 ชนิดเขียนสูตรหรือสัญลักษณ์ไว้ทางซ้ายของสมการ
2) เครื่องหมายลูกศรเครื่องหมายลูกศรเขียนเพื่อแสดงทิศทางการเปลี่ยนแปลง เขียนไว้ระหว่างสารตั้งต้นและผลิตภัณฑ์ ลูกศรที่ใช้มี 2 ลักษณะ คือ
® แสดงการเกิดปฏิกิริยาจากซ้ายไปขวามือ ซึ่งเป็นการเปลี่ยนแปลงไปข้างหน้าทางเดียว
แสดงการเกิดปฏิกิริยาที่ผันกลับได้ ซึ่งมีทั้งปฏิกิริยาไปข้างหน้า (® )และปฏิกิริยาย้อนกลับ (¬)
ปฏิกิริยาไปข้างหน้าหมายถึง ปฏิกิริยาที่สารตั้งต้นเปลี่ยนแปลงไปเป็นสารผลิตภัณฑ์
ปฏิกิริยาย้อนกลับหมายถึง ปฏิกิริยาที่สารผลิตภัณฑ์เปลี่ยนแปลงกลับไปเป็นสารตั้งต้น
3. สารผลิตภัณฑ์
สารผลิตภัณฑ์ (product) หมายถึง สารที่เกิดจากปฏิกิริยาหรือสารใหม่ที่เกิดจากการเปลี่ยนแปลง อาจมีสารเพียงชนิดเดียวหรือมากกว่า 1 ชนิดก็ได้ เขียนสูตรหรือสัญลักษณ์ไว้ทางขวาของสมการเคมี
4. การบอกสถานะของสารในสมการเคมี
สมการเคมีที่สมบูรณ์ต้องบอกสถานะหรือสภาวะของสารในปฏิกิริยาดังนี้
ของแข็ง (solid) = (s)
ของเหลว (liquid) = (l)
แก๊ส (gas) = (g)
สารละลายที่มีน้ำเป็นตัวทำละลาย (aqueous) = (aq)
ตัวอย่างสมการเคมี
“หินปูนทำปฏิกิริยากับสารละลายกรดไฮโดรคลอริกได้สารละลายแคลเซียมคลอไรด์ น้ำ และแก๊สคาร์บอนไดออกไซด์” เขียนแทนด้วยสมการเคมี ดังนี้
CaCO3(s) + HCl (aq) --------------> CaCl2(aq) + H2O (l) + CO2(g)
3. การดุลสมการเคมี
การดุลสมการเคมี เป็นการนำตัวเลขที่เหมาะสมเติมลงข้างหน้า สัญลักษณ์หรือสูตรเคมีในสมการ เพื่อให้จำนวนอะตอมนแต่ละธาตุของสารตั้งต้นเท่ากับจำนวนอะตอมของธาตุชนิดเดียวกันในผลิตภัณฑ์
เช่น H2(g) + O2(g) ----------> H2O (l)
สมการที่ดุลแล้วคือ
2H2(g) + O2(g) ----------------> 2H2O (l)
หลักการดุลสมการเคมี
1. ให้ดุลจำนวนอะตอมของสารในโมเลกุลที่มีจำนวนอะตอมมากก่อน โมเลกุลที่มีจำนวนอะตอมน้อยดุลทีหลัง
2. น้ำ (H2O) และธาตุอิสระ เช่น O2H2Zn Na Al ให้ดุลเป็นอันดับสุดท้าย
ตัวอย่างการดุลสมการเคมี
C3H8(g) + O2(g) --------------------> CO2(g) + H2O (l)
1. ดุลที่ธาตุ C ใน C3H8และ CO2ให้เท่ากันก่อนโดยการเติม 3 หน้า CO2จะได้
C3H8(g) + O2(g) ----------------------> 3CO2(g) + H2O (l)
2. ดุลจำนวนอะตอม H ใน C3H8และ H2O ให้เท่ากัน โดยการเติม 4 หน้า H2O จะได้
C3H8(g) + O2(g) ---------------> 3CO2(g) +4H2O (l)
3. อันดับสุดท้ายดุลจำนวนอะตอมของ O ทั้งสองข้างให้เท่ากันโดยการเติม 5 หน้า O2จะได้สมการที่ดุลแล้วเป็นดังนี้
C3H8(g) +5O2(g) ---------------> 3CO2(g) +4H2O (l)
4. ชนิดของปฏิกิริยาเคมี
แบ่งชนิดของปฏิกิริยาเคมีอย่างง่ายได้ดังนี้
1.ปฏิกิริยาการรวมตัว (combination reaction)เป็นปฏิกิริยาเคมีที่เกิดการรวมตัวของสารตั้งต้นตั้งแต่สองชนิดขึ้นไป อาจได้สารผลิตภัณฑ์เพียงชนิดเดียวหรือมากกว่าหนึ่งชนิดก็ได้ เช่น
C (s) + O2(g) ------------> CO2(g)
C2H4(g) + Cl2(g) ------------> C2H4Cl2
2. ปฏิกิริยาการสลายตัว (decomposition reaction)เป็นปฏิกิริยาเคมีที่สารประกอบสลายตัวหรือแตกตัวออกเป็นองค์ประกอบย่อยเป็นธาตุหรือสารประกอบ เมื่อได้รับความร้อน เช่น
2KMnO4(s)-------------> K2MnO4(s) + MnO2(s) + O2(g)
CaCO3(s)--------------> CaO (s) + CO2(g)
3. ปฏิกิริยาการแทนที่ (displacement reaction)เป็นปฏิกิริยาเคมีที่มีการแทนที่ไอออนหรือะตอมในสารประกอบด้วยไอออนหรือะตอมของอีกธาตุหนึ่ง เช่น
2Fe(s) + 3H2O (l) -----------------------> Fe2O3(s) + 3H2(g)
Zn (s) + HCl(aq) ----------------> ZnCl2(aq) + H2(g)
5. ปฏิกิริยาเคมีที่พบในชีวิตประจำวัน
1. การผุกร่อนของโลหะเช่น การผุกร่อนเนื่องจากการเกิดสนิม การเกิดออกไซด์ของอะลูมิเนียม เป็นต้น
การเกิดสนิมของเหล็กเกิดจากเหล็กสัมผัสกับน้ำและออกซิเจนในอากาศ ปฏิกิริยาที่เกิดขึ้นเป็นดังนี้
4Fe (s) + 3O2(g) + 2H2O (g) ------------> 2Fe2O3·2H2O(s)
สนิมเหล็กสีน้ำตาลแดง
การเกิดออกไซด์ของอลูมิเนียมเกิดจากอะลูมิเนียมรวมกับออกซิเจนในอากาศ ดังสมการ
4Al (s) + 3O2(g) ---------------> 2Al2O3(s)
สีขาว
2. การผุกร่อนของหินปูนเนื่องจากกรด
การผุกร่อนของหินปูนซึ่งมีแคลเซียมคาร์บอเนต (CaCO3) เป็นองค์ประกอบ เมื่อถูกน้ำฝนที่ละลายแก๊สคาร์บอนไดออกไซด์จะเกิดปฏิกิริยาดังนี้
H2O(l) + CO2(g) ---------> H2CO3(aq)
กรดคาร์บอนิก
CaCO3(s) + H2CO3(aq) ------------> Ca(HCO3)2(aq)
แคลเซียมไฮโดรเจนคาร์บอเนต
แคลเซียมไฮโดรเจนคาร์บอเนตเป็นสารละลายใสเมื่อถูกความร้อนจะเปลี่ยนเป็น CaCO3H2O และ CO2ซึ่งเป็นกระบวนการเกิดหินงอกและหินย้อยตามถ้ำต่างๆ
Ca(HCO3)2(aq) --------------> CaCO3(s) + H2O (l) + CO2(g)
3. การเผาไหม้
การเผาไหม้ เป็นปฏิกิริยาที่เกิดจากสารรวมกับออกซิเจนได้พลังงานความร้อนและแสงสว่าง สารที่เกิดจากการเผาไหม้จัดเป็นสารประเภทเชื้อเพลิง ซึ่งส่วนใหญ่มีธาตุคาร์บอนและไฮโดรเจนเป็นองค์ประกอบ
การเผาไหม้อย่างสมบูรณ์เป็นการเผาไหม้ของสารที่มีเชื้อเพลิงที่ได้น้ำและก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์เป็นสารผลิตภัณฑ์ เช่น
เชื้อเพลิง + O2(g) ---------------> H2O (l) + CO2(g)
การเผาไหม้ที่ไม่สมบูรณ์
เป็นการเผาไหม้ของเชื้อเพลิงที่มีธาตุคาร์บอนและไฮโดรเจนเป้นองค์ประกอบ แล้วมีปริมาณของก๊าซออกซิเจนไม่เพียงพอ จะเกิดการเผาไหม้ที่ไม่สมบูรณ์ ได้สารผลิตภัณฑ์เป็นก๊าซคาร์บอนมอนอกไซด์ (CO) น้ำ และ คาร์บอนไดออกไซด์
ปัจจัยที่มีผลต่อการเผาไหม้
1. เชื้อเพลิง 2. ความร้อน 3. ก๊าซออกซิเจน
4. ปฏิกิริยาของกรดกับเบส
ปฏิกิริยาที่กรดรวมกับเบสได้สารผลิตภัณฑ์ที่เป็นเกลือกับน้ำ เรียกปฏิกิริยานี้ว่า ปฏิกิริยาสะเทิน เขียนแทนด้วยสมการดังนี้ กรด + เบส ® เกลือ + น้ำ
เช่น HCl (aq) + KOH (aq) --------------> KCl(aq) + H2O (l)
บทเรียนที่ 6 ผลกระทบของปฏิกิริยาเคมีที่มีผลต่อสิ่งมีชีวิตและสิ่งแวดล้อม
6. ผลกระทบของปฏิกิริยาเคมีที่มีผลต่อสิ่งมีชีวิตและสิ่งแวดล้อม
6.1) การเกิดฝนกรด
ฝนกรดเกิดจากการที่น้ำฝนละลายแก๊สคาร์บอนไดซ์ออกไซด์ (CO2) แก๊สไนโตรเจนไดออกไซด์ (NO2) และก๊าซซัลเฟอร์ไดออกไซด์ (SO2) ที่เกิดจากการเผาไหม้ของเชื้อเพลิง ทำให้ฝนมีสมบัติเป็นกรด เช่น
H2O(l) + CO2(g) -----------> H2CO3(aq)
กรดคาร์บอนิก
ผลกระทบจากฝนกรดมีดังนี้
การแก้ปัญหา
1. เลือกใช้พลังงานสะอาดจากธรรมชาติแทนเชื้อเพลิงฟอสซิล เช่น การใช้พลังงานน้ำ พลังงานจากลม และพลังงานแสงอาทิตย์ เป็นต้น
2. แยกธาตุกำมะถันออกจากฟอสซิสก่อนนำไปเป็นเชื้อเพลิง
3. ใช้ปูนขาวหรือหินปูนทำให้แก๊สมีความเป็นกลาง ก่อนปล่อยออกจากปล่องควันสู่บรรยากาศ
6.2) ปรากฏการณ์เรือนกระจก
ปรากฏการณ์เรือนกระจก เกิดจากการที่ก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์ซึ่งได้จากการเผาไหม้ของเชื้อเพลิงปกคลุมชั้นบรรยากาศของโลกเอาไว้ ทำให้ความร้อนในรูปของรังสีอินฟาเรดซึ่งเป็นพลังงานต่ำไม่สามารถทะลุผ่านชั้นของแก๊สคาร์บอนไดออกไซด์ไซด์ออกไปได้ ทำให้อุณหภูมิของโลกร้อนขึ้น
แนวทางการแก้ไข
1. ลดปัญหาการเกิดฝนกรด โดยการใช้เชื้อเพลิงที่มีกำมะถันอยู่น้อย
2. ลดการเผาไหม้เชื้อเพลิงประเภทไฮโดรคาร์บอน
3. กำจัดแก๊สจากการเผาไหม้ก่อนปล่อยสู่บรรยากาศ
4. ปลูกป่าเพื่อดูดซับแก๊สคาร์บอนไดออกไซด์
6.3) แก๊สคาร์บอนมอนอกไซด์
แก๊สคาร์บอนมอนอกไซด์ (CO) เป็นแก๊สไม่มีสี ไม่มีกลิ่น ไม่ละลายน้ำ เกิดจาการเผาไหม้ที่ไม่สมบูรณ์ ผลกระทบต่อมนุษย์คือ เมื่อเข้าไปในร่างกายจะมีผลต่อสุขภาพของมนุษย์ เนื่องจากแก๊สดังกล่าวนี้จะเข้าไปขัดขวางการทำงานของเม็ดเลือดแดง โดยจะไปรวมกับฮีโมโกลบิน ได้ดีกว่าออกซิเจน 200 เท่า เกิดเป็นคาร์บอกซีฮีโมโกบิน ทำให้แก็สคาร์บอนมอนนอกไซด์ไปแทนที่แก๊สออกซิเจนที่จะถูกนำไปยังอวัยวะต่างๆ ของร่างกาย ผลก็คือ เมื่อหายใจเอาอากาศที่มีแก๊สคาร์บอนมอนอกไซด์ 0.15% ติดต่อกันนาน 1 ชั่วโมง มะมีอาการปวดศรีษะรุนแรง ถ้าได้รับปริมาณมากกว่า 60% นาน 3 ชั่วโมง มีอันตรายถึงแก่ชีวิต
6.4 ) การเกิดหมอกแดด
หมอกแดดเกิดจากสารประกอบไฮโดรคาร์บอนทำปฏิกิริยากับออกซิเจนและไนโตรเจนไดออกไซด์ ที่เกิดจากธรรมชาติปะปนอยู่ในอากาศ เกิดเป็นสารประกอบเปอร์ออกซีเอซีทิลไนเตรต (PAN) ซึ่งมีพิษอันตรายต่อนัยน์ตาและรบกวนระบบหายใจ
บทเรียนที่ 7 การเกิดปฏิกิยาเคมี (ต่อ)
การเกิดปฏิกิริยาเคมีของสาร
ปฏิกิริยาเคมีที่เกิดขึ้นอยู่รอบตัวของเรานั้นมีอยู่มากมายหลายประเภท และในปฏิกิริยาเคมีแต่ละประเภทก็จะมีอัตราเร็วในการเกิดปฏิกิริยาที่แตกต่างกัน โดยบางปฏิกิริยาอาจจะเกิดขึ้นได้อย่างรวดเร็วสามารถเห็นผลการเปลี่ยนแปลงได้อย่างชัดเจน แต่ในบางปฏิกิริยาก็อาจจะเกิดขึ้นอย่างช้า ๆ ต้องใช้ระยะเวลานานจึงจะสังเกตเห็นผลของปฏิกิริยา ซึ่งการเกิดปฏิกิริยาเคมีของสารจะเร็วหรือช้านั้น เราสามารถอธิบายได้โดยอาศัย ทฤษฎีการชนกัน (Collision Theory)
ทฤษฎีการชนกัน กล่าวว่าปฏิกิริยาเคมีของสารจะเกิดขึ้นได้เมื่ออนุภาคของสารตั้งต้นเข้ามาชนกัน แต่การชนกันของอนุภาคของสารตั้งต้นแต่ละครั้งก็ไม่ได้ทำให้เกิดปฏิกิริยาเคมีขึ้นเสมอไป ซึ่งการชนกันของอนุภาคของสารตั้งต้นแล้วจะก่อให้เกิดปฏิกิริยาเคมีหรือไม่ จะต้องขึ้นอยู่กับปัจจัย 2 ข้อ คือ ค่าพลังงานก่อกัมมันต์ และทิศทางการชนกันของอนุภาคของสารตั้งต้น ดังนี้
1. ค่าพลังงานก่อกัมมันต์ (Activation Energy ; E)
ค่าพลังงานก่อกัมมันต์ คือ พลังงานจำนวนน้อยที่สุดที่จะทำให้สารตั้งต้นสามารถเกิดปฏิกิริยาเคมีได้ โดยพลังงานก่อกัมมันต์จะมีผลต่อความยากง่ายในการเกิดปฏิกิริยาเคมี คือ หากเป็นปฏิกิริยานั้นก็จะไม่สามารถเกิดขึ้นได้จนกว่าสารจะได้รับพลังงานเข้ามาเพิ่มเติมจนมีพลังงานสูงกว่าค่าพลังงานก่อกัมมันต์ ส่วนปฏิกิริยาเคมีที่มีค่าพลังงานก่อกัมมันต์ต่ำ ปฏิกิริยาเคมีนั้นก็จะสามารถเกิดปฏิกิริยาได้ง่าย โดยไม่ต้องอาศัยพลังงานจากแหล่งอื่นมาเพิ่มเติม
ความสัมพันธ์ระหว่างค่าพลังงานก่อกัมมันต์กับการเกิดปฏิกิริยาเคมีจะมีลักษณะเหมือนการกลิ้งก้อนหินไปบนพื้น ซึ่งถ้าหากปฏิกิริยามีค่าพลังงานก่อกัมมันต์ต่ำก็เป็นเหมือนพื้นเรียบที่ไม่มีสิ่งกีดขวางใด ๆ เราสามารถกลิ้งก้อนหินให้ผ่านไปได้ง่าย แต่ในกรณีที่ปฏิกิริยามีค่าพลังงานก่อกัมมันต์สูงก็เป็นเหมือนพื้นที่ไม่เรียบ มีเนิน หรือสิ่งกีดขวางอยู่ จึงต้องช่วยเข็นหรือกลิ้งก้อนหินให้พ้นจากสิ่งกีดขวางไปได้
2. ทิศทางการชนกันของอนุภาค
การชนกันของอนุภาคของสารตั้งต้นสามารถทำให้เกิดปฏิกิริยาเป็นผลิตภัณฑ์ชนิดใหม่ขึ้นได้ เนื่องากในการเกิดปฏิกิริยาเคมีอนุภาคของสารตั้งต้นจะมีการชนกระแทกกัน ซึ่งถ้าหากอนุภาคของสารมีพลังงานที่มากพอ (มากกว่าค่าพลังงานก่อกัมมันต์) และมีการชนกันในทิศทางที่เหมาะแล้ว การชนกันนั้นก็จะสามารถทำลายแรงยึดเหนี่ยวที่อยู่ระหว่างอนุภาคของสารเดิมได้ หลังจากนั้นอนุภาคก็จะมีการสร้างพันธะกับอนุภาคอื่น ๆ เพื่อเกิดเป็นผลิตภัณฑ์ชนิดใหม่
ทิศทางการชนกันของอนุภาคที่เหมาะสม คือ ทิศทางการชนที่ทำให้อนุภาคอื่น ๆ เกิดเป็นผลิตภัณฑ์ชนิดใหม่ได้ง่าย ซึ่งทิศทางการชนที่เหมาะสมนี้จะมีความแตกต่างกันไปในสารแต่ละชนิดขึ้นอยู่กับลักษณะรูปร่างโมเลกุลของสาร
ที่มาและได้รับอนุญาตจาก :
พงศธร นันทธเนศ และสุนทร ภูรีปรีชาเลิศ. สารและสมบัติของสาร ม.4 - ม.6. พิมพ์ครั้งที่ 1. กรุงเทพฯ : อักษรเจริญทัศน์.
บทเรียนที่ 8 การเกิดปฏิกิริยาเคมี
การเกิดปฏิกิริยาเคมี
ถ้านักเรียนสังเกตรอบๆตัวเรา จะพบว่ามีการเปลี่ยนแปลงเกิดขึ้นตลอดเวลา เราจะรู้ได้อย่างไรว่าการเปลี่ยนแปลงใด เป็นการเกิดปฏิกิริยาเคมี ... มีข้อสังเกตในการเกิดปฏิกิริยาเคมี คือจะต้องมีสารใหม่เกิดขึ้นเสมอ สารใหม่ที่เกิดขึ้นจะต้องมีสมบัติเปลี่ยนไปจากสารเดิม... เช่น การเผาไหม้ของวัตถุที่เป็นเชื้อเพลิง การย่อยอาหารในกระเพาะอาหาร การสึกกร่อนของอาคารบ้านเรือน การบูดเน่าของอาหาร เป็นต้น
ปฏิริยาเคมีคืออะไร
ปฏิกิริยาเคมีหมายถึง การเปลี่ยนแปลงที่เกิดขึ้นกับสารแล้วส่งผลให้ได้สารใหม่ที่มีคุณสมบัติเปลี่ยนไปจากเดิม โดยในการเกิดปฏิกิริยาเคมี จะต้องเกิดจากสารตั้งต้น (reactant) ทำปฏิกิริยากัน แล้วเกิดเป็นสารใหม่ เรียกว่า ผลิตภัณฑ์ (product)
ปฏิกิริยาเคมีแบ่งออกได้ 5 ชนิดได้แก่
1.ปฏิกิริยาการรวมตัวA +Z ------->AZ
2.ปฏิกิริยาการสลายตัวAZ ------->A +Z
3.ปฏิกิริยาการแทนที่เชิงเดี่ยวA + BZ ------->AZ + B
4.ปฏิกิริยาการแทนที่เชิงคู่AX+BZ------->AZ + BX
5.ปฏิกิริยาสะเทินHX+BOH------->BX +HOH
สังเกตได้อย่างไรว่าการเปลี่ยนแปลงเหล่านั้นมีปฏิกิริยาเคมีเกิดขึ้น
เราสามารสังเกตได้ว่ามีปฏิกิริยาเคมีเกิดขึ้นโดยสังเกตสิ่งต่อไปนี้
มีฟองแก๊ส
มีตะกอน
สีของสารเปลี่ยนไป
อุณหภูมิเพิ่มขึ้นหรือลดลง
พลังงานกับการเกิดปฏิกิริยาเคมี
ในการเกิดปฏิกิริยาเคมี นอกจากจะมีผลิตภัณฑ์ซึ่งเป็นสารใหม่เกิดขึ้นแล้ว จะต้องมีพลังงานเกี่ยวข้องด้วยเสมอ เช่น การเผาไหม้ของเชื้อเพลิง มักจะให้พลังงานความร้อน พลังงานแสง หรือพลังงานชนิดอื่นเป็นผลพลอยได้ การเผาผลาญอาหารในร่างกายของเรา ก็มีพลังงานเกิดขึ้น เราจึงสามารถนำพลังงานจากการเผาผลาญอาหารมาใช้ในการดำรงชีวิต เป็นต้น
การเปลี่ยนแปลงพลังงานในการเกิดปฏิกิริยาเคมี มี 2 ประเภท คือ
1. ปฏิกิริยาคายความร้อน (exothermic reaction) คือปฏิกิริยาที่เกิดขึ้นแล้วให้พลังงานความร้อนออกมา แก่สิ่งแวดล้อม เช่น การเผาไหม้เชื้อเพลิง การเผาผลาญอาหารในร่างกาย เป็นต้น
2. ปฏิกิริยาดูดความร้อน (endothermic reaction) คือปฏิกิริยาที่เกิดขึ้นแล้ว ดูดความร้อนจากสิ่งแวดล้อมเข้าไป ทำให้สิ่งแวดล้อมมีอุณหภูมิลดลง
ปฏิกิริยาเคมีในชีวิตประจำวัน
ปฏิกิริยาการเผาไหม้C + O2------> CO2
ปฏิกิริยาการสันดาปในแก๊สหุงต้ม2C4H10+ 13O2------> 8CO2+ 10H2O
ปฏิกิริยาการเกิดฝนกรดSO3+ H2O ------> H2SO4
ปฏิกิริยาการเกิดสนิมเหล็ก4Fe + 3O2------> 2Fe2O3.H2O
แนวคิดเกี่ยวกับการเกิดปฏิกิริยาเคมี
ปฏิกิริยาเคมีหนึ่งๆ จะเกิดได้หรือไม่ เกิดขึ้นได้อย่างไร เกิดเร็วหรือช้าได้อย่างไร นอกจากจะทราบจากการทดลองแล้ว ยังสามารถทราบได้จากการใช้ทฤษฎีอธิบายอัตราการเกิดปฏิกิริยา เช่น ทฤษฎีการชน และทฤษฎีทรานสิชันสเตต เป็นต้น ทฤษฎีดังกล่าวจะอธิบายให้ทราบว่าการที่ปฏิกิริยาจะเกิดขึ้นได้ต้องมีสภาวะอย่างไร และเมื่อมีปฏิกิริยาเกิดขึ้นแล้วการเพิ่มความเข้มข้น อุณหภูมิ ทำให้เกิดเร็วขึ้น เป็นเพราะเหตุใด
ทฤษฎีการชนกันของก๊าซ (collision theory of gases)
นักวิทยาศาสตร์เชื่อว่า “ปฏิกิริยาเคมีเกิดขึ้นได้ เมื่ออนุภาคของสารตั้งต้นเข้ามาชนกัน” อนุภาคดังกล่าวอาจจะเป็นโมเลกุล อะตอมหรือไอออนก็ได้ อย่างไรก็ตามไม่ได้หมายความว่า การชนกันทุกครั้งจะต้องเกิดปฏิกิริยายังต้องอาศัยปัจจัยอื่นๆ เช่น พลังงานก่อกัมมันต์ และทิศทางของการชนประกอบด้วย กล่าวได้ว่า การชนกันบางโอกาสเท่านั้นที่ทำให้เกิดปฏิกิริยาได้ ดังนั้นอัตราการชนจึงสูงกว่าอัตราการเกิดปฏิกิริยา
ตัวอย่าง เช่น ก๊าซ H2 1 โมล (6.02 x 1023 โมเลกุล) บรรจุอยู่ในภาชนะที่มีก๊าซ O2 1 โมล (6.02 x 1023 โมเลกุล)อัตราการชนกันระหว่างโมเลกุลของ H2 และ O2 จะมีค่ามากกว่า 1030 ครั้งต่อวินาที จะพบว่าไม่มีปฏิกิริยาเกิดขึ้น แต่ถ้านำก๊าซ NO 1 โมล บรรจุลงในภาชนะที่มีก๊าซ O2 1 โมลจะพบว่ามีอัตราการชนมากกว่า 1030 ครั้งต่อวินาที เช่นเดียวกัน แต่สามารถเกิดปฏิกิริยาได้เป็น NO2 แสดงให้เห็นว่าในบางกรณี ถึงแม้อนุภาคจะชนกันมากเพียงใดก็ยังไม่มีปฏิกิริยาเกิดขึ้น แต่บางกรณีปฏิกิริยาจะเกิดขึ้นได้อย่างรวดเร็ว
ทฤษฎีที่ใช้อธิบายการเกิดปฏิกิริยาดังกล่าวนี้ เรียกว่า ทฤษฎีการชนกันของก๊าซ
พลังงานก่อกัมมันต์ (Activation energy)
ตามหลักของทฤษฎีจลน์ ที่อุณหภูมิหนึ่งๆ โมเลกุลหรืออะตอมของก๊าซทุกชนิดจะมีพลังงานจลน์เฉลี่ยเท่ากัน และมีความเร็วเท่ากับความเร็วเฉลี่ย แต่ในสภาพความเป็นจริง โมเลกุลของก๊าซจะเคลื่อนที่ด้วยความเร็วต่างๆ กัน แม้ว่าจะเป็นโมเลกุลชนิดเดียวกัน บางกลุ่มอาจจะเคลื่อนที่ด้วยความเร็วต่ำมาก บางกลุ่มอาจจะสูงมาก หรือบางโมเลกุลมีการชนกันแล้วทำให้หยุดนิ่ง การที่โมเลกุลเหล่านี้เคลื่อนที่ได้เร็วไม่เท่ากัน ทำให้มีพลังงานจลน์ในตัวแตกต่างกัน พวกโมเลกุลที่เคลื่อนที่ช้าลงจะมีพลังงานจลน์ในตัวต่ำและพวกที่ที่เคลื่อนที่เร็ว จะมีพลังงานจลน์ในตัวสูง
เมื่อโมเลกุลเหล่านี้เคลื่อนที่ตลอดเวลาและชนกันจะทำให้มีการเปลี่ยนแปลงพลังงานเกิดขึ้น อาจจะมีการถ่ายเทพลังงานจากโมเลกุลหนึ่งไปยังอีกโมเลกุลหนึ่ง ถ้าโมเลกุลที่ชนกันนั้นมีพลังงานจลน์สูง พลังงานที่ได้จากการชนก็จะมีค่าสูง และถ้าพลังงานนั้นสูงมากพอจะทำให้เกิดการสลายพันธะในสารตั้งต้นทำให้มีโอกาสสร้างพันธะใหม่เกิดเป็นผลิตภัณฑ์ได้ ซึ่งหมายความว่า ในกรณีของการชนกันดังกล่าวจะทำให้มีปฏิกิริยาเคมีเกิดขึ้น แต่ในทางตรงกันข้าม เนื่องจากโมเลกุลทั้งหมดไม่ได้มีพลังงานจลน์สูงมากพอ บางโมเลกุลอาจจะมีพลังงานต่ำมาก เมื่อโมเลกุลเหล่านี้มาชนกันพลังงานที่ได้จากการชนกันจะมีค่าไม่สูงพอ ทำให้ไม่สามารถสลายพันธะของสารตั้งต้น ดังนั้นปฏิกิริยาจึงไม่เกิดขึ้น นั่นคือ การชนกันของโมเลกุลที่พลังงานต่ำปฏิกิริยาเคมีจะไม่เกิดขึ้น “พลังงานของโมเลกุลที่ชนกันแล้ว ทำให้มีปฏิกิริยาเกิดขึ้นได้อย่างน้อยจะต้องมีค่าเท่ากับพลังงานค่าหนึ่ง เรียกว่า ก่อกัมมันต์หรือพลังงานกระตุ้น” ถ้าโมเลกุลที่เข้ามาชนกันมีพลังงานเท่ากับ หรือมากกว่าพลังงานก่อกัมมันต์ การชนกันนั้นจะทำให้เกิดปฏิกิริยาเคมีได้ แต่ถ้าโมเลกุลที่เข้ามาชนกัน มีพลังงานน้อยกว่าพลังงานก่อกัมมันต์ การชนกันนั้นจะไม่เกิดปฏิกิริยาเคมี
เมื่อโมเลกุลที่มีพลังงานในตัวสูงกว่าพลังงานพลังงานกระตุ้นเข้ามาชนกัน จะก่อให้เกิดการสลายพันธะภายในโมเลกุลนั้น ในขณะเดียวกันจะเกิดการสร้างพันธะขึ้นใหม่พร้อมๆ กัน ก่อให้เกิดสารประกอบเชิงซ้อนที่มีทั้งการสลายและสร้างพันธะขึ้น เรียกสารนี้ว่า สารเชิงซ้อนที่ถูกกระตุ้น (activated complex) สารเชิงซ้อนที่ถูกกระตุ้นจะมีพลังงานในตัวสูงกว่าโมเลกุลเดิมทำให้อยู่ในสภาวะที่ไม่เสถียร อาจจะเกิดการเปลี่ยนแปลงต่อไปกลายเป็นผลิตภัณฑ์หรืออาจจะกลับคืนเป็นสารเดิมก็ได้
ทิศทางการชนกันของโมเลกุล
ถึงแม้ว่าโมเลกุลที่เข้ามาชนกัน จะมีพลังงานในตัวสูงมากกว่า พลังงานก่อกัมมันต์ และชนกันอย่างแรง อาจจะไม่เกิดปฏิกิริยาก็ได้ถ้าทิศทางของการชนกัน หรือตำแหน่งการจัดตัวของโมเลกุลที่เข้าชนกันไม่เหมาะสม หมายความว่า ปฏิกิริยาเคมีจะเกิดขึ้นได้นั้นต้องขึ้นอยู่กับทิศทางการชนกันด้วย โดยที่ทิศทางของการชนมีส่วนสัมพันธ์กับพลังงานก่อกัมมันต์ของปฏิกิริยา ถ้าทิศทางของการชนเหมาะสม พลังงานก่อกัมมันต์ของปฏิกิริยาจะต่ำกว่าในกรณีที่ทิศทางของการชนไม่เหมาะสม ซึ่งเป็นผลให้เกิดปฏิกิริยาได้ง่ายกว่า
การอธิบายเกี่ยวกับการเกิดปฏิกิริยาเคมีจึงสามารถสรุปได้ว่า “ปฏิกิริยาเคมีจะเกิดขึ้นได้เมื่ออนุภาคของสารตั้งต้นเข้ามาชนกัน อนุภาคที่เข้ามาชนกันนี้จะต้องมีพลังงานในตัว อย่างน้อยเท่ากับพลังงานก่อกัมมันต์ และจะต้องชนกันในทิศทางที่เหมาะสม” ซึ่งเป็นเหตุผลที่ใช้อธิบายว่าทำไมการชนกันบางครั้งเท่านั้น จึงเกิดปฏิกิริยา โมเลกุลส่วนหนึ่ง จะมีพลังงานน้อยกว่า พลังงาน ก่อกัมมันต์ ซึ่งเมื่อชนกันจะไม่เกิดปฏิกิริยา และโมเลกุลที่มีพลังงานมากกว่าพลังงานก่อกัมมันต์ ถ้าชนกันไม่ถูกทิศทางก็จะไม่เกิดปฏิกิริยาเช่นเดียวกัน ดังนั้นอัตราการเกิดปฏิกิริยาจึงต้องมีค่าน้อยกว่าอัตราการชนกันของโมเลกุล
สำหรับการที่จะอธิบายว่าปฏิกิริยาเคมีหนึ่ง ๆ มีอัตราการเกิดปฏิกิริยาสูงหรือต่ำต้องอาศัยปัจจัย 2 อย่าง คือ
1. จำนวนอนุภาคที่มีพลังงานสูง
2. ค่าพลังงานก่อกัมมันต์ของปฏิกิริยา
การที่ปฏิกิริยาเกิดช้าเป็นเพราะปฏิกิริยานั้นมีพลังงานก่อกัมมันต์สูง ซึ่งอนุภาคที่จะชนกันแล้วทำให้เกิดพลังงานเท่ากับ หรือ มากกว่าพลังงานก่อกัมมันต์ จะต้องเป็นอนุภาคที่มีพลังงานสูงมาก ซึ่งที่อุณหภูมิปกติอนุภาคที่มีพลังงานสูงๆ เหล่านี้จะมีจำนวนน้อย จึงเป็นผลให้อัตราการเกิดปฏิกิริยาต่ำ
ดังนั้น ปฏิกิริยาที่เกิดเร็วจะต้องมีค่าพลังงานก่อกัมมันต์ต่ำ และมีจำนวนอนุภาค ที่มีพลังงานสูงอยู่มาก ในทำนองกลับกัน ปฏิกิริยาจะเกิดช้าถ้ามีพลังงานก่อกัมมันต์สูง และมีจำนวนอนุภาคที่มีพลังงานสูงอยู่น้อย โดยทั่วๆ ไปพลังงานก่อกัมมันต์กับจำนวนโมเลกุลทีมีพลังงานสูง จะมีส่วนสัมพันธ์กัน ในปฏิกิริยาที่มีพลังงานก่อกัมมันต์ต่ำ จะมีโมเลกุลที่มีพลังงานสูงๆ เมื่อเทียบกับพลังงานก่อกัมมันต์จำนวนมาก ในขณะที่ปฏิกิริยาที่มีพลังงานก่อกัมมันต์สูง จะมีโมเลกุลที่มีพลังงานสูงๆ อยู่น้อย
2. พลังงานกับการดำเนินไปของปฏิกิริยา
เนื่องจากการเกิดปฏิกิริยาเคมี จะต้องมีพลังงานเข้ามาเกี่ยวข้องด้วย ถ้าเป็นปฏิกิริยาของสารประกอบโคเวเลนต์จะมีการสลายพันธะของสารตั้งต้น และมีการสร้างพันธะของสารผลิตภัณฑ์ขึ้น ถ้าพลังงานที่ใช้ในการสลายพันธะทั้งหมดรวมกันแล้ว มีค่ามากกว่าพลังงานที่ได้จากการเกิดพันธะใหม่รวมกัน การเปลี่ยนแปลงนั้นจะเป็นประเภทดูดความร้อน ในทางตรงกันข้าม ถ้าพลังงานที่ใช้ในการสลายพันธะทั้งหมดรวมกันมีค่าน้อยกว่า พลังงานที่เกิดขึ้นเนื่องจากการสร้างพันธะรวมกัน การเปลี่ยนแปลงนั้นก็จะเป็นประเภทคายความร้อน
ในแง่ของพลังงานของโมเลกุล ถ้าสารที่เป็นผลิตภัณฑ์มีพลังงานต่ำกว่าสารตั้งต้น ปฏิกิริยานั้นจะเป็นประเภทคายพลังงาน แต่ถ้าสารที่เป็นผลิตภัณฑ์มีพลังงานสูงกว่าสารตังต้น ปฏิกิริยานั้นจะเป็นประเภทดูดพลังงาน
พลังงานก่อกัมมันต์( Ea) กับอัตราการเกิดปฏิกิริยา
ค่า Ea สามารถใช้เปรียบเทียบอัตราการเกิดปฏิกิริยาได้โดย
“ปฏิกิริยาที่มีค่า Ea ต่ำ จะเกิดได้เร็วกว่าปฏิกิริยาที่มี Ea สูง” เช่น
2H2(g) + O2(g) ------à 2H2O (g) มี Ea สูงมาก ทำให้เกิดปฏิกิริยาช้ามากจนสังเกตไม่ได้
แต่ปฏิกิริยา 2NO (g) + O2 (g) ------à 2NO2(g) เกิดเร็วมากเพราะมี Ea ต่ำ
อย่างไรก็ตามปฏิกิริยาที่มีค่า Ea ต่ำ อย่างน้อยที่สุดค่า Ea จะต้องเท่ากับพลังงานของสารตั้งต้น ค่า Ea ของปฏิกิริยาแต่ละชนิดจะน้อยกว่าพลังงานของสารตั้งต้นไม่ได้ ค่า Ea เป็นค่าเฉพาะตัวของปฏิกิริยาหนึ่งๆ ไม่ขึ้นกับอุณหภูมิ ค่า Ea ของปฏิกิริยาต่างชนิดกันจะมีค่าไม่เท่ากัน
สถาบันส่งเสริมการสอนวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยี (สสวท.) กระทรวงศึกษาธิการ เป็นหน่วยงานของรัฐที่ไม่แสวงหากำไร ได้จัดทำเว็บไซต์คลังความรู้ SciMath เพื่อส่งเสริมการสอนวิทยาศาสตร์ คณิตศาสตร์และเทคโนโลยีทุกระดับการศึกษา โดยเน้นการศึกษาขั้นพื้นฐานเป็นหลัก หากท่านพบว่ามีข้อมูลหรือเนื้อหาใด ๆ ที่ละเมิดทรัพย์สินทางปัญญาปรากฏอยู่ในเว็บไซต์ โปรดแจ้งให้ทราบเพื่อดำเนินการแก้ปัญหาดังกล่าวโดยเร็วที่สุด
The Institute for the Promotion of Teaching Science and Technology (IPST), Ministry of Education, a non-profit organization under the Thai government, developed SciMath as a website that provides educational resources in Science, Mathematics and Technology. IPST invites visitors to use its online resources for personal, educational and other non-commercial purpose. If there are any problems, please contact us immediately.
Copyright © 2018 SCIMATH :: คลังความรู้ SciMath. Terms and Conditions. Privacy. , All Rights Reserved.
อีเมล: This email address is being protected from spambots. You need JavaScript enabled to view it. (ให้บริการในวันและเวลาราชการเท่านั้น)