อัตราการเกิดปฏิกิริยาเคมี มีกี่ประเภท

ปฏิกิริยาเคมี คือ กระบวนการเปลี่ยนของสารตั้งต้นไปเป็นสารใหม่ โดยปริมาณสารตั้งต้นจะลดลง และปริมาณสารใหม่จะเกิดขึ้น และเพิ่มปริมาณขึ้นเรื่อยๆ เมื่อเวลาผ่านไป โดยสามารถเขียนให้เข้าใจง่ายด้วยสมการเคมี

ปฏิกิริยาเคมี หมายถึง การเปลี่ยนแปลงที่เกิดขึ้นกับสารแล้วส่งผลให้ได้สารใหม่ที่มีคุณสมบัติเปลี่ยนไปจากเดิม โดยในการเกิดปฏิกิริยาเคมี จะต้องเกิดจากสารตั้งต้น (reactant) ทำปฏิกิริยากัน แล้วเกิดเป็นสารใหม่ เรียกว่า ผลิตภัณฑ์ (product)

ปฏิกิริยาเคมีจำแนกเป็น 2 ประเภท คือ
1. ปฏิกิริยาเคมีสมบูรณ์ คือ การเกิดสารใหม่ขณะที่สารตั้งต้นตัวใดตัวหนึ่งหมดไปหรือหมดทุกตัว
2. ปฏิกิริยาเคมีไม่สมบูรณ์ คือ การเกิดสารใหม่ขณะที่สารตั้งต้นยังเหลือทุกตัว ไม่มีตัวใดตัวหนึ่งหมดไป

ทฤษฎีที่เกี่ยวข้องกับปฏิกิริยาเคมี
1. ทฤษฎีการชนโมเลกุล (Collision Theory) กล่าวถึง โมเลกุลของสารต้องมีการชนซึ่งกันและกัน ซึ่งการชนกันแต่ละครั้งไม่จำเป็นต้องเกิดปฏิกิริยา
2. ทฤษฎีจลน์ของโมเลกุล (Kinetic Theory) กล่าวถึง โมเลกุลต้องมีการเคลื่อนที่ช้าลง ซึ่งก่อให้เกิดพลังงานจลน์ โดยโมเลกุลต้องมีพลังงานสูงพอจึงจะเกิดปฏิกิริยาได้

สถานะการเกิดปฏิกิริยาเคมี
1. ต้องมีจำนวนโมเลกุลมากพอ
2. ต้องมีการชนกันระหว่างโมเลกุล
3. ต้องมีพลังงานสูงพอ โดยอย่างน้อยต้องเท่ากับพลังงานก่อกัมมันต์
4. ต้องมีทิศทางที่เหมาะสม

ศาสตร์ทางเคมีที่เกี่ยวข้องกับการศึกษาอัตราการเกิดปฏิกิริยาเคมี เรียกว่า จลนศาสตร์เคมี (chemical kinetics) โดยคำว่า จลนศาสตร์ มีความหมายเกี่ยวข้องกับการเคลื่อนที่ของสาร ซึ่งเกี่ยวข้องกับอัตราการเกิดปฏิกิริยาเคมี (Rate of chemical reaction) โดยการเกิดปฏิกิริยาหนึ่งๆที่อยู่ในสภาวะเดียวกันจะมีอัตราการเกิดปฏิกิริยาเฉพาะค่า โดยขึ้นอยู่กับสภาวะธรรมชาติของสารนั้นๆ เช่น อัตราการเกิดปฏิกิริยาของก๊าซไฮโดรเจนกับก๊าซฟลูออรีน และก๊าซไนโตรเจน

การที่จะได้แก๊สไฮโดรเจนไอโอไดด์เกิดขึ้น โมเลกุลของแก๊สไฮโดรเจนกับแก๊สไอโอดีนจะต้องมีการชนกันและอาจจัดตัวขณะชนกัน

เมื่อพิจารณาการชนกันของโมเลกุลH2กับI2พบว่าการชนกันแบบ ข. มีโอกาสที่จะเกิดปฏิกิริยาเคมีได้มากกว่าแบบ ก. เนื่องจากทิศทางในการชนกันของโมเลกุลทั้งสองความเหมาะสม
จากข้อมูลที่กล่าวมาแล้วช่วยให้สรุปได้ว่าปฏิกิริยาเคมีเกิดขึ้นได้เมื่ออนุภาคของสารตั้งต้นชนกันในทิศทางที่เหมาะสม รวมทั้งต้องมีพลังงานที่เกิดจากการชนกันอย่างน้อยที่สุดปริมาณหนึ่งซึ่งเท่ากับ พลังงานก่อกัมมันต์ ใช้สัญลักษณ์ย่อเป็น Ea
พลังงานก่อกัมมันต์เป็นค่าที่คำนวณจากผลการทดลอง ซึ่งในแต่ละปฏิกิริยาจะมีค่าพลังงานก่อกัมมันต์ไม่เท่ากัน โดยปกติโมเลกุลที่มีพลังงานเท่ากับหรือมากกว่าพลังงานก่อกัมมันต์มีจำนวนน้อยมาก เพื่อให้เข้าใจดีขึ้นจึงอาจเปรียบเทียบการเกิดปฏิกิริยาเคมีกับการเดินทางข้ามภูเขาดังรูปที่1 ด้านล่าง

จากรูป คนที่จะเดินข้ามภูเขาได้ต้องแข็งแรงมากหรือมีพลังงานมาก ดังนั้นจำนวนคนที่จะเดินข้ามภูเขาได้ภายในเวลาที่กำหนด จึงขึ้นอยู่กับองค์ประกอบที่สำคัญ 2 ประการ คือ (1) จำนวนคนที่แข็งแรงหรือมีพลังงานมากและ (2) ความสูงของภูเขา
ถ้าอุปมาอุปไมยจำนวนคนที่แข็งแรงหรือมีพลังงานสูงกับจำนวนอนุภาคที่มีพลังงานสูง และความสูงของภูเขากับค่าพลังงานก่อกัมมันต์ของปฏิกิริยานั้น ช่วยให้อธิบายได้ว่าการที่บางปฏิกิริยาเกิดขึ้นช้ามาก เพราะปฏิกิริยานั้นมีค่าพลังงานก่อกัมมันต์สูงมาก และอนุภาคที่มีพลังงานสูงมีจำนวนน้อย โอกาสที่จะชนกันเพื่อให้ได้พลังงานสูงเท่ากับพลังงานก่อกัมมันต์จึงมีน้อยด้วย ในกรณีของปฏิกิริยาที่เกิดได้เร็วก็อธิบายได้ในทำนองเดียวกัน
สำหรับการอธิบายการเกิดปฏิกิริยาเคมีอีกแนวคิดหนึ่งอธิบายว่า เมื่อสารเข้าทำปฏิกิริยากันจะมีสารใหม่เกิดขึ้นเป็นผลิตภัณฑ์ และในระหว่างที่สารตั้งต้นเปลี่ยนเป็นผลิตภัณฑ์นั้น จะมีสารเชิงซ้อนกัมมันต์เกิดขึ้นก่อนเพียงชั่วขณะแล้วสารเชิงซ้อนกัมมันต์ก็สลายให้ผลิตภัณฑ์ต่อไป เช่น ปฏิกิริยาระหว่างแก๊สCO กับNO2เกิดเป็นแก๊สCO2และNO

ทางด้านสารตั้งต้นจะมีพันธะระหว่างอะตอมC กับO ในโมเลกุลCO และN กับOในโมเลกุล NO2เท่านั้น เมื่อเกิดเป็นสารเชิงซ้อนกัมมันต์ ความแข็งแรงของพันธะระหว่างอะตอมN กับO ในNO2จะลดลง และเริ่มมีพันธะอย่างอ่อน ๆ เกิดขึ้นระหว่างอะตอมของC ในCO กับ O ในNO2เมื่อสารเชิงซ้อนกัมมันต์สลายตัวให้ผลิตภัณฑ์ จะมีการสลายพันธะเดิมระหว่างอะตอม N กับ O และมีพันธะระหว่างอะตอม C กับ O เกิดขึ้นแทนที่ สารเชิงซ้อนกัมมันต์อยู่ในสภาวะที่ไม่เสถียรเพราะมีพลังงานสูงมาก สภาวะดังกล่าวนี้เรียกว่า สภาวะแทรนซิชัน จึงอาจกล่าวได้ว่าพลังงานของสภาวะแทรนซิชันจะมีค่าประมาณพลังงานก่อกัมมันต์นั่นเอง ทั้งนี้เพราะการที่ปฏิกิริยาเคมีจะเกิดขึ้นได้อนุภาคของสารที่ชนกันจะต้องมีพลังงานอย่างน้อยทีสุดเท่ากับพลังงานก่อกัมมันต์

อัตราการเกิดปฏิกิริยาเคมี คือ การเปลี่ยนแปลงสารในหนึ่งหน่วยเวลา ซึ่งเนื้อหาของบทนี้จะอยู่ในเคมี ม.5 ของนักเรียนม.ปลาย ที่จะอยู่ในพาร์ทเคมีคำนวณ ต้องใช้ทั้งความเข้าใจในทฤษฎีเกี่ยวกับ ปัจจัยที่มีผลต่ออัตราการเกิดปฏิกิริยา  และการคำนวณโดยใช้สูตรอีกด้วย ถือเป็นบทสำคัญที่ออกสอบค่อนข้างบ่อยมาก ๆ น้อง ๆ ATHOME คนไหนอยากทบทวนความรู้พร้อมดูตัวอย่างโจทย์พร้อมเฉลย มาดูกันได้เลยนะคะ

ความหมายของปฏิกิริยาเคมี

ปฏิกิริยาเคมี คือ กระบวนการเปลี่ยนของสารตั้งต้นไปเป็นสารใหม่ โดยปริมาณสารตั้งต้นจะลดลง และปริมาณสารใหม่จะเกิดขึ้น และเพิ่มปริมาณขึ้นเรื่อยๆ เมื่อเวลาผ่านไป 

เช่น ปฏิกิริยาการเผาไหม้, ปฏิกิริยาการระเบิด, ปฏิกิริยาแสง เป็นต้น ( ใส่รูป 1 )

ชนิดของปฏิกิริยาเคมี

ชนิดของปฏิกิริยาเคมีนั้นแบ่งออกเป็น 2 ชนิด ซึ่งเกี่ยวข้องกับทิศทางของปฏิกิริยา

1. ปฏิกิริยาแบบผันกลับได้ คือ ปฏิกิริยาเคมีที่สารตั้งต้นเมื่อเปลี่ยนเป็นผลิตภัณฑ์แล้ว สามารถย้อนกลับเป็นสารตั้งต้นได้อีก

1. ปฏิกิริยาแบบผันกลับไม่ได้ คือ ปฏิกิริยาเคมีที่สารตั้งต้นเมื่อเปลี่ยนเป็นผลิตภัณฑ์แล้ว ผลิตภัณฑ์ไม่สามารถย้อนกลับไปเป็นสารตั้งต้นได้อีก

ความหมายของอัตราการเกิดปฏิกิริยาเคมี

อัตราการเกิดปฏิกิริยาเคมี คือ อัตราการเปลี่ยนแปลงของสารที่ช้าที่สุดในสมการเคมี สามารถหาได้จากสารทุกตัวและสมการเคมีโดยหาจากอัตราการเปลี่ยนแปลงสารหารด้วยเลขดุลหน้าสารนั้น
จะได้ค่าเท่ากันทุกสาร 

ชนิดของอัตราการเกิดปฏิกิริยาเคมี

1. อัตราการเกิดปฏิกิริยาเฉลี่ย (Average Rate) คือ คิดจากการเปลี่ยนแปลงสาร ตั้งแต่เริ่มต้นทำปฏิกิริยาไปจนถึงปฏิกิริยาสิ้นสุด (สารตั้งต้นทุกตัวหมด หรือ ตัวใดตัวหนึ่งหมด)

1. อัตราการเกิดปฏิกิริยา ณ ช่วงเวลาหนึ่ง (Instantaneous Rate) คือ คิดจากการเปลี่ยนแปลงสารในช่วงเวลาใดเวลาหนึ่ง หรือขั้นตอนใดขั้นตอนหนึ่งเท่านั้น

1. อัตราการเกิดปฏิกิริยา ณ จุดใดจุดหนึ่งของเวลา คือ อัตราที่คิดจากการเปลี่ยนแปลงสารในช่วงจุดใดจุดหนึ่งของเวลา (คิดเป็นช่วงเวลาแคบ ๆ) เช่น วินาทีที่ 1 ของปฏิกิริยา เป็นต้น สามารถหาได 2 วิธี คือ

• วิธีที่ 1 หาได้จากความชันของกราฟระหว่างปริมาณสารที่เปลี่ยนแปลงกับเวลา แล้วหาความชัน ณ ช่วงวินาทีนั้น ๆ 
• วิธีที่ 2 หาได้จากช่วงเวลาที่คร่อม ณ จุดวินาทีนั้น ๆ จากตารางข้อมูลความเข้มข้นของสารที่เปลี่ยนไป หรือ สมการความเข้มข้นในรูปของฟังก์ชันเวลา 

ตัวอย่าง 

Mg ทำปฏิกิริยากับสารละลายกรด HCl เข้มข้น 0.2 mol/L ได้แก๊ส H2 ตามผลการทดลองดังนี้

ปฏิกิริยาที่เกิดขึ้น เป็นดังนี้

 ( ใส่รูป 2 )

ก. จงหาอัตราการเกิด H2 โดยเฉลี่ย

ข. จงหาอัตราการเกิดแก๊ส H2 ที่ช่วงเวลา 20-35 วินาที

ค. จงเขียนกราฟระหว่างปริมาตรของแก๊ส H2 ที่เกิดขึ้นกับเวลา

วิธีทำ

ก. Rate H2 เฉลี่ย = ปริมาตร H2 ที่เกิดขึ้นทั้งหมด / เวลาทั้งหมดที่ใช้

= 6 – 0 cm3 / 130 – 0 s

= 6 cm3 / 130 s 

= 0.047 cm3 / s

ข. Rate H2 20-30 s = ปริมาตร H2 ที่เกิดขึ้น 20-35 s / ผลต่างของเวลาที่ 20 – 30 s

= 3 – 2 cm3 / 35 – 20 s

= 0.067 cm3 / s 

ค. พล็อตกราฟ ( ใส่รูป 3 )

อัตราการเกิดปฏิกิริยาเคมี ม.5 รวมสูตร

( ใส่รูป 4 )

อัตราการเกิดปฏิกิริยาเคมี สรุปสาระสำคัญ

1.ปฏิกิริยาเคมีใด ๆ สารแต่ละตัวไม่จำเป็นต้องมีอัตราเร็วของการเปลี่ยนแปลงเท่ากัน แต่เมื่อหารด้วยเลขดุลสมการ ต้องมีอัตราการเกิดปฏิกิริยาเคมีเท่ากัน

2.การเกิดปฏิกิริยาเคมี สังเกต คีย์เวิร์ด ได้จากโจทย์ เช่น

• สีของสารเปลี่ยนแปลงไป (เข้มขึ้น / จางลง / เปลี่ยนเป็นสีใหม่ไปเลย)
• เกิดกลิ่น (กลิ่นฉุน / กลิ่นหอม / กลิ่นเหม็น)
• เกิดตะกอน หรือ ตะกอนถูกละลายหายไป
• เกิดฟองแก๊ส
• อุณหภูมิหรือความดันของระบบเปลี่ยนแปลงไป 

3.กราฟการเปลี่ยนแปลงสารตั้งต้นและผลิตภัณฑ์

( ใส่รูป 5 )

4.ปฏิกิริยาเคมีแต่ละประเภท จะมีอัตราการเกิดปฏิกิริยาเคมีไม่เท่ากัน
ขึ้นอยู่กับธรรมชาติของสารแต่ละชนิด เช่น

• ปฏิกิริยาการเกิดสนิมเหล็ก จะใช้เวลานานมาก
• ปฏิกิริยาการเกิดระเบิด เวลาเพียงเสี้ยววินาทีก็สามารถระเบิดได้
• ปฏิกิริยาสะเทินระหว่างกรดกับเบส ใช้เวลาหลายวินาที

อัตราการเกิดปฏิกิริยาเคมี โจทย์ พร้อมเฉลย

1. สาร A สลายตัวเป็นสาร B ดังสมการเคมี 3A → 5B เมื่อเริ่มต้นปฏิกิริยามีสาร A 3.00 โมลาร์ เมื่อเวลาผ่านไป 30 วินาที อัตราการเกิดปฏิกิริยาเคมีเฉลี่ยเท่ากับ 0.015 โมลาร์ต่อวินาที สาร A และ สาร B จะมีความเข้มข้นเท่าใด

(วิดีโอเฉลย) 

1. เมื่อนำสาร A และสาร B ที่มีความเข้มข้นต่าง ๆ มาทำปฏิกิริยากัน 10 นาที พบว่าได้ผลิตภัณฑ์เป็น A2 B ซึ่งความเข้มข้น ดังตาราง

( ใส่รูป 6 )

1. เขียนสมการปฏิกิริยาเคมีที่เกิดขึ้น
2. อัตราการเกิดปฏิกิริยาเคมีขึ้นกับความเข้มข้นเริ่มต้นของสาร A และ B อย่างไร

(คลิปเฉลย)

3. สาร A เกิดปฏิกิริยาเคมีเปลี่ยนเป็นสาร B และ C ตามแผนภาพการดำเนินไปของปฏิกิริยาดังแสดง
( ใส่รูป 7 )

ถ้าเริ่มปฏิกิริยาด้วยความเข้มข้น A เท่ากัน อัตราากรเกิดปฏิกิริยา A → B และ A → C เท่ากันหรือไม่ อย่างไร

(คลิปเฉลย) 

4. เมื่อนำตัวเร่งปฏิกิริยา 3 ชนิด มาใช้เร่งการเกิดปฏิกิริยาพอลิเมอร์ของมอนอเมอร์ X ในสารละลายที่มีความเข้มข้นเริ่มต้นของ X เท่ากับ 5 โมลาร์ โดยใช้ปริมาณของตัวเร่งปฏิกิริยาแต่ละชนิดเท่า ๆ กัน
บันทึกผลดังตาราง

ตัวเร่งปฏิกิริยาชนิดใดทำให้อัตราการเกิดปฏิกิริยาเฉลี่ยในช่วงหนึ่งวันมากที่สุด และตัวเร่งนี้ให้อัตราการเกิดปฏิกิริยาเฉลี่ยในช่วง 4 ชั่วโมงแรกเท่าใด

(คลิปเฉลย) 

คำถามที่พบบ่อย (FAQ)

อัตราการเกิดปฏิกิริยาเคมี มีอะไรบ้าง

อัตราการเกิดปฏิกิริยาเฉลี่ย  / อัตราการเกิดปฏิกิริยา ณ ช่วงเวลาหนึ่ง / อัตราการเกิดปฏิกิริยา ณ จุดใดจุดหนึ่งของเวลา

อัตราการเกิดปฏิกิริยาเคมี หมายถึงอะไร

อัตราการเปลี่ยนแปลงของปริมาณผลิตภัณฑ์และสารตั้งต้นในเวลาหนึ่งหน่วยเวลา

เป็นอย่างไรกันบ้างคะน้อง ๆ เนื้อหาเคมีม.ปลาย เรื่องอัตราปฏิกิริยาเคมีเป็นเนื้อหาที่สนุกและน่าสนใจมาก ๆ เลยใช่ไหมคะ น้อง ๆ คนไหนที่อ่านสรุปย่อแล้วยังไม่เข้าใจก็สามารถเข้าไปศึกษาเพิ่มเติมในเว็บไซต์ของ ATHOME ได้เลยน้า ที่นี่พร้อมมอบสาระความรู้ดี ๆ ให้น้อง ๆ ทุกคนเสมอนะคะ