5 ปัจจัยที่มีผลต่ออัตราการเกิดปฏิกิริยาเคมี

วิชา เคมี3(ว30223) โดย: ครูศิริวุฒิ บัวสมาน
5. ปัจจัยที่มีผลต่ออัตราการ
เกิดปฏิกิริยาเคมี

วิชา เคมี 3 (ว30223) โดย: ครูศิริวุฒิ บัวสมาน
5. ปัจจัยที่มีผลต่ออัตราการเกิดปฏิกิริยาเคมี
5.1 ธรรมชาติของสารตั้งต้น (natural property of reactant)
5.2 ความเข้มข้นของสารตั้งต้น (concentration of reactant)
5.3 พื้นที่ผิวสัมผัสของสารตั้งต้น (surface area of reactant)
5.4 ความดัน (pressure)
5.5 อุณหภูมิ (temperature)
5.6 ตัวเร่งปฏิกิริยาและตัวหน่วงปฏิกิริยา (catalyst and inhibitor)

5.1 ธรรมชาติของสารตั้งต้น (natural property of reactant)
สารแต่ละชนิดมีความว่องไวในการเกิดปฏิกิริยาเคมีไม่
เท่ากัน การเปลี่ยนชนิดของสารที่เข้าทาปฏิกิริยาจะทาให้อัตรา
การเกิดปฏิกิริยาเปลี่ยนไป เช่น ที่อุณหภูมิห้อง แก๊ส H2 ทา
ปฏิกิริยากับแก๊ส F2 ได้รวดเร็วและรุนแรงมากถึงขั้นระเบิดได้
แต่ที่สภาวะเดียวกันนี้แก๊ส H2 ทาปฏิกิริยากับแก๊ส I2 ได้ช้ามาก
จนสังเกตไม่เห็นการเปลี่ยนแปลง
H2(g) + F2(g)  2HF(g) ……………..เกิดเร็วมาก
H2(g) + I2(g)  2HI(g) ……………..เกิดช้ามาก

สารบางชนิดมีหลายอัญรูป แต่ละอัญรูปมีความว่องไวใน
ปฏิกิริยาต่างกัน เช่น ฟอสฟอรัสขาวจะลุกไหม้ติดไฟได้ใน
อากาศ แต่ฟอสฟอรัสแดงและฟอสฟอรัสดาเสถียรใน
อากาศ
ภาพที่ 1 ฟอสฟอรัสขาว (a) และฟอสฟอรัสแดง (b)
(a) (b)

* ธาตุไนโตรเจนเฉื่อยต่อปฏิกิริยามากจึงไม่ค่อยทาปฏิกิริยากับสารใด
ภาพที่ 2 ปฏิกิริยาของ Na กับน้าและ Mg กับน้า
(a)
(b)

5.2 ความเข้มข้นของสารตั้งต้น (concentration of reactant)
ปฏิกิริยาเคมีส่วนใหญ่อัตราการเกิดปฏิกิริยาขึ้นอยู่กับ
ความเข้มข้นของสารตั้งต้นที่เข้าทาปฏิกิริยา สาหรับ
ปฏิกิริยาที่มีสารตั้งต้นมากกว่าหนึ่งชนิด อัตราการ
เกิดปฏิกิริยาเคมีอาจขึ้นอยู่กับความเข้มข้นของสารตั้งต้น
สารใดสารหนึ่ง หรือทุกสาร หรือไม่ขึ้นกับความเข้มข้น
ของทุกสารก็ได้

การที่ความเข้มข้นของสารตั้งต้นมีผลต่ออัตราการเกิดปฏิกิริยา
สามารถใช้ทฤษฎีการชนอธิบายได้ว่า เมื่อความเข้มข้นของสารตั้ง
ต้นที่เข้าทาปฏิกิริยาเพิ่มขึ้น ทาให้จานวนอนุภาคเพิ่มขึ้นโอกาสที่
อนุภาคของสารตั้งต้นชนกันก็มีมากขึ้น และเมื่ออนุภาคเพิ่มขึ้น
จานวนอนุภาคที่มีพลังงานสูงก็เพิ่มมากขึ้นด้วย โอกาสที่อนุภาค
ของสารชนกันแล้วเกิดปฏิกิริยาได้ก็มีมากขึ้น ดังนั้นเมื่อเพิ่มความ
เข้มข้นของสารตั้งต้นปฏิกิริยาเคมีจึงเกิดเร็วขึ้น ในทางตรงข้ามถ้า
ลดความเข้มข้นของสารตั้งต้นปฏิกิริยาเคมีก็จะเกิดช้าลง

ภาพที่ 3 การเพิ่มความเข้มข้นของสารละลายเป็นการเพิ่มอนุภาคของสาร

กรณีที่ความเข้มข้นของสารตั้งต้นไม่มีผลต่ออัตราการเกิดปฏิกิริยาเคมี เพราะปฏิกิริยา
นั้นมีขั้นตอนการเกิดหลายขั้นตอน ซึ่งอัตราการเกิดปฏิกิริยาขึ้นอยู่กับขั้นช้าที่สุดในขั้นตอน
ดังกล่าวสารที่เปลี่ยนความเข้มข้นอาจไม่ใช่สารตั้งต้นของปฏิกิริยาขั้นตอนนั้นก็ได้ จึงทาให้
อัตราการเกิดปฏิกิริยาไม่เปลี่ยน เช่น
NO2(g) + CO(g)  CO2(g) + NO(g)
อัตราการเกิดปฏิกิริยานี้ขึ้นอยู่กับความเข้มข้นของแก๊ส NO แต่ไม่ขึ้นกับความ
เข้มข้นของแก๊ส CO โดยมีกฎอัตราจากการทดลองดังนี้ r = k[NO]2 ทั้งนี้เพราะปฏิกิริยา
เกิดขึ้น 2 ขั้นตอนและขั้นตอนที่ช้าที่สุดซึ่งเป็นขั้นกาหนดอัตราไม่มีแก๊ส CO เกี่ยวข้อง
ในปฏิกิริยา
NO2 + NO2  NO3 + NO ………………..เกิดช้า
NO3 + CO  NO2 + CO2 ………………..เกิดเร็ว
ปฏิกิริยารวม NO2(g) + CO(g)  CO2(g) + NO(g)

5.3 พื้นที่ผิวสัมผัสของสารตั้งต้น (surface area of reactant)
ปฏิกิริยาเคมีที่พื้นที่ผิวมีผลจะเกิดขึ้นกับปฏิกิริยาเนื้อผสม (Heterogeneous
reaction) และปฏิกิริยาเนื้อผสมนั้นต้องมีสารตั้งต้นที่เป็นของแข็งทา
ปฏิกิริยากับแก๊ส หรือทาปฏิกิริยากับของเหลวก็ได้ เช่น
Mg(s) + 2HCl(aq)  MgCl2(aq) + H2(g)
ปฏิกิริยาระหว่างโลหะ Mg กับสารละลายกรด HCl อัตราการเกิดปฏิกิริยานี้
นอกจากจะขึ้นอยู่กับความเข้มข้นของสารละลายกรด HCl แล้ว ยังขึ้นอยู่กับพื้นที่
ผิวสัมผัสของโลหะ Mg อีกด้วย กล่าวคือถ้าพื้นที่ผิวของโลหะ Mg มากอัตราการ
เกิดปฏิกิริยาจะเร็ว และถ้าพื้นที่ผิวสัมผัสน้อยอัตราการเกิดปฏิกิริยาจะช้า ที่เป็นเช่นนี้
เพราะ เมื่อพื้นที่ผิวของสารตั้งต้นที่เป็นของแข็งมากทาให้อนุภาคของสารตั้งต้นชน
กันด้วยความถี่สูงทาให้อัตราการเกิดปฏิกิริยาเร็วขึ้น แต่ถ้าพื้นที่ผิวของสารตั้งต้นน้อย
อนุภาคของสารตั้งต้นชนกันด้วยความถี่ต่าทาให้อัตราการเกิดปฏิกิริยาช้าลง

ตะปูเหล็กในแก๊สออกซิเจน ฝอยเหล็กในแก๊สออกซิเจน

5.4 ความดัน (pressure)
ปฏิกิริยาเคมีที่มีสารตั้งต้นอย่างน้อย 1 สารอยู่ในสถานะก๊าซการ
เปลี่ยนแปลงความดันของก๊าซโดยการเปลี่ยนแปลงปริมาตร จะมีผลต่อ
อัตราการเกิดปฏิกิริยา
การเพิ่มความดันโดยการลดปริมาตรของก๊าซ นอกจากความดันของก๊าซ
เพิ่มขึ้นแล้ว ความเข้มข้นของสารตั้งต้นที่อยู่ในสถานะก๊าซเพิ่มขึ้นด้วย
เพราะโมเลกุลของก๊าซมาอยู่ชิดกันมาก จึงทาให้อนุภาคของก๊าซชนกัน
มากขึ้นมีผลทาให้อัตราการเกิดปฏิกิริยาเร็วขึ้น แต่การเพิ่มปริมาตรของ
ก๊าซมีผลทาให้ความดันของก๊าซลดลง ความเข้มข้นของสารตั้งต้นใน
สถานะก๊าซลดลงด้วย เพราะโมเลกุลของก๊าซอยู่ห่างกัน ทาให้อนุภาคของ
ก๊าซชนกันน้อยลงจึงมีผลทาให้อัตราการเกิดปฏิกิริยาช้าลง

5.5 อุณหภูมิ (temperature)
ปฏิกิริยาโดยทั่วไปจะมีอัตราการเกิดเพิ่มขึ้นเมื่อเพิ่มอุณหภูมิ และอัตรา
การเกิดปฏิกิริยาจะลดลงเมื่อลดอุณหภูมิ ที่เป็นเช่นนี้เพราะเมื่อเพิ่มอุณหภูมิ
ความเร็วเฉลี่ยของโมเลกุลของก๊าซจะเพิ่มขึ้น(ทฤษฎีจลน์ของก๊าซ) ทาให้
โมเลกุลมีพลังงานจลน์สูงขึ้น ดังนั้นอนุภาคของสารตั้งต้นจึงเคลื่อนที่เร็วขึ้น
มีโอกาสที่อนุภาคชนกันมากขึ้นปฏิกิริยาเคมีจึงเกิดเร็วขึ้น นอกจากนี้การ
เพิ่มอุณหภูมิยังทาให้จานวนโมเลกุลของก๊าซที่มีพลังงานจลน์สูงเพิ่มมากขึ้น
ด้วย จึงทาให้เมื่อเกิดการชนโมเลกุลที่มีพลังงานจลน์เท่ากับหรือสูงกว่า
พลังงานก่อกัมมันต์มีจานวนมากขึ้นโอกาสที่ทาให้ปฏิกิริยาเคมีเกิดเร็วมีมาก
ขึ้น

จานวน
โมเลกุล
(T2)
พลังงานจลน์
(T1)
Ea
T1 < T2
ภาพที่ 2 แสดงการกระจายพลังงานจลน์ของโมเลกุลของแก๊สที่อุณหภูมิ T1 และ T2

จากกราฟการกระจายพลังงานจลน์ของโมเลกุลจะเห็นได้ว่าที่อุณหภูมิ
สูง (T2) จานวนโมเลกุลที่มีพลังงานสูงกว่าพลังงาน ก่อกัมมันต์
(Ea) มีจานวนมากกว่าที่อุณหภูมิต่า (T1) แสดงว่าเมื่ออุณหภูมิสูง
โมเลกุลจะเคลื่อนที่เร็วและเกิดการชนที่มีประสิทธิภาพได้มากกว่าทา
ให้อัตราการเกิดปฏิกิริยาเร็วกว่า
เมื่อเพิ่มอุณหภูมิอัตราการเกิดปฏิกิริยาจะสูงขึ้นและเมื่อลดอุณหภูมิ
อัตราการเกิดปฏิกิริยาจะลดลง ตามทฤษฎีจลน์เมื่อเพิ่มอุณหภูมิ
โมเลกุลของก๊าซจะเคลื่อนที่ด้วยอัตราเร็วเพิ่มขึ้น การชนกันต่อหนึ่ง
หน่วยเวลามีโอกาสมากขึ้นเป็นผลให้อัตราการเกิดปฏิกิริยาเพิ่มขึ้น

สวันเต เอากุสต์ อาร์เรเนียส(Svante August Arrhenius) ได้เสนอสมการ
แสดงความสัมพันธ์ระหว่างอัตราการเกิดปฏิกิริยากับอุณหภูมิ ดังนี้
k = Ae-Ea/RT
สมการดังกล่าวนี้เรียกว่า สมการอาร์เรเนียส(Arrhenius Equation) เมื่อ
k คือค่าคงที่อัตรา(rate constant) ค่านี้ขึ้นอยู่กับอุณหภูมิ
Ea คือพลังงานก่อกัมมันต์(kJ/mol)
R คือค่าคงที่ของแก๊ส มีค่า = 8.314 J/mol.K
T คืออุณหภูมิเคลวิน(K)
A คือแฟกเตอร์ความถี่(frequency factor) เป็นค่าที่เกี่ยวข้องกับความถี่
การชนกันของโมเลกุลทั้งหมดของสารตั้งต้น A เป็นค่าเฉพาะ
สาหรับปฏิกิริยาหนึ่งๆ

จากสมการ k = Ae-Ea/RT เมื่อทาให้เป็นสมการเส้นตรงโดยใส่ log จะได้ดังนี้
log k = log A – Ea / 2.303RT ………………(1)
โดยมีค่าความชัน(slope) = – Ea / 2.303RT
จากสมการที่(1) เมื่อเปลี่ยนอุณหภูมิจาก T1 เป็น T2 ค่า k เปลี่ยนจาก k1 เป็น k2 เนื่องจากค่า k
ขึ้นอยู่กับอุณหภูมิ เขียนความสัมพันธ์ได้ดังนี้
log k1 = log A – Ea / 2.303RT1 ………………(2)
log k2 = log A – Ea / 2.303RT2 ………………(3)
สมการ (3) – (2) log k2 – log k1 = (log A – Ea / 2.303RT2) – (log A – Ea / 2.303RT1)
= Ea / 2.303RT1 - Ea / 2.303RT2
= (Ea / 2.303R) (1/T1 – 1/T2)
Log k2/k1 = (Ea / 2.303R) {(T2 – T1)/T1T2}

ตัวเร่งปฏิกิริยา (Catalyst) คือสารที่เปลี่ยนความเร็วของปฏิกิริยา
โดยตัวเร่งปฏิกิริยาจะไม่เกิดการเปลี่ยนแปลงทางเคมีอย่างถาวรใน
ปฏิกิริยา เมื่อสิ้นสุดปฏิกิริยาจะได้ตัวเร่งปฏิกิริยากลับคืนมา ตัวเร่ง
ปฏิกิริยาโดยทั่วไปแบ่งออกเป็น 2 ประเภท คือ
1. ตัวเร่งปฏิกิริยาเนื้อเดียว หรือตัวเร่งปฏิกิริยาเอกพันธ์
(Homogeneous catalyst) หมายถึง ตัวเร่งปฏิกิริยาที่มีวัฏภาคเหมือนกับสารตั้ง
ต้น เช่น การใช้ I-(aq) เป็นตัวเร่งปฏิกิริยาการสลายตัวของ H2O2(aq)
เมื่อไม่มีตัวเร่งปฏิกิริยา กลไกของปฏิกิริยามีขั้นตอนเดียว ดังนี้
5.6 ตัวเร่งปฏิกิริยาและตัวหน่วงปฏิกิริยา (catalyst and inhibitor)

2H2O2(aq)  2H2O(l) + O2(g)
เมื่อมี I -(aq) เป็นตัวเร่งปฏิกิริยา กลไกของปฏิกิริยาเกิดขึ้น 2 ขั้นตอน
ดังนี้
ขั้นที่ 1 H2O2(aq) + I -(aq)  H2O(l) + IO-(aq)
ขั้นที่ 2 IO-(aq) + H2O2(aq)  H2O(l) + O2(g) + I -(aq)
ปฏิกิริยารวม 2H2O2(aq)  2H2O(l) + O2(g)

ภาพที่ 3 กราฟแสดงการดาเนินไปของปฏิกิริยาที่มีตัวเร่งปฏิกิริยาและไม่มีตัวเร่งปฏิกิริยา
สาหรับปฏิกิริยา 2H2O2(aq)  2H2O(l) + O2(g)

จากกราฟ Ea1 คือพลังงานก่อกัมมันต์ของปฏิกิริยาที่มี
ตัวเร่งปฏิกิริยาขั้นที่ 1 , Ea2 คือพลังงานก่อกัมมันต์ของ
ปฏิกิริยาที่มีตัวเร่งปฏิกิริยาขั้นที่ 2 , Ea3 คือพลังงานก่อกัม
มันต์ของปฏิกิริยาที่ไม่มีตัวเร่งปฏิกิริยา และ Ea คือพลังงาน
ของปฏิกิริยา

ปฏิกิริยาการสลาย HCOOH เป็น CO และ H2O โดยใช้ H2SO4 เป็นตัวเร่งปฏิกิริยา

2. ตัวเร่งปฏิกิริยาเนื้อผสม หรือตัวเร่งปฏิกิริยาวิวิธภัณฑ์
(Heterogeneous catalyst) หมายถึงตัวเร่งปฏิกิริยาที่มีวัฏภาคต่าง
จากสารตั้งต้น ซึ่งมักเป็นของแข็งกับโลหะ ปฏิกิริยาวิวิธภัณฑ์จะ
เกิดที่ผิวของตัวเร่งปฏิกิริยาจึงมักจะบดตัวเร่งปฏิกิริยาให้ละเอียด
เพื่อให้มีพื้นที่ผิวในการทาปฏิกิริยามากที่สุด เช่น การใช้โลหะ
นิเกิล (Ni) เร่งปฏิกิริยาการเติมแก๊ส H2 ให้แก่เอทิลีน (C2H4)

ภาพที่ 4 แสดงกลไกปฏิกิริยาการเกิด C2H6 โดยใช้โลหะเป็นตัวเร่งปฏิกิริยา

จากภาพ อะตอมโลหะบริเวณพื้นผิวจะมีพันธะโลหะที่ไม่สมบูรณ์
เพราะไม่มีอะตอมโลหะข้างเคียงบนผิวและมักเกิดตาหนิแบบจุดขึ้น
ทาให้มีช่องว่างที่ตาแหน่งจุดแลตทิซในพันธะโลหะ โมเลกุลของ
สารตั้งต้น(H2 และ C2H4) ซึ่งอยู่ในวัฏภาคก๊าซจะถูกโลหะดูดซับไว้ที่
ผิว (a) จะเกิดพันธะระหว่าง H – โลหะ ซึ่งคายพลังงานมากพอที่จะ
สลายพันธะ H – H ได้ อะตอม H ที่ผิวโลหะจะทาปฏิกิริยากับ
อะตอมของ C 2 อะตอมใน C2H4 (b, c) เกิดเป็น C2H6 และหลุด
ออกจากผิวหน้าของโลหะ (d)

เอ็นไซม์ (enzyme) เป็นสารอินทรีย์ประเภทโปรตีนซึ่งทาหน้าที่เป็น
ตัวเร่งปฏิกิริยาในร่างกายของสิ่งมีชีวิต ในร่างกายเรามีเอ็นไซม์มากมาย
หลายชนิดทั้งนี้เพราะเอ็นไซม์แต่ละชนิดทาหน้าที่เร่งปฏิกิริยาเฉพาะอย่าง
เท่านั้นไม่ได้ใช้เร่งปฏิกิริยาทุกปฏิกิริยา ซึ่งปฏิกิริยาต่างๆ ในร่างกาย
เกิดขึ้นที่อุณหภูมิปกติ การเร่งปฏิกิริยาของเอ็นไซม์เกิดขึ้นโดยเอ็นไซม์จะ
รวมกับสารตั้งต้นที่เรียกว่า ซับสเตรต (Substrate) เกิดเป็นสารเชิงซ้อน
เรียกว่า เอ็นไซม์ – ซับสเตรตคอมเพล็กซ์ (Enzyme – substrate complex) และสาร
ใหม่ที่เกิดขึ้นจะสลายตัวต่อไปเป็นสารผลิตภัณฑ์ (Product) และได้เอ็นไซม์
กลับคืนมา ดังสมการ E + S  ES  E + P
เมื่อ E คือเอ็นไซม์
S คือซับสเตรต
ES คือเอ็นไซม์ – ซับสเตรตคอมเพล็กซ์
P คือสารผลิตภัณฑ์

ภาพที่ 5 แสดงการทางานของเอ็นไซม์ในการเร่งปฏิกิริยา

การที่ตัวเร่งปฏิกิริยาช่วยทาให้ปฏิกิริยาเกิดเร็วขึ้น
เนื่องจากตัวเร่งปฏิกิริยาไปช่วยทาให้พลังงานก่อกัมมันต์ของ
ปฏิกิริยาลดลง การลดพลังงานก่อกัมมันต์ทาให้ปฏิกิริยา
เกิดได้ง่ายและเร็วขึ้น เนื่องจากเมื่อพลังงานก่อกัมมันต์ลดลง
มีผลทาให้จานวนโมเลกุลที่มีพลังงานสูงพอมีจานวนมากขึ้น
ทาให้การชนที่มีประสิทธิภาพเพิ่มมากขึ้นปฏิกิริยาเคมีจึงเกิด
ได้เร็วขึ้น

ภาพที่ 6 แสดงการเปรียบเทียบจานวนโมเลกุลที่มีพลังงานสูงของ
ปฏิกิริยาที่มีตัวเร่งปฏิกิริยาและไม่มีตัวเร่งปฏิกิริยา

ตัวหน่วงปฏิกิริยาหรือตัวยับยั้งปฏิกิริยา (Inhibitor) หมายถึง สารที่เติมลง
ไปในปฏิกิริยาแล้วทาให้ปฏิกิริยาเคมีนั้นเกิดช้าลง ซึ่งตัวหน่วงปฏิกิริยา
อาจมีส่วนร่วมในการเกิดปฏิกิริยาแล้วเปลี่ยนเป็นสารใหม่ หรืออาจจะ
ไปขัดขวางการทาหน้าที่ของตัวเร่งปฏิกิริยาก็ได้ เช่น ปฏิกิริยาการ
สลายตัวของไฮโดรเจนเปอร์ออกไซด์ (H2O2) ได้น้าและแก๊สออกซิเจน
ดังสมการ 2H2O2(l)  2H2O(l) + O2(g)
ปฏิกิริยานี้ถ้าเติมกรดไฮโดรคลอริกเจือจาง หรือเติมกลีเซ
อรอลลงไปเล็กน้อยจะทาให้ไฮโดรเจนเปอร์ออกไซด์สลายตัว
ได้ช้าลง

ภาพที่ 7 แสดงพลังงานก่อกัมมันต์ของปฏิกิริยาที่มีตัวหน่วงและไม่มีตัวหน่วงปฏิกิริยา
ตัวหน่วงปฏิกิริยาช่วยทาให้ปฏิกิริยาเคมีเกิดช้าลง เนื่องจากตัวหน่วงปฏิกิริยา
ไปเพิ่มพลังงานก่อกัมมันต์ของปฏิกิริยา (Ea2>Ea1) แต่ไม่ได้ทาให้พลังงานของปฏิกิริยา
เพิ่มขึ้น (E)

สรุปปัจจัยที่มีผลต่ออัตราปฏิกิริยาเคมี

5 ปัจจัยที่มีผลต่ออัตราการเกิดปฏิกิริยาเคมี

More Related Content

What's hot

Similar to 5 ปัจจัยที่มีผลต่ออัตราการเกิดปฏิกิริยาเคมี

More from Sircom Smarnbua

5 ปัจจัยที่มีผลต่ออัตราการเกิดปฏิกิริยาเคมี