More Related Content
What's hot
What's hot (20)
Viewers also liked
Viewers also liked (20)
Similar to จลนศาสตร์เคมีและสมดุลเคมี
Similar to จลนศาสตร์เคมีและสมดุลเคมี (20)
More from nn ning
More from nn ning (6)
Recently uploaded
Recently uploaded (6)
จลนศาสตร์เคมีและสมดุลเคมี
- 2. 5.1 จลนศาสตร์เคมี • จลนศาสตร์เคมี คือ สาขาหนึ่งของวิชาเคมีที่เกี่ยวข้องกับความเร็ว หรือ อัตราเร็วที่ปฏิกิริยาเคมีเกิดขึ้นคาว่า จลน์ บอกถึงการเคลื่อนที่การ เปลี่ยนแปลง จลนพลศาสตร์หมายถึง อัตราการเกิดปฏิกิริยา ซึ่งหมายถึง การ เปลี่ยนแปลงความเข้มข้นของสารเริ่มต้น หรือสารผลิตภัณฑ์ต่อ หน่วยเวลาโดยทั่วไปเราสามารถแทนปฏิกิริยาใดๆ ด้วยสมการทั่วไป ดังนี้ สารตั้งต้น → สารผลิตภัณฑ์
- 3. • สมการนี้จะบอกเราว่า ในระหว่างที่ปฏิกิริยาดาเนินไปนั้น สารตั้งต้น (reactant) จะถูกใช้ไปในขณะที่สารผลิตภัณฑ์ (product)จะ เกิดขึ้น ซึ่งเราสามารถติดตามการดาเนินไปของปฏิกิริยาได้โดยการวัด การลดลงของสารตั้งต้น หรือการเพิ่มขึ้นของความเข้มข้นของสาร ผลิตภัณฑ์เป็นฟังก์ชันกับเวลา • สาหรับปฏิกิริยาที่เกิดขึ้นในสารละลายเรามักวัด ความเข้มข้นของสาร ด้วยวิธีการทางสเปกโทรสโกปีหากมีไอออนเกี่ยวข้องการเปลี่ยนแปลง ความเข้มข้น สามารถ การวัดการนาไฟฟ้า ปฏิกิริยาที่เกี่ยวข้องกับแก๊ส สามารถวัดด้วยการวัดความดันเป็นตน
- 4. • ปฏิกิริยาเคมี ปฏิกิริยาเคมีนับ เป็นหัวใจของวิชาเคมีการศึกษาปฏิกิริยา เคมีที่สาคัญคือการเปลี่ยนแปลงพลังงานซึ่งเป็นสมบัติเฉพาะของแต่ละ สาร และปรากฏออกมาในรูปต่าง ๆ เช่น ความร้อน แสง สีไฟฟ้า และ พลังงานจลน์เช่น เมื่อใช้ถ่านหุงต้มอาหารถ่านจะทาปฏิกิริยากับแก๊ส ออกซิเจนในอากาศให้แก๊ส คาร์บอนไดออกไซด์พร้อมกับพลังงานความ ร้อน และแสงสว่างออกมาดังตัวอย่าง C(s)+ O2(g)→ CO2 (g)+ พลังงาน
- 5. การเกิดปฏิกิริยาเคมี• การเกิดปฏิกิริยาเคมีเป็นกระบวนการที่สารหนึ่งหรือมากกว่าหนึ่งชนิดเกิด การเปลี่ยนแปลงองค์ประกอบโครงสร้างแล้วได้สารใหม่ซึ่งมีองค์ประกอบ โครงสร้างและสมบัติต่างไปจากสารเดิม หรือกล่าวสรุปว่า เป็นกระบวนการ ที่สารเข้าไปทา ปฏิกิริยากัน แล้วเกิดสารใหม่ขึ้นมา เรียกการเปลี่ยนแปลงทาง เคมี ซึ่งเขียนแทนด้วย • สมการเคมี (chemical equation) การเกิดปฏิกิริยาเคมีประกอบด้วย สารตั้งต้นในการทา ปฏิกิริยา เรียกว่าตัวทา ปฏิกิริยา (reactant)และสาร ที่เป็นผลของปฏิกิริยาเรียกว่าสารผลิตภัณฑ์(product) • ในการเขียนสมการเคมีจะเขียนสารตั้งต้น ไว้ทางซ้ายของลูกศรและเขียนสาร ผลิตภัณฑ์ไว้ทางขวา
- 6. ในการเกิดปฏิกิริยาเคมีบางครั้งผลของปฏิกิริยามีสมบัติต่างไปจากสารเดิม อย่างชัดเจน แต่บางครั้งก็ยากที่จะ บอกได้ว่า มีสารใหม่เกิดขึ้นแล้วต้องทา การวิเคราะห์ทางเคมีหรือใช้เครื่องมือตรวจวัด จึงจะบอกได้ว่า เกิดปฏิกิริยา เคมีการเปลี่ยนแปลงทางเคมีที่มองเห็นด้วยตาได้อย่างชัดเจน สารตั้งต้น→ สารผลิตภัณฑ์ เช่น A + B →C + D A และ B คือสารตั้งต้นหรือตัวทาปฎิกิริยา C และ D คือสารผลิตภัณท์ ที่ได้จากตัวทาปฏิกิริยา
- 7. • เมื่อมีการเปลี่ยนแปลงทางเคมีระบบทั้งหมดย่อมมีการเปลี่ยนแปลงทาง พลังงานด้วย พลังงานที่เกี่ยวข้อง คือ พลังงานความร้อน บางปฏิกิริยา เมื่อเกิดการเปลี่ยนแปลงขึ้น มีความร้อนจานวนหนึ่งถูกปล่อยออกมาเมื่อ สัมผัส ระบบจะรู้สึกร้อน เรียกปฏิกิริยาเช่นนี้ว่า ปฏิกิริยาแบบคายความ ร้อน (exothemic reaction)แต่บางปฏิกิริยาที่เกิดขึ้นแล้วต้อง ดูดพลังงานจากสิ่งแวดล้อมเข้าไปเมื่อสัมผัสระบบจะรู้สึกเย็น เรียก ปฏิกิริยาเช่นนี้ว่า • ปฏิกิริยาดูดกลืนความร้อน (endothermic reaction) พลังงาน ความร้อนที่คายออกมาหรือดูดกลืนเข้าไปนั้น เป็นผลจากการ เปลี่ยนแปลง พลังงานภายในของระบบซึ่งเรียกว่า เอนทัลปี (enthalpy)
- 8. 5.1.1 ทฤษฎีการชน • มีสมมติฐานว่าโมเลกุลของแก๊ส มีการชนกันเองอยู่ตลอดเวลา จึงสามารถ ตั้งสมมติฐานได้ว่าปฏิกิริยาเคมีนั้น เป็นผลมาจากการชนกันระหว่างโมเลกุล ของสารตั้งต้น ส่วนทฤษฎีการชนของ จลนศาสตร์เคมีนั้นอัตราการ เกิดปฏิกิริยาแปรผันโดยตรงกับจานวนครั้งของการชนของโมเลกุลต่อวินาที หรือ ความถี่ในการชน แต่การชนกันของโมเลกุลไม่ได้ทา ให้เกิดปฏิกิริยาทุก ครั้งซึ่งทุก ๆ โมเลกุลที่มีการเคลื่อนที่ จะ มีพลังงานจลน์ยิ่ง โมเลกุลเคลื่อนที่ เร็วเท่าใด ก็จะมีพลังงานจลน์มากขึ้นเท่านั้น แต่โมเลกุลที่เคลื่อนที่เร็วนี้จะไม่ สามารถแตกเป็นชิ้นเล็กชิ้นน้อยได้ด้วยตัวเอง ในการที่จะเกิดปฏิกิริยานั้น โมเลกุลจะต้องชนกับโมเลกุลอื่น และ เมื่อเกิดการชนกัน บางส่วนของ พลังงานจลน์ของโมเลกุลจะถูกเปลี่ยนไปเป็นพลังงานในการสั่น
- 9. • ในการที่ปฏิกิริยาจะเกิดขึ้นได้นั้น โมเลกุลที่มาชนกันจะต้องมีพลังงาน จลน์รวมเท่ากับหรือมากกว่า พลังงานก่อกัมมันต์(activation energy, Ea) ซึ่งเป็นพลังงานที่ต่า ที่สุด ที่จะทา ให้ปฏิกิริยาเคมี เกิดขึ้นได้เมื่อ • โมเลกุลมีการชนกัน โมเลกุลจะสร้างสารประกอบเชิงซ้อนกัมมันต์ (activated complex) หรือเรียกว่าสภาวะแทรนซิชัน โดยสารนี้ เป็นสารเชิงซ้อนชั่วคราวที่เกิดจากสารตั้งต้น ต่าง ๆ มาชนกันก่อนที่จะ เกิดเป็นสารผลิตภัณฑ์เช่น A +B AB C + D
- 10. • เมื่อ AB* คือ สารเชิงซ้อนกัมมันต์ที่เกิดจากการชนกันของโมเลกุล A และ B ถ้าสารผลิตภัณฑ์ที่เกิดขึ้นมีพลังงานต่ากว่าสารตั้งต้นปฏิกิริยาจะ เกิดขึ้นพร้อมกับการคายความร้อน จึงเรียกว่า ปฏิกิริยาคายความร้อน • ในทางตรงกันข้ามถ้าสารผลิตภัณฑ์ที่เกิดขึ้นมีพลังงานมากกว่าสารตั้ง ต้น ในขณะเกิดปฏิกิริยาจะมีการดูดความร้อนจากสิ่งแวดล้อมเข้าไปสู่ ปฏิกิริยา เป็นปฏิกิริยาดูดความร้อน
- 12. สมการเคมี (Chemical equation ) • สมการเคมีคือสิ่งที่ใช้แทนปฏิกิริยาเคมีซึ่งบอกให้ทราบถึงชนิดของตัว ทาปฏิกิริยาและชนิดของผลของปฏิกิริยาโดยแสดงในรูปของสูตรเคมี สมการที่สมบูรณ์หรือที่ดุลแล้วจะมีจานวนอะตอมของธาตุชนิดเดียวกัน ก่อนและหลังปฏิกิริยาเท่ากันอันเป็นไปตามกฎอนุรักษ์มวล ตัวอย่างเช่น เผาแก๊สมีเทน (CH4) ในบรรยากาศ ของออกซิเจน จะให้ แก๊สคาร์บอนไดออกไซด์(CO2 )กับน้า(H2O) เขียนสมการได้ดังนี้ เมื่อดุลสมการแล้วจะได้ดังนี้ CH4 + O2 → CO2 + H2O CH4 +2O2 → CO2+2H2O
- 13. สมการรีดอกซ์หรือปฏิกิริยารีดอกซ์ (Redox reaction) • เป็นปฏิกิริยาที่มีการเปลี่ยนแปลงเลขออกซิเดชันเนื่องจากมีการให้และรับ อิเล็กตรอน ประกอบด้วยปฏิกิริยาย่อย 2 ชนิด ซึ่งเกิดขึ้นพร้อมกัน คือออกซิ เดชั่น(oxidation) และรีดักชัน (reduction) • ออกซิเดชั่น เป็นปฏิกิริยาที่มีการเพิ่มเลขออกซิเดชั่น หรือเป็นปฏิกิริยาที่มีการ ให้อิเล็กตรอนแก่สารอื่น ทาให้ตนเองมีเลขออกซิเดชั่นเพิ่มขึ้น • รีดักชันเป็นปฏิกิริยาที่มีการลดเลขออกซิเดชั่นหรือเป็นปฏิกิริยาที่มีการรับ อิเล็กตรอนจากสารอื่นทา ให้ตนเองมีเลขออกซิเดชั่นลดลง • ตัวออกซิไดส์ (oxidizing agent)คือสารที่รับอิเล็กตรอนไว้หรือ หมายถึงสารที่ทา ให้เกิดปฏิกิริยารีดักชันตัว รีดิวซ์ (reducing agent) คือสารที่ให้อิเล็กตรอน หรือหมายถึงสารที่ทาให้เกิดปฏิกิริยาออกซิเดชั่น
- 14. 5.1.2 อัตราเร็วของปฏิกิริยา (Rate of reaction) • หมายถึง ความเร็วในหนึ่งหน่วยเวลา อัตราของปฏิกิริยาจะหมายถึงเวลาใน การเกิดปฏิกิริยาเคมีหรือการเปลี่ยนแปลงทางเคมีดาเนินไปโดยเกี่ยวข้องกับ เวลา ปฏิกิริยาเคมีบางชนิดเกิดเร็วมาก เช่น ปฏิกิริยาการระเบิด ของทีเอ็นที (TNT) ปฏิกิริยาระหว่า ง AgNO3 (aq) กับ NaCl(aq)จะได้ตะกอน ของ AgCl(s) ทันที • แต่ปฏิกิริยาบางชนิดเกิดช้ามากใช้เวลาเป็นวันบางทีแทบมองไม่เห็นการ เปลี่ยนแปลง เช่น เหล็กเป็นสนิม แต่บางปฏิกิริยาก็เกิดไม่เร็วหรือช้าเกินไป พอจะวัดความเร็วของการเกิดได้ในห้องปฏิบัติการ อัตราของปฏิกิริยาวัดกัน เป็นจานวนโมลของตัวทาปฏิกิริยาที่หมดไปต่อหน่วยเวลาหรือจานวนโม ลของผลปฏิกิริยาที่เกิดขึ้นต่อหน่วยเวลา โดยมากวัดเป็นความเข้มข้นของสาร ความเข้มข้นมีหน่วยเป็นโมลต่อลิตร ร (mol/dm 3 )
- 16. ปัจจัยที่มีผลต่ออัตราเร็วของปฏิกิริยา • 1. ชนิดของตัวทาปฏิกิริยา • 2. ความเข้มข้นของตัวทาปฏิกิริยา ปฏิกิริยาจะเกิดเร็วขึ้นถ้าเพิ่มความเข้มข้น ของตัวทาปฏิกิริยาตามทฤษฎีการชน เชื่อว่าปฏิกิริยาเกิดขึ้นได้เมื่ออนุภาคของ ตัวทาปฏิกิริยาเข้ามาชนกันเมื่อชนกันแล้วถ้ามีพลังงานมากพอก็จะมีการจัด อะตอมกันใหม่มีการ สลายพันธะเดิมและมีการสร้างพันธะใหม่เกิดขึ้นมา • 3. อุณหภูมิ การเพิ่มอุณหภูมิทา ให้ปฏิกิริยาเกิดเร็วขึ้น อุณหภูมิยิ่งสูงปฏิกิริยา ยิ่งเกิดเร็วขึ้นในทางตรงกันข้าม ถ้าอุณหภูมิลดลงอัตราการเกิดปฏิกิริยาจะช้า ลง • 4. ตัวเร่งปฏิกิริยา ตัวเร่งปฏิกิริยา คือสารที่เพิ่มอัตราการเกิดปฏิกิริยาให้เร็วขึ้น โดยที่สารนั้น ไม่เกิดการเปลี่ยนแปลงทางเคมีและทางปริมาณ แต่สภาพทาง กายภาพอาจเปลี่ยนแปลงได้
- 17. 5.2 สมดุลเคมี • สมดุลเป็นภาวะที่ไม่สามารถสังเกตเห็นการเปลี่ยนแปลงใด ๆ ได้เมื่อ ปฏิกิริยาเคมีอยู่ในสภาวะที่สมดุลหมายถึงความเข้มข้น ของสารตั้งต้น และสารผลิตภัณฑ์มีค่าคงที่และไม่มีการเปลี่ยนแปลงความเข้มข้นของ สารใดๆ ในระบบ อย่างไรก็ตาม การเปลี่ยนแปลงในระดับโมเลกุลยัง เกิดอย่างต่อเนื่องตลอดเวลาเนื่องจากสารตั้งต้นต้องการเปลี่ยนเป็นสาร ผลิตภัณฑ์เช่นเดียวกันโมเลกุลของสารผลิตภัณฑ์ก็ต้องการเปลี่ยนเป็น สารตั้งต้นการเปลี่ยนแปลงที่เกิดแบบต่อเนื่องนี้เรียกว่า สภาวะ ไดนามิกส์
- 18. 5.2.2 ค่าคงที่ของสมดุล (equilibrium constant) • ค่าคงที่สมดุล(K)คืออัตราส่วนระหว่างผลคูณของความเข้มข้นของสาร ผลิตภัณฑ์ยกกาลังด้วยจานวนโมลของสารผลิตภัณฑ์กับผลคูณของความ เข้มข้นของสารตั้งต้นยกกาลังด้วยจานวนโมล ซึ่งจานวนโมลของ สาร ผลิตภัณฑ์ละจานวนโมลของสารตั้งต้น ต้องได้จากสมการที่ดุลแล้ว เท่านั้น เช่น aA + bB ⇌ cC + dD
- 20. ความสัมพันธ์ของค่าคงที่ 1. ค่า K ขึ้นอยู่กับอุณหภูมิ 2. ค่า K ขึ้นอยู่กับสมการคือถ้านาสมการ ตัวเลขใดคูณสมการเดิม ค่า K ของ สมการใหม่จะเท่ากับค่า K ของสมการเดิมยกกาลังด้วยเลขนั้น 3. ถ้าเขียนสมการกลับกันค่า K ของสมการใหม่จะเป็นส่วนกลับของค่า K ของ สมการเดิม 4. ถ้าปฏิกิริยาเกิดหลายขั้นตอน ค่า K ของปฏิกิริยารวมจะเท่ากับผลคูณของค่า K ของปฏิกิริยาย่อย ปฏิกิริยารวม = ปฏิกิริยาขั้นที่1 + ปฏิกิริยาขั้นที่2
- 21. เราสามารถทราบว่าปฏิกิริยาหนึ่งๆ นั้น มีผลิตภัณฑ์ที่เกิดขึ้นมากน้อย เพียงใดโดยดูจากค่าคงที่สมดุลคือ • 1. ถ้าค่า K >1 ปฏิกิริยานั้นจะเกิดไปข้างหนาได้ดีมีสารผลิตภัณฑ์ เกิดขึ้นมากและเหลือสารตั้งต้นน้อย • 2. ถ้าค่า K <1 ปฏิกิริยานั้นจะเกิดย้อนกลับได้ดีทาให้มีสารผลิตภัณฑ์ เกิดขึ้นน้อย สารตั้งต้น เหลือมาก
- 23. 5.2.3 หลักของเลอชาเตอลิเอร์ • เลอชาเตอลิเอร์นักวิทยาศาสตร์ชาวฝรั่งเศสได้ศึกษาเกี่ยวกับการเปลี่ยน ภาวะสมดุลของปฏิกิริยาและได้สรุปเป็นหลักการว่า • “เมื่อระบบที่อยู่ในสภาวะสมดุลถูกรบกวนโดยการเปลี่ยนแปลงของ ปัจจัยที่มีผลต่อภาวะสมดุลของระบบ ระบบพยายามปรับตัวไปในทาง ทิศที่จะลดผลของการรบกวนหรือปรับตัวไปในทิศทางตรงกันข้าม เพื่อให้ระบบเข้าภาวะสมดุลอีกครั้งหนึ่ง”