อัตราการเกิดปฎิกิริยาเคมี

1. 1
บทที่ 9 อัตราการเกิดปฏิกิริยาเคมี
1. การเปลี่ยนแปลงของสารในขณะเกิดปฏิกิริยา
ในขณะที่เกิดปฏิกิริยา ส า ร ตั้ ง ต้ น
ผลิตภัณฑ์
สารตั้งต้นจะลดลงส่วนสารผลิตภัณฑ์จะเพิ่มขึ้น สมมติ
ปฏิกิริยา
2A + B c + 2D ปริมาณสารมีการ
เปลี่ยนแปลงดังกราฟ
ปริมาณสาร
สารผลิตภัณฑ์
สารตั้งต้น
เวลา
ข้อสังเกต การเปลี่ยนแปลงของสารตั้งต้นและผลิตภัณฑ์ตอนแรก
จะเปลี่ยนแปลงอย่างรวดเร็ว แล้วจะค่อยช้าลงเมื่อเวลาผ่านไปนาน
ขึ้น
การวัดอัตราการเกิดปฏิกิริยา
เนื่องจากในขณะเกิดปฏิกิริยาปริมาณสารตั้งต้นจะลดลง
ส่วนปริมาณของสารผลิตภัณฑ์จะเพิ่มขึ้น ดังนั้น การวัดอัตราการ
เกิดปฏิกิริยาอาจทำาได้โดย
1. วัดจากอัตราการลดลงของสารตั้งต้น
R = ปริมาณสารตััั้งต้นทดี่ลง
เวลาที่ใช้ในการเกิดปฏิกิริยา
2. วัดจากอัตราการเพิ่มขึ้นของสารผลิตภัณฑ์
R = ปริมาณสารผลิตภัณฑ์ทีั่เพิ่มขึ้น
เวลาที่ใช้ในการเกิดปฏิกิริยา
โดยปริมาณสารที่เปลี่ยนไปอาจหมายถึง มวลสาร ปริมาณ
ของสาร ความเข้มข้นของสาร นอกจากนี้สมบัติที่เปลี่ยนไปบาง
ประการของสารก็สามารถนำามาใช้ในการวัดอัตราการเกิดปฏิกิริยา
ได้ เช่น ความเข้มของสี ค่า pH การนำาไฟฟ้าก็ได้
ถ้าสมการทั่วไปเป็นดังนี้ aA + bB
cC + dD
อัตราการเกิดปฏิกิริยามีค่าดังนี้

2. 2
[ ] [ ] [ ] [ ]
R = - 1 D = - 1 D
= 1 D
1
D
a D
t
C
t d
B
t c
A
t b
= D
D
D
D
หรือ [ ] [ ] [ ] [ ]
R = d D
dt
d C
- 1 = - 1 = 1 = 1
dt d
d B
dt c
d A
a
dt b
- 1 = - 1 = 1 = 1
R = A B C D R
d
R
c
R
b
R
a
อัตราการเกิดปฏิกิริยาเฉลี่ย
อัตราการเกิดปฏิกิริยาช่วงเวลาหนึ่งเราสามารถหาอัตราเร็ว
เฉลี่ยได้จากความสัมพันธ์ดังนี้
ปริมาณสารทัีั่เปลยี่นปแลงทั้งหมด
อัตราเร็วเฉลี่ย = เวลาทใี่ช้ทั้งหมด
อัตราปฏิกิริยาเคมี ณ เวลาใดเวลาหนึ่ง
การหาอัตรา ณ เวลาหนึ่งๆ จะต้องคิดจากกราฟโดยสร้างกราฟ
ตามข้อมูลระหว่างปริมาณสารกับเวลา แล้วหาค่าความชัน ( slop )
ณ เวลาหนึ่งๆ ซึ่งค่าความชันนี้คือค่าของอัตรา ณ เวลานั้นๆ
จากการศึกษาของนักเคมีพบว่า อัตราการเกิดปฏิกิริยาเคมีจะ
ขึ้นอยู่กับความเข้มข้นของสารตั้งต้น ซึ่งแสดงได้ดังสมการต่อไปนี้
AA+bB cC+ dD
จะได้ว่า R a [A]m[B]n
R = K [A]m[B]n เรียกสมการนี้ว่า กฎอัตรา (Rate
Law)
เมื่อ K คือ ค่าคงที่ของอัตรา
[] คือ ความเข้มข้นในหน่วย mol/dm3
m ,n เป็นตัวเลขใด ๆ ก็ได้ซึ่งหาได้จากผลการทดลอง
เท่านั้น ซึ่งอาจเท่ากับ a ,b หรือไม่เท่าก็ได้
m +n เรียกว่า อันดับของปฏิกิริยา (Order of Reaction)
ถ้าเลขยกกำา ลังของสารใดเป็น 0 แสดงว่าอัตราการเกิด
ปฏิกิริยาไม่ขึ้นกับความเข้มข้นของสารนั้น
ข้อสังเกตการนำากฎอัตราไปใช้
1. ต้องมีข้อมูลเป็นผลการทดลองมาให้โดยการกำาหนดความเข้ม
ข้น / ปริมาณสารตั้งต้นมาให้ และกำาหนดอัตราการเกิด
ปฏิกิริยาจากการทดลองแต่ละครั้งมาให้ ( ถ้าไม่กำาหนดอัตรา
มาให้อาจต้องคำา นวณหาเอง โดยคิดจากปริมาณสารที่
เปลี่ยนแปลงในหนึ่งหน่วยเวลา )

3. 3
2. เขียนสมการแสดงอัตราการเกิดปฏิกิริยาในรูปของกฎอัตรา
โดยคิดค่าเลขยกกำาลังคือค่าของ m , n ไว้
3. หาค่า m , n โดยนำาข้อมูลแสดงการทดลองจากข้อ 1 มา
คำานวณหา
4. ถ้าโจทย์ต้องการให้หาอัตราการเกิดปฏิกิริยาจากข้อมูลใหม่ที่
กำาหนดซึ่งไม่ใช่ผลการทดลองที่มีอยู่เดิม ให้หาค่า K แล้วนำา
ไปแทนค่าในสมการกฎอัตราในข้อ 2 ( เพื่อหาอัตราตาม
เงื่อนไขใหม่ตามที่โจทย์กำาหนด
ตัวอย่า ง ปฏิกิริยาระหว่างสารละลาย A กับสารละลาย B
เป็นดังนี้ A + B C
การทดลอง
ครั้งที่
ความเข้มข้นของสารละลาย
( mol/dm3 )
อัตราการเกิด
ปฏิกิริยา
สาร A สาร B mol/dm3.s
1 0.1 0.1 0.5
2 0.1 0.2 1.0
3 0.2 0.2 2.0
1. จงเขียนสมการแสดงอัตราการเกิดปฏิกิริยานี้
2. ถ้าสาร A และสาร B เข้มข้น 0.3 และ 0.4 mol/dm3
ตามลำาดับอัตราการเกิดปฏิกิริยานี้จะเป็นเท่าไร
วิธีคิด
จากการทดลองที่ 1 และ 2 ความเข้มข้นของสาร A คงที่ แต่
ความเข้มข้นของสาร B เพิ่มขึ้นเป็น 2 เท่า อัตราก็เพิ่มขึ้นจาก
เดิม 2 เท่า แสดงว่าอัตราขึ้นกับความเข้มข้นของสาร B ยก
กำาลัง 1
จากการทดลองที่ 2 และ 3 ความเข้มข้นของสาร B คงที่ แต่
ความเข้มข้นของสาร A เพิ่มขึ้นเป็น 2 เท่า อัตราก็เพิ่มขึ้นจาก
เดิม 4 เท่า แสดงว่าอัตราขึ้นกับความเข้มข้นของสาร A ยก
กำาลัง 2
ดังนั้นจะได้ว่า R = K[A]2 [B]
จากการทดลองที่ 1 เมื่อนำาความเข้มข้นของสาร A สาร B
และอัตราการเกิดปฏิกิริยามาแทนในสมการที่
ดังนั้น K = 500

4. 4
เมื่อนำาความเข้มข้นของสาร A และสาร B แทนลงในสมการ
แสดงอัตราการเกิดปฏิกิริยาจะได้อัตราการเกิดปฏิกิริยาใหม่ดังนี้
R = 500[0.3]2 [0.4]
= 18.0 mol/dm3.s
รูปกราฟที่น่าสนใจ
1.กราฟแสดงอัตราการเกิดปฏิกิริยาคงที่
อัตรา
เวลา
2.กราฟแสดงอัตราการเกิดปฏิกิริยาไม่ขึ้นกับความเข้ม
ข้นของสารตั้งตั้น
ความเข้มข้นของสารตั้งต้น
เวลา
3.กราฟแสดงอัตราการเกิดปฏิกิริยาขึ้นกับความเข้มข้น
ของสารตั้งต้น(มีการเปลี่ยนแปลงเมื่อความเข้มข้นของสารตั้งต้น
เปลี่ยนไป)
ปริมาณสารตั้งต้น
เวลา
4.กราฟระหว่างผลิตภัณฑ์กับเวลา
ปริมาณสารผลิตภัณฑ์

5. เวลา
5
5.กราฟระหว่างอัตราการเกิดปฏิกิริยากับความเข้มข้น
ของผลิตภัณฑ์
อัตรา
ผลิตภัณฑ์
การอธิบายการเกิดปฏิกิริยาเคมี
ทฤษฎีก า รชน ( Collission Theory ) เป็น
ทฤษฎีที่ใช้อธิบายการเกิดปฏิกิริยาของสารเคมี โดยกล่าวว่า “
ปฏิกิริยาเคมีจะเกิดขึ้นก็ต่อเมื่ออนุภาคของสารมีการชนกันและการ
ชนกันต้องเป็นการชนแบบมีผล ” ซึ่งมีเงื่อนไข ดังนี้
1. ทิศทางการชนต้องเหมาะสม
2. มีการสะสมพลังงานอย่างน้อยเท่ากับพลังงานก่อกัมมันต์
( Activation Energy )
พลังงานก่อกัมมันต์ ( Activation Energy : Ea ) หมาย
ถึง พลังงานจำานวนน้อยที่สุดที่สารเคมีแต่ละคู่จะต้องสะสมไว้เพื่อ
เปลี่ยนสารตั้งต้นไปเป็นสารใหม่ ดังนั้นพลังงานก่อกัมมันต์ของสาร
แต่ละคู่เวลาทำาปฏิกิริยากัน จึงไม่เท่ากัน
แผนภาพแสดงการเปลี่ยนของสารใน
ขณะเกิดปฏิกิริยา
A B A A
2 A B
A + B
พลังงานตำ่ากว่า Ea B B
พลังงานสูงกว่า Ea
สารเชิงซ้อนถูกกระตุ้น

6. 6
[ Activated complex ]
ก า ร เ ป ลี่ยน แ ป ล งพลัง ง า น ข อ ง ส า ร ใ น ร ะ ห ว่า ง ก า ร
ดำาเนินไปของปฏิกิริยา
ในขณะที่สารเกิดปฏิกิริยาจะมีการเปลี่ยนแปลงพลังงานเกิดขึ้น
เสมอ ซึ่งลักษณะการเปลี่ยนแปลงพลังงานแบ่งเป็น 2 แบบ คือ
ปฏิกิริยาดูดความร้อน และปฏิกิริยาคายความร้อน
1.ปฏิกิริยาดูดความร้อน มีลักษณะการเปลี่ยนแปลงพลังงาน
ดังนี้
พลังงาน E2
Ea
E3
E1
ก า ร ดำา เ นิน ไ ป ข อ ง
ปฏิกิริยา
2.ปฏิกิริยาคายความร้อน มีลักษณะการเปลี่ยนแปลงพลังงาน
ดังนี้
พลังงาน E2
Ea
E3
E1
ก า ร ดำา เ นิน ไ ป ข อ ง
ปฏิกิริยา
ข้อสังเกต ปฏิกิริยาที่มีค่า Ea ตำ่าเกิดง่ายเร็วขึ้น : ถ้าค่า Ea สูง
เกิดยาก เกิดช้า

7. 7
ในบางปฏิกิริยามีกลไกในการเกิดปฏิกิริยาหลายขั้น เช่น A2 +3B2
2AB3 เกิดปฏิกิริยา 3 ขั้น คือ
(1) B2 2B …. เร็ว
(2) A2 2A …. ช้า (อัตราขึ้นกับ
ขั้นนี้)
(3) A + 3B AB3 …. เร็ว
อัตราการเกิดปฏิกิริยาของปฏิกิริยาที่มีหลายขั้นจะขึ้นกับขั้นที่
ช้าที่สุดเสมอ เนื่องจากขั้นที่มี Ea สูงที่สุด
ถ้านำามาเขียนกราฟจะได้ดังนี้ ( สมมติว่าปฏิกิริยานี้คาย
ความพลังงาน )
พลังงาน ขั้นที่ 2
ขั้นที่ 1 ขั้นที่ 3
เวลา
ปัจจัยที่มีอิทธิพลต่ออัตราการเกิดปฏิกิริยา
1. ค ว า ม เข้มข้นขอ ง ส า ร ตั้ง ต้น ในกรณีที่สารตั้งต้นเป็น
สารละลาย ยิ่งสารละลายนั้นมีความเข้มข้นมากขึ้นอัตราการเกิด
ปฏิกิริยาจะเร็วขึ้นเนื่องจากมีจำานวนอนุภาคของตัวถูกละลายมากขึ้น
จะชนกันบ่อยมากขึ้น
แต่การเพิ่มปริมาตรของสารละลายโดยความเข้มข้นเท่าเดิมอัตรา
การเกิดปฏิกิริยาจะเท่าเดิม
2. อุณหภูมิ การที่อุณหภูมิของสารตั้งต้นเพิ่มขึ้นอัตราการ
เกิดปฏิกิริยาจะเพิ่มขึ้น เนื่องจากเมื่ออุณหภูมิสูงขึ้น โมเลกุลของ
สารจะมีพลังงานจลน์สูงขึ้น เคลื่อนที่เร็วขึ้นจึงชนกันบ่อยมากขึ้น
สุดท้ายก็จะมีจำานวนโมเลกุลที่มีพลังงานอย่างน้อยเท่ากับหรือ
มากกว่า Ea มากขึ้น เมื่ออุณหภูมิเพิ่มขึ้น จึงทำาให้อัตราการเกิด
ปฏิกิริยาเร็วขึ้นนั้นเอง
3. พื้นที่ผิว สัม ผัส สารที่มีพื้นที่ผิวสัมผัสมากกว่าจะทำา
ปฏิกิริยาได้เร็วขึ้น เนื่องจากสัมผัสกัน (ชนกัน) มากขึ้น ใช้ในการ
พิจารณาสารตั้งต้นที่เป็นของแข็ง ดังนั้นสารที่เป็นของแข็งจึงต้อง
บดให้ละเอียดก่อนทำาปฏิกิริยา
4. ตัวเร่งปฏิกิริยา ( Catalyst) ตัวเร่งปฏิกิริยาเป็นสาร
เคมีที่ช่วยทำาให้อัตราการเกิดปฏิกิริยาได้เร็วขึ้น เนื่องจากตัวเร่งจะ

8. 8
ช่วยในการลดพลังงานกระตุ้นในการเกิดปฏิกิริยา โดยช่วยปรับ
กลไกในการเกิดปฏิกิริยาให้เหมาะสมกว่าเดิม โดยจะเข้าไปช่วย
ตั้งแต่เริ่มปฏิกิริยาแต่เมื่อปฏิกิริยาสิ้นสุดมันจะกลับมาเป็นสารเดิม
5. ตัวหน่วงปฏิกิริยา (Inhibitor) หมายถึง สารที่ทำาให้
อัตราการเกิดปฏิกิริยาช้าลงโดยขัดขวางกลไกในการเกิดปฏิกิริยา
ทำาให้ค่าพลังงานก่อกัมมันต์สูงขึ้น
6. ธรรมชาติของสารตั้งต้น เนื่องจากสารเคมีจะมีการ
ยึดเหนี่ยวด้วยพันธะที่ต่างกัน โดยปกติสารละลาย ของสารประกอ
บอิออนิกเวลาเข้าทำาปฏิกิริยาจะแตกตัวเป็นอิออนบวกและอิออนลบ
ก่อนและเคลื่อนที่ได้เร็วกว่าโมเลกุลของสารประกอบโควาเลนต์ ดัง
นั้นสารอิออนิกจึงทำาปฏิกิริยาได้เร็วกว่าสารโควาเลนต์ แม้กระทั่ง
สารโควาเลนต์ด้วยกันก็ยังแตกต่างกัน เนื่องจากอาจยึดด้วยพันธะ
เดี่ยว พันธะคู่ หรือพันธะสามก็ได้