บทที่ 6 อัตราการเกิดปฏิกิริยา

1. โดย อรณี หัสเสม : เรียบเรียง 1
บททีÉ Ş อัตราการเกิดปฏิกิริยา (Rate of chemical reaction) มีเนืÊอหาทีÉนักเรียนจะต้องเรียนดังนีÊ
Ş.ř แนวคิดเกีÉยวกับการเกิดปฏิกิริยา
Ş.Ś ความหมายของอัตราการเกิดปฏิกิริยา
Ş.ś พลังงานกับการดำเนินไปของปฏิกิริยา
Ş.Ŝ ปัจจัยทีÉมีผลต่ออัตราการเกิดปฏิกิริยา
หมายเหตุ : ถ้าโมเลกุลมีพลังงานจลน์ตํÉา ชนกัน และพลังงานไม่สูงพอ จะไม่มีปฏิกิริยาเกิดขึÊน
 ปฏิกิริยาเคมี (Chemical reaction) คือ กระบวนการทÉีเกิดจากสารเคมี Ś ชนิดขึÊนไป เกิดการรวมกัน เกิดเป็นสารใหม่
เช่น
 เมืÉอเกิดปฏิกิริยาเคมี ปริมาณสารในระบบจะเปลีÉยนไป โดย
 อัตราการเกิดปฏิกิริยา
เปรียบเทียบกับ อัตราเร็วรถ = ระยะทางทีÉรถเคลืÉอนทีÉได้
ระยะเวลาทีÉใช้ในการเคลืÉอนทีÉ
ซึÉงการหาอัตราการเกิดปฏิกิริยา คือ
ปริมาณสารตัÊงต้นลดลง
อัตราการเกิดปฏิกิริยา = ปริมาณสารตัÊงต้นทÉีเปลÉียนไป หรือ ปริมาณสารผลิตภัณฑ์ทÉีเปลÉียนไป
ระยะเวลาทีÉเกิดปฏิกิริยาเคมี ระยะเวลาทีÉเกิดปฏิกิริยาเคมี
ดังนัÊน อัตราการเกิดปฏิกิริยา = A1 - A0 หรือ A
t1 - t0 t
Ş.Ś ความหมายของอัตราการเกิดปฏิกิริยา
A + B C
สารตัÊงต้น ผลิตภัณฑ์
(Substrate) (Product)
2 H + O H2O
สารตัÊงต้น ผลิตภัณฑ์
(Substrate) (Product)
ปริมาณสารผลิตภัณฑ์เพิÉมขึÊน
Ş.ř แนวคิดเกีÉยวกับการเกิดปฏิกิริยาเคมี
โมเลกุล (สารตัÊงต้น) ทÉีมีพลังงานจลน์สูง หรือ มีอัตราเร็วสูง ชนกัน
ชนกันแรง ทำให้เกิดพลังงานสูงขึÊนด้วย
พลังงานสูงนีÊ จะสลายพันธะในสารตัÊงต้น
พันธะในสารตัÊงต้นทÉีถูกสลาย จะไปสร้างพันธะกันใหม่ เกิดเป็นสารใหม่ เรียกว่า ผลิตภัณฑ์

2. ตัวอย่าง สาร A ทำปฏิกิริยากับสาร B ได้สาร C เมÉือวัดความเข้มข้นของสาร A ขณะเกิดปฏิกิริยาได้ผลดังตาราง
เวลา (วินาที) ความเข้มข้นสาร A (mol/dm3)
0 ř.ŘŘŘ
20 Ř.ŠřŠ
40 Ř.ŞŞš
60 Ř.ŝŜŠ
ŠŘ Ř.ŜŜŠ
řŘŘ Ř.śŞş
ในช่วงเวลา Ř-ŚŘ ŜŘ -ŞŘ และ ŠŘ-řŘŘ วินาที
ช่วงเวลาใดมีอัตราการเกิดปฏิกิริยามากทีÉสุด และอัตรา
การเกิดปฏิกิริยาเฉลีÉยมีค่าเท่าใด
A + B C
จากสมการเคมี
 ถ้าต้องการหาอัตราการการลดลง หรือ อัตราการเพิÉมขึÊนของสารในปฏิกิริยาเคมี ทำได้โดย
อัตราการลดลงของสาร A = ความเข้มข้นของสาร A ทีÉเปลีÉยนไป = [A2] - [A1 ] = [A]
(สารตัÊงต้น) ระยะเวลาทÉีเกิดการเปลÉียนแปลง t2 - t1 t
อัตราการเพิÉมขึÊนของสาร C = ความเข้มข้นของสาร C ทÉีเปลÉียนไป = [C2] - [C1 ] = [C]
(สารผลิตภัณฑ์) ระยะเวลาทีÉเกิดการเปลีÉยนแปลง t2 - t1 t
อัตราการเปลีÉยนแปลงของสาร B เขียนแสดงได้อย่างไร
โดย อรณี หัสเสม : เรียบเรียง 2

3. ตัวอย่าง ความเข้มข้นของสารตัÊงต้นและผลิตภัณฑ์ ณ เวลาต่าง ๆ ทÉีอุณหภูมิ ŝŘŘ องศาเซลเซียส ของปฏิกิริยา
2N2O5 (g) 4NO2 (g) + O2 (g)
เวลา (s) ความเข้มข้น (mol/dm3)
N2O5 NO2 O2
Ř Ř.ŘŚŘŘ Ř.ŘŘŘŘ Ř.ŘŘŘŘ
řŘŘ Ř.ŘřŞš Ř.ŘŘŞś Ř.ŘŘřŞ
ŚŘŘ Ř.ŘřŜŚ Ř.Řřřŝ Ř.ŘŘŚš
śŘŘ Ř.ŘřŚŘ Ř.ŘřŞŘ Ř.ŘŘŜŘ
ŜŘŘ Ř.ŘřŘř Ř.Řřšş 0.0049
ŝŘŘ Ř.ŘŘŠŞ Ř.ŘŚŚš Ř.ŘŘŝş
ŞŘŘ Ř.ŘŘşŚ Ř.ŘŚŝŞ Ř.ŘŘŞŜ
1. ช่วงเวลา 500 -600 อัตราการสลายตัวของแก๊ส N2O5
มีค่าเท่าใด
2. ช่วงเวลา 0-100 อัตราการเกิดแก๊ส NO2 มีค่าเท่าใด
ให้นักเรียนใช้ข้อมูลในตารางนีÊ หา (คะแนน ŝ คะแนน)
1. ช่วงเวลา 200 -300 อัตราการเกิดแก๊ส O2 มีค่าเท่าใด
2. ช่วงเวลา 300-400 อัตราการเกิดแก๊ส NO2 มีค่าเท่าใด
3. ช่วงเวลา 400-500 อัตราการสลายตัวแก๊ส N2O5 มีค่าเท่าใด
โดย อรณี หัสเสม : เรียบเรียง 3

4. Ş.ś พลังงานกับการดำเนินไปของปฏิกิริยา
- การเกิดปฏิกิริยาเคมีจะมีพลังงานเข้ามาเกีÉยวข้องด้วย เนืÉองจากมีการสลายและสร้างพันธะระหว่างอะตอมของสารในระบบ
อาจเขียนแสดงด้วยกราฟ ดังรูป
จากกราฟ อธิบายได้ว่า
- สารตัÊงต้นมีพลังงาน Eř โดยโมเลกุลของสารตัÊงต้นนัÊนจะชนกัน ทำให้มีพลังงานเป็น EŚ ซึÉงจะไปสลายพันธะของสารตัÊงต้น
- หลังจากนัÊนจะเกิดการสร้างพันธะใหม่เกิดเป็นผลิตภัณฑ์ ซึÉงมีพลังงานเป็น Eś
- ผลต่างระหว่างพลังงาน EŚ กับ Eř คือ พลังงานก่อกัมมันต์ของปฏิกิริยา (Ea)
เนืÉองจากผลิตภัณฑ์ทีÉเกิดขึÊนมีพลังงานเท่ากับ Eś ซึÉงมีค่าน้อยกว่า Eř
ระบบจึงคายพลังงานออกมามีค่าเท่ากับ Eś - Eř = - E ปฏิกิริยานีÊจึง “ปฏิกิริยาคายพลังงาน”
จากกราฟ อธิบายได้ว่า
- สารตัÊงต้นมีพลังงาน Eř พลังงานก่อกัมมันต์ของปฏิกิริยาเท่ากับ Ea และผลิตภัณฑ์ทÉีเกิดขึÊนมีพลังงาน Eś
- เนืÉองจากในปฏิกิริยานีÊ Eś มีค่าสูงกว่า Eř ระบบจึงดูดพลังงานเข้าไปมีค่าเท่ากับ Eś - Eř = E
ปฏิกิริยานีÊจึงเป็น “ปฏิกิริยาดูดพลังงาน”
จากคำอธิบายทีÉกล่าวมาแล้วช่วยให้สรุปได้
 ว่าปฏิกิริยาเคมีใด ๆ ทÉีเป็นปฏิกิริยาคายพลังงาน ผลิตภัณฑ์จะมีพลังงานตÉำกว่าสารตัÊงต้น
 ในทางตรงกันข้ามถ้าเป็นปฏิกิริยาดูดพลังงาน ผลิตภัณฑ์จะมีพลังงานสูงกว่าสารตัÊงต้น
โดย อรณี หัสเสม : เรียบเรียง 4

5. 6.4 ปัจจัยทีÉมีผลต่ออัตราการเกิดปฏิกิริยา
 อัตราการเกิดปฏิกิริยาเคมีสามารถถูกควบคุมให้มีค่ามากหรือน้อยโดยปัจจัยต่อไปนีÊ
1. ธรรมชาติของสารตัÊงต้น (Nature of reactant)
2. ความเข้มข้นของสารตัÊงต้น (Concentration of reactant)
3. ความดันของสารตัÊงต้น (Pressure of reaction)
4. พืÊนทÉีผิวของสารตัÊงต้น (Surface area)
5. อุณหภูมิ (Temperature)
6. ตัวเร่งปฏิกิริยา (Catalyst) และ ตัวหน่วงปฏิกิริยา (Inhibitor)
6.4.1 ธรรมชาติของสารตัÊงต้น
โดย อรณี หัสเสม : เรียบเรียง 5
Reaction แปลว่า ปฏิกิริยา
Reactant แปลว่า สารทÉีเข้าทำปฏิกิริยา
 สารต่างชนิดกัน จะทำปฏิกิริยาเคมีได้ เร็ว หรือ ช้า ต่างกัน ขึÊนอยกูั่บสมบัติของสารแต่ละชนิด เช่น
- โลหะโซเดียม ( ) ทำปฏิกิริยากับนÊำเย็นได้เร็วมาก
- โลหะแมกนีเซียม ( ) ทำปฏิกิริยากับนÊำร้อนได้เร็วมาก
ทÉีเป็นเช่นนีÊเพราะ โลหะโซเดียม มีความว่องไวในการเกิดปฏิกิริยา เร็วกว่า โลหะแมกนีเซียม
6.4.2 ความเข้มข้นของสารตัÊงต้น
 ในปฏิกิริยาเคมีส่วนใหญ่ อัตราการเกิดปฏิกิริยาขึÊนอยกูั่บความเข้มข้นของสารตัÊงต้นทÉีเข้าทำปฏิกิริยา สามารถอธิบายได้ ดังนีÊ
- เมÉือสารตัÊงต้นมีความเข้มข้นมาก จะเกิดผลิตภัณฑ์มาก เพราะอัตราการเกิดปฏิกิริยามาก
สารผลิตภัณฑ์
สารตัÊงต้น
เวลา
ความเข้มข้น
ทำไมยิÉงความเข้มข้นมาก
ยิÉงเกิดปฏิกิริยาได้ดี มาดูกันจ้า…!!!
- จากกราฟจะเห็นว่า ระยะเริÉมต้น ความเข้มข้นจะลดลงอย่างรวดเร็ว ในขณะทÉีผลิตภัณฑ์เพิÉมขึÊน
- เมืÉอเวลาผ่านไป การเปลีÉยนแปลงดังกล่าวจะลดลง จนอัตราการเปลีÉยนแปลงเท่ากับศูนย์
โดยสารตัÊงต้นหมด ส่วนสารผลิตภัณฑ์จะมีค่าคงทÉี
- สรุปจากกราฟ อัตราการเกิดปฏิกิริยามีค่ามาก ในระยะเรÉิมต้น เพราะ ความเข้มข้นของสารตัÊงต้นมาก
เมÉือเวลาผ่านไป ความเข้มข้นของสารตัÊงต้นลดลง อัตราการเกิดปฏิกิริยาก็ลดลง
และเมÉือสารตัÊงต้นหมด อัตราการเกิดปฏิกิริยาจะเท่ากับศูนย์
 การอธิบายผลของความเข้มข้นต่ออัตราการเกิดปฏิกิริยา สามารถใช้ทฤษฎีการชนกัน สามารถอธิบายได้ดังนีÊ
เมÉือความเข้มข้นของสารตัÊงต้นมาก (อนุภาคก็มาก) ก็สามารถเข้าทำปฏิกิริยากันได้มาก
อนุภาคทÉีมีมาก ก็จะมีโอกาสวิÉงชนกันมาก (ความถÉีในการชนสูง,ชนกันบ่อย) ทำให้มีพลังงานสูงมากด้วย
เมÉือพลังงานสูง ทำให้อนุภาคกันและเกิดการเข้าทำปฏิกิริยาได้มาก อัตราการเกิดปฏิกิริยาก็มากด้วย
 ดังนัÊน เมÉือเพÉิมความเข้มข้นของสารตัÊงต้นมาก ปฏกิิริยาจะเกิดได้เร็ว เพราะความถÉีในการชนกันของอนุภาคมาก
 แต่เมÉือความเข้มข้นของสารตัÊงต้นลดลง ปฏิกิริยาจะเกิดได้ช้า เพราะ ความถÉีในการชนน้อย
 ถ้าเกิดปฏิกิริยามาก ก็เกิดผลิตภัณฑ์มาก แต่เมÉือปฏิกิริยาหยุดลง เพราะสารตัÊงต้นหมด ผลิตภัณฑ์จะคงทÉี

6. 6.4.3 ความดันของสารตัÊงต้น
 การอธิบายผลของความดันของสารตัÊงต้นต่ออัตราการเกิดปฏิกิริยาเคมี สามารถอธิบายได้ ดังนีÊ
โดย อรณี หัสเสม : เรียบเรียง 6
- ความดันแปรผันตรงกับความเข้มข้น กล่าวคือ เมÉือความเข้มข้นเพิÉมมากขึÊน ความดันก็เพิÉมมากขึÊนด้วย
- ดังนัÊน เมÉือความดันเพิÉมขึÊน (ความเข้มข้นก็เพิÉมขึÊน) ทำให้อนุภาคมีโอกาสชนกันมากขึÊน (ความถÉีในการชนมาก) ทำให้มี
พลังงานสูงขึÊน การเกิดปฏิกิริยาเคมีก็มากด้วย อัตราการเกิดปฏิกิริยาเคมีจึงมาก
6.4.4 พÊืนทÉีผิวของสารตัÊงต้น
 การอธิบายผลของพืÊนทÉีผิวของสารตัÊงต้น (ของแข็ง) ต่ออัตราการเกิดปฏิกิริยาเคมี สามารถอธิบายได้ ดังนีÊ
- เมÉือพืÊนทÉีผิวของสารตัÊงต้นทÉีเป็นของแข็งมาก จะทำให้มีเนืÊอทÉีทÉีจะให้อนุภาคของสารตัÊงต้นเข้าไปชนกันมาก และมีความถÉีใน
การชนมาก การเกิดปฏิกิริยาก็จะมาก อัตราการเกิดปฏิกิริยาจึงมาก
- แต่ในทางตรงกันข้าม ถ้าพืÊนทÉีผิวของสารตัÊงต้นทÉีเป็นของแข็งน้อย การเกิดปฏิกิริยาก็น้อยลงไปด้วย
- เช่น การเคีÊยวอาหาร
6.4.5 อุณหภูมิของสารตัÊงต้น
 การอธิบายผลของอุณหภูมิ ต่ออัตราการเกิดปฏิกิริยาเคมี สามารถอธิบายได้ ดังนีÊ
เมÉืออุณหภูมิสูงขึÊน ทำให้อนุภาคมีการชนกันมากขึÊน
เพราะ การเพิÉมอุณหภูมิ หรือให้ความร้อนแก่สารในปฏิกริิยาทำให้อนุภาคมีพลังงานสูงขึÊน
เมÉืออนุภาคมีพลังงานสูง ก็จะเคลÉือนทÉีได้เร็ว และชนกันมากขึÊน
โอกาสทÉีจะชนกันแล้วเข้าไปทำปฏิกิริยาก็มีมากขึÊนด้วย
ปฏิกิริยาก็เกิดได้มาก อัตราการเกิดปฏิกิริยาก็มากด้วย
6.4.6 ตัวเร่งปฏิกิริยา แล ะ ตัวหน่วงปฏิกิริยา การเพิÉมความเข้มข้น
การเพิÉมความดัน
การเพิÉมพืÊนทÉีผิว
การเพิÉมอุณหภูมิ
- การเพิÉมอัตราการเกิดปฏิกิริยา นอกจากจะทำได้โดย
- ยังสามารถทำได้โดย การเติมสารบางชนิดลงไป
- เรียกสารทÉีเติมลงไปแล้วทำให้ปฏิกิริยาเคมีเกิดเร็วขึÊน ว่า ตัวเร่งปฏิกิริยา หรือ คะตะลิสต์ (Catalyst)
ตัวเร่งปฏิกิริยา คือ สารทÉีเติมลงไปในปฏิกิริยาแล้วทำให้อัตราการเกิดปฏิกิริยาเร็วขึÊน โดย
ในขณะเกิดปฏิกิริยา ตัวเร่งปฏิกิริยา (คะตะลิสต์) ไม่เกิดการเปลีÉยนแปลง
แต่ เมืÉอสิÊนสุดปฏิกิริยา จะได้ตัวคะตะลิสต์กลับมาในขนาดและปริมาณเท่าเดิม เช่น เอนไซม์ (Enzyme)
เอนไซม์ - เป็นสารประกอบอินทรีย์จำพวกโปรตีน ทำหน้าทÉีเป็นตัวเร่งปฏิกิริยาเคมีทÉีสำคัญต่อร่างกายของสิÉงมีชีวิต
ปฏิกิริยาต่างๆ ในร่างกายเกิดขึÊนได้ในอุณหภูมิปกติ เพราะ มีเอนไซม์เป็นตัวเร่งปฏิกิริยา
คุณสมบัติของเอนไซม์ทีÉสำคัญ ได้แก่
ทำหน้าทÉีเร่งปฏิกิริยาเฉพาะอย่างเท่านัÊน เช่น เอนไซม์ซูเครส ย่อยนÊำตาลซูโคส , เอนไซม์แลกเตส ย่อย แลกโตส เป็นต้น
E + S ES P + E
เอนไซม์ สับเสตรต สารเชิงซ้อน ผลิตภัณฑ์ เอนไซม์

7. - การอธิบายผลของตัวเร่งปฏิกิริยาทีÉมีต่ออัตราการเกิดปฏิกิริยาเคมี
ผลิตภัณฑ์ E1
E3
การดำเนินไปของปฏิกิริยา
พลังงาน
สารตัÊงต้น
E1
สารตัÊงต้น
พลังงาน
ก่อกมัมันต์
Ea
พลังงาน
ก่อกมัมันต์
Ea
โดย อรณี หัสเสม : เรียบเรียง 7
ปฏิกิริยาดูดพลังงาน ปฏิกิริยาคายพลังงาน
พลังงาน
ผลิตภัณฑ์
E3
การดำเนินไปของปฏิกิริยา
- ตัวเร่งปฏิกิริยา (คะตะลิสต์) ทำให้ปฏิกิริยาเกิดเร็วขึÊน เนÉืองจากตัวเร่งปฏิกิริยานีÊไปช่วยทำให้พลังงานก่อกัมมันต์ลดลง
(พลังงานก่อกัมมันต์แสดงในกราฟทัÊง Ś นีÊ) เมÉือพลังงานก่อกัมมันต์ลดลง ทำให้ปฏิกิริยาเกิดได้ง่ายและเร็วขึÊน
- เปรียบกับการโยนลูกบอลข้ามเนินเขา , ลูกบอล = ปฏิกิริยา เนินเขา = พลังงานก่อกัมมันต์
ถ้าเนินเขาสูง การโยนลูกบอลข้ามไปก็ยาก แต่ถ้าลดให้เนินเขาตํÉาลง การโยนลูกบอลข้ามไปก็ทำได้ง่ายขึÊน
ตัวหน่วงปฏิกิริยา
- ตัวหน่วงปฏิกิริยา (Inhibitor) คือ สารทÉีเติมลงไปแล้วทำให้ปฏิกิริยาเกิดได้ช้าลง หรือทำให้อัตราการเกิดปฏิกิริยาตํÉาลง
เมÉือสิÊนสุดปฏิกิริยา ตัวหน่วงปฏิกิริยาจะกลับเป็นเหมือนเดิม และมีปริมาณเท่าเดิม
- การอธิบายผลของตัวหน่วงปฏิกิริยาทีÉมีต่ออัตราการเกิดปฏิกิริยา
ตัวหน่วงปฏิกิริยา (อินฮิบิเตอร์) ทำให้ปฏิกิริยาเกิดขึÊนช้าลง เนÉืองจากตัวหน่วงปฏิกิริยาไปช่วยทำให้พลังงานก่อกัมมันต์เพิÉมขึÊน
เมÉือพลังงานก่อกัมมันต์เพิÉมขึÊน ทำให้ปฏิกิริยาเกิดได้ยากขึÊน อัตราการเกิดปฏิกิริยาก็ตํÉา
- แม้ตัวหน่วงจะทำให้ปฏิกิริยาเกิดได้ช้าลง แต่ก็ยังมีการนำมาใช้ประโยชน์ได้ เช่น การเติมโซเดียมเบนโซเอต ( C6H5COONa )
ลงในอาหารสำเร็จรูป เพืÉอป้องกันการบูดเน่าของอาหาร (โซเดียมโซเดียมเบนโซเอต เป็นตัวหน่วง ปฏิกิริยาการเกิดปฏิกิริยาของ
จุลินทรีย์ในอาหารทÉีทำให้อาหารบูด)
- สรุป เกีÉยวกับปัจจัยมีผลต่ออัตราการเกิดปฏิกิริยา
1. อัตราการเกิดปฏิกิริยาเคมีขึÊนอยกูั่บธรรมชาติสารตัÊงต้น คือ ถ้าสารตัÊงต้นมีสมบัติต่างกัน
อัตราการเกิดปฏิกิริยาเคมีจะมีค่าไม่เท่ากัน
2. ปฏิกิริยาเคมีส่วนใหญ่ เมÉือเพิÉมความเข้มข้นของสารตัÊงต้น จะทำให้ปฏิกิริยาเกิดเร็วขึÊน ในทางตรงกันขา้ม
ถ้าลดความเข้มข้นของสารตัÊงต้นปฏิกิริยาจะเกิดช้าลง
3. ปฏิกิริยาเคมีทÉีมีสารตัÊงต้นอยใู่นสถานะแก๊ส เมÉือเพิÉมความเข้มข้น ความดันจะเพิมÉขึÊน ปฏิกิริยาจะเกิดได้เร็วขึÊน
4. ในปฏิกิริยาเนืÊอผสม ถ้าสารตัÊงต้นมีของแข็งอยดู่้วย การเพิÉมพืÊนทÉีผิวของสารทÉีเป็นของแข็ง ทำให้ปฏิกิริยาเกิดได้เร็วขึÊน
5. การเพิÉมอุณหภูมิ ทำให้ปฏิกิริยาเกิดเร็วขึÊน ในทางตรงกันข้ามการลดอุณหภูมิทำให้ปฏิกิริยาเกิดช้าลง
6. ตัวเร่งปฏิกิริยาหรือคะตะลิสต์ ทำให้ปฏิกิริยาเกิดได้เร็วขึÊน ในทางตรงกันข้าม ตัวหน่วงปฏิกิริยาหรืออินฮิบิเตอร์
ทำให้ปฏิกิริยาเกิดได้ช้าลง