อัตราการเกิดปฏิกิริยาเคมี
แบบฝึกหัด
อัตราการเกิดปฏิกิริยาเคมี
อัตราการเกิดปฏิกิริยาเคมี
อัตราการเกิดปฏิกิริยาเคมี
เนื้อหา
อัตราการเกิดปฏิกิริยาเคมี
อัตราการเกิดปฏิกิริยาเคมี คือ การเปลี่ยนแปลงความเข้มข้นของสารตั้งต้น (reactant) หรือผลิตภัณฑ์ (product) ต่อการเปลี่ยนแปลงเวลา ปฏิกิริยาต่างชนิดกันมักมีอัตราการเกิดปฏิกิริยาไม่เท่ากัน
เช่น
ปฏิกิริยาที่มีอัตราการเกิดเร็ว หมายความว่า ความเข้มข้นของสารตั้งต้นลดลงอย่างรวดเร็ว ดังเช่น ปฏิกิริยาการระเบิด
ในทางตรงกันข้าม ถ้าปฏิกิริยามีอัตราการเกิดช้า จะหมายความว่า ความเข้มข้นของสารตั้งต้นมีการลดลงอย่างช้าๆ ใช้เวลานานในการเปลี่ยนแปลง เช่น ปฏิกิริยาการเกิดสนิมของรั้วบ้าน
ภาพแสดงการเกิดปฏิกิริยาเร็ว (C ® D) และปฏิกิริยาช้า (A ® B) พิจารณาได้ดังรูปที่ 1
รูปที่ 1 การเปรียบเทียบปฏิกิริยาที่มีอัตราการเกิดเร็วและปฏิกิริยาที่มีอัตราการเกิดช้า
เมื่อพิจารณากราฟแสดงการเปลี่ยนแปลงความเข้มข้นของสารทุกชนิดในปฏิกิริยาหนึ่ง ดังรูปที่ 2 จะพบว่า
ปฏิกิริยาเคมีนี้มีสารตั้งต้น A เพียงชนิดเดียว ที่สลายตัวเกิดเป็นสารผลิตภัณฑ์สองชนิด คือ B และ C ด้วยอัตราเร็วการเกิดขึ้นไม่เท่ากัน
ดังกราฟจะพบว่าสาร C เกิดได้เร็วกว่าสาร B ซึ่งสังเกตได้จากความชันของเส้นกราฟ หากเส้นกราฟของสารใดมีความชันมากซึ่งแสดงการเปลี่ยนแปลงความเข้มข้นมาก แสดงว่าสารชนิดนั้นเกิดได้เร็ว
รูปที่ 2 ความสัมพันธ์ระหว่างความเข้มข้นของสารกับเวลา ที่อุณหภูมิห้อง
อัตราการเปลี่ยนแปลงเฉลี่ย ของสารแต่ละชนิด ในช่วงเวลา 150 นาทีแรก ทำได้โดยหาการเปลี่ยนแปลงความเข้มข้นของสารแต่ละชนิดในช่วงเวลา 150 นาที นี้ แล้วหารด้วยระยะเวลา
เช่น
อัตราการเปลี่ยนแปลง ณ ขณะใดขณะหนึ่ง เราสามารถหาได้เช่นเดียวกับการคำนวณอัตราการเปลี่ยนแปลงเฉลี่ย แต่เราคิดที่ช่วงเวลาที่สั้นมากๆ จนกระทั่งเป็นเพียงจุดของเวลาเท่านั้น
การคำนวณจึงทำโดยการลากเส้นสัมผัส ณ จุดเวลานั้น เช่น ที่เวลา 150 นาที แล้วสร้างรูปสามเหลี่ยมมุมฉาก หาการเปลี่ยนแปลงความเข้มข้น และการเปลี่ยนแปลงเวลา แล้วคำนวณหาอัตราการเปลี่ยนแปลงปริมาณของสาร เช่นเดียวกับการคำนวณอัตราการเปลี่ยนแปลงเฉลี่ย
เช่น
การหาอัตราการเปลี่ยนแปลงของสาร C ณ นาทีที่ 150 แสดงได้ดังรูปที่ 3
รูปที่ 3 การหาอัตราการเกิด C ณ นาทีที่ 150
จากรูปที่ 3 และการแสดงการคำนวณหาการเปลี่ยนแปลงปริมาณของทุกสารข้างต้น
แสดงว่า สารทุกชนิดเกิดการเปลี่ยนแปลงปริมาณด้วยอัตราเร็วที่ไม่คงที่ โดยช่วงเวลาแรกจะเกิดการเปลี่ยนแปลงอย่างรวดเร็ว หลังจากนั้นจะเกิดการเปลี่ยนแปลงช้าลง
เราสามารถเปรียบเทียบอัตราการเปลี่ยนแปลงปริมาณสารในปฏิกิริยาหนึ่งๆ ได้จากสมการเคมีที่สมดุลแล้ว ดังเช่นปฏิกิริยาการสลายตัวของแก๊สไดไนโตรเจนเพนทอกไซด์
ดังสมการ (1)
จากสมการ (1) ได้ว่า อัตราการเกิด NO2 เป็นสองเท่าของ อัตราการสลาย N2O5 และเป็นสี่เท่าของอัตราการเกิด O2
หรือเขียนเป็นสมการคณิตศาสตร์ :
