SlideShare a Scribd company logo
1 of 11
ใบความรู้ที่ ٢
     เรื่อง แนวคิดเกี่ยวกับการเกิดปฏิกิริยาเคมีและ
          พลังงานกับการดำาเนินไปของปฏิกิริยา
***********************************************
********* ครูศักดิ์อนันต์ อนันตสุข
1. แนวคิดเกี่ยวกับการเกิดปฏิกิริยาเคมี
       ปฏิกิริยาเคมีหนึ่งๆ จะเกิดได้หรือไม่ เกิดขึ้นได้อย่างไร เกิด
เร็ ว หรื อช้ า ได้ อย่า งไร นอกจากจะทราบจากการทดลองแล้ ว ยั ง
สามารถทราบได้จากการใช้ทฤษฎีอ ธิบ ายอัตราการเกิ ดปฏิกิริย า
เช่น ทฤษฎีการชน และทฤษฎีทรานสิชันสเตต เป็นต้น ทฤษฎีดัง
กล่าวจะอธิบายให้ทราบว่าการที่ปฏิกิริยาจะเกิดขึ้นได้ต้องมีสภาวะ
อย่ า งไร และเมื่ อ มี ป ฏิ กิ ริ ย าเกิ ด ขึ้ น แล้ ว การเพิ่ ม ความเข้ ม ข้ น
อุณหภูมิ ทำาให้เกิดเร็วขึ้น เป็นเพราะเหตุใด
ทฤษฎีการชนกันของก๊าซ (collision theory of gases)
         นั ก วิ ท ยาศาสตร์ เ ชื่ อ ว่ า “ปฏิ กิ ริ ย าเคมี เ กิ ด ขึ้ น ได้ เมื่ อ
อนุ ภ าคของสารตั้ ง ต้ น เข้ า มาชนกั น ” อนุ ภ าคดั ง กล่ า วอาจจะ
เป็ น โมเลกุ ล อะตอมหรื อ ไอออนก็ ไ ด้ อย่ า งไรก็ ต ามไม่ ไ ด้
หมายความว่า การชนกันทุกครั้งจะต้องเกิดปฏิกิริยายังต้องอาศัย
ปั จ จั ย อื่ น ๆ เช่ น พลั ง งานก่ อ กั ม มั น ต์ และทิ ศ ทางของการชน
ประกอบด้วย กล่าวได้ว่า การชนกันบางโอกาสเท่านั้นที่ทำาให้เกิด
ปฏิกิริยาได้ ดังนั้นอัตราการชนจึงสูงกว่าอัตราการเกิดปฏิกิริยา
         ตัวอย่าง เช่น ก๊าซ H2 1 โมล (6.02 x 1023 โมเลกุล) บรรจุ
อยู่ในภาชนะที่มีก๊าซ O2 1 โมล (6.02 x 1023 โมเลกุล)อัตราการ
ชนกันระหว่างโมเลกุลของ H2 และ O2 จะมีค่ามากกว่า 1030 ครั้ง
ต่อวินาที จะพบว่าไม่มีปฏิกิริยาเกิดขึ้น แต่ถ้านำา ก๊าซ NO 1 โมล
บรรจุ ล งในภาชนะที่ มี ก๊ า ซ O2 1 โมลจะพบว่ า มี อั ต ราการชน
มากกว่า 1030 ครั้งต่อวินาที เช่นเดียวกัน แต่สามารถเกิดปฏิกิริยา
ได้ เ ป็ น NO2 แสดงให้ เ ห็ น ว่ า ในบางกรณี ถึ ง แม้ อ นุ ภ าคจะชนกั น
มากเพียงใดก็ยังไม่มีปฏิกิริยาเกิดขึ้น แต่บางกรณีปฏิกิริยาจะเกิด
ขึ้นได้อย่างรวดเร็ว
         ทฤษฎี ที่ ใ ช้ อ ธิ บ ายการเกิ ด ปฏิ กิ ริ ย าดั ง กล่ า วนี้ เรี ย กว่ า
ทฤษฎีการชนกันของก๊าซ
พลังงานก่อกัมมันต์ (Activation energy)
ตามหลั ก ของทฤษฎี จ ลน์ ที่ อุ ณ หภู มิ ห นึ่ ง ๆ โมเลกุ ล หรื อ
อะตอมของก๊ า ซทุ ก ชนิ ด จะมี พ ลั ง งานจลน์ เ ฉลี่ ย เท่ า กั น และมี
ความเร็วเท่ากับความเร็วเฉลี่ย แต่ในสภาพความเป็นจริง โมเลกุล
ของก๊าซจะเคลื่อนที่ด้วยความเร็วต่างๆ กัน แม้ว่าจะเป็นโมเลกุล
ชนิดเดียวกัน บางกลุ่มอาจจะเคลื่อ นที่ ด้วยความเร็วตำ่า มาก บาง
กลุ่มอาจจะสูงมาก หรือบางโมเลกุลมีการชนกันแล้วทำาให้หยุดนิ่ง
ก า ร ที่ โ ม เ ล กุ ล เ ห ล่ า นี้ เ ค ลื่ อ น ที่ ไ ด้ เ ร็ ว ไ ม่ เ ท่ า กั น ทำา ใ ห้ มี
พลังงานจลน์ในตัวแตกต่างกัน พวกโมเลกุลที่เคลื่อนที่ช้าลงจะมี
พลังงานจลน์ในตัวตำ่า และพวกที่ที่เคลื่อนที่เร็ว จะมีพลังงานจลน์
ในตัวสูง
         เมื่อโมเลกุลเหล่านี้เคลื่อนที่ตลอดเวลาและชนกันจะทำาให้มี
การเปลี่ยนแปลงพลังงานเกิดขึ้น อาจจะมีการถ่ายเทพลังงานจาก
โมเลกุ ล หนึ่ ง ไปยั ง อี ก โมเลกุ ล หนึ่ ง ถ้ า โมเลกุ ล ที่ ช นกั น นั้ น มี
พลั ง งานจลน์ สู ง พลั ง งานที่ ไ ด้ จ ากการชนก็ จ ะมี ค่ า สู ง และถ้ า
พลั ง งานนั้ น สู ง มากพอจะทำา ให้ เ กิ ดการสลายพั น ธะในสารตั้ ง ต้ น
ทำา ใ ห้ มี โ อ ก า ส ส ร้ า ง พั น ธ ะ ใ ห ม่ เ กิ ด เ ป็ น ผ ลิ ต ภั ณ ฑ์ ไ ด้ ซึ่ ง
หมายความว่า ในกรณีของการชนกันดังกล่าวจะทำา ให้มีปฏิกิริยา
เคมีเกิดขึ้น แต่ในทางตรงกันข้าม เนื่องจากโมเลกุลทั้งหมดไม่ได้
มี พ ลั ง งานจลน์ สู ง มากพอ บางโมเลกุ ล อาจจะมี พ ลั ง งานตำ่า มาก
เมื่อโมเลกุลเหล่านี้มาชนกันพลังงานที่ได้จากการชนกันจะมีค่าไม่
สูงพอ ทำาให้ไม่สามารถสลายพันธะของสารตั้งต้น ดังนั้นปฏิกิริยา
จึงไม่เกิดขึ้น นั่นคือ การชนกันของโมเลกุลที่พลังงานตำ่าปฏิกิริยา
เคมีจะไม่เกิดขึ้น “พลังงานของโมเลกุลที่ชนกันแล้ว ทำา ให้มี
ปฏิกิริยาเกิดขึ้นได้อย่างน้อยจะต้องมีค่าเท่ากับพลังงานค่า
หนึ่ง เรียกว่า ก่อกัมมันต์หรือพลังงานกระตุ้น” ถ้าโมเลกุลที่
เข้ า มาชนกั น มี พลัง งานเท่ า กั บ หรื อ มากกว่ า พลั งงานก่ อ กั ม มั น ต์
การชนกันนั้นจะทำา ให้เกิดปฏิกิริยาเคมีได้ แต่ถ้าโมเลกุลที่เข้ามา
ชนกัน มีพลังงานน้อยกว่าพลังงานก่อกัมมันต์ การชนกันนั้นจะไม่
เกิดปฏิกิริยาเคมี
         เมื่ อ โมเลกุ ล ที่ มี พ ลั ง งานในตั ว สู ง กว่ า พลั ง งานพลั ง งาน
กระตุ้นเข้ามาชนกัน จะก่อให้เกิดการสลายพันธะภายในโมเลกุล
นั้น ในขณะเดียวกันจะเกิดการสร้างพันธะขึ้นใหม่พร้อมๆ กัน ก่อ
ให้ เ กิ ด สารประกอบเชิ ง ซ้ อ นที่ มี ทั้ ง การสลายและสร้ า งพั น ธะขึ้ น
เรียกสารนี้ว่า สารเชิงซ้อนที่ถูกกระตุ้น (activated complex) สาร
เชิงซ้อนที่ถูกกระตุ้นจะมีพลังงานในตัวสูงกว่าโมเลกุลเดิมทำา ให้
อยู่ในสภาวะที่ไม่เสถียร อาจจะเกิดการเปลี่ยนแปลงต่อไปกลาย
เป็นผลิตภัณฑ์หรืออาจจะกลับคืนเป็นสารเดิมก็ได้
      เช่ น ในปฏิ กิ ริ ย า A2 + B2 → 2AB สามารถแสดงสาร
เชิงซ้อนที่ถูกกระตุ้นได้ดังนี้




ทิศทางการชนกันของโมเลกุล
         ถึ ง แม้ ว่ า โมเลกุ ล ที่ เ ข้ า มาชนกั น จะมี พ ลั ง งานในตั ว สู ง
มากกว่า พลังงานก่อกัมมันต์ และชนกันอย่างแรง อาจจะไม่เกิด
ปฏิกิริยาก็ได้ถ้าทิศทางของการชนกัน หรือตำาแหน่งการจัดตัวของ
โมเลกุลที่ เข้ าชนกั นไม่เ หมาะสม หมายความว่า ปฏิกิริยาเคมีจ ะ
เกิดขึ้นได้นั้นต้องขึ้นอยู่กับทิศทางการชนกั นด้ วย โดยที่ทิ ศทาง
ของการชนมีส่วนสัมพันธ์กับพลังงานก่อกัมมันต์ของปฏิกิริยา ถ้า
ทิศทางของการชนเหมาะสม พลังงานก่อกัมมันต์ของปฏิกิริยาจะ
ตำ่ากว่าในกรณีที่ทิศทางของการชนไม่เหมาะสม ซึ่งเป็นผลให้เกิด
ปฏิกิริยาได้ง่ายกว่า
         ตั ว อย่ า งเช่ น ปฏิ กิ ริ ย าระหว่ า ง H2O (g) กั บ CO (g) ได้
ผลิตภัณฑ์เป็น H2 (g) และ CO (g) ตามสมการ                           H2O (g)
+ CO (g) → H2 (g) + CO2 (g)
         นอกจากการที่โ มเลกุ ล ของ H2O ที่มี พลังงานสู ง มาชนกั บ
โมเลกุลของ CO ที่มีพลังงานสูงแล้ว โมเลกุลทั้ง 2 จะต้องมีการ
จั ด ตั ว ให้ ถู ก ทิ ศ ทางด้ ว ย โมเลกุ ล อาจจะชนกั น ในลั ก ษณะต่ า งๆ
ดังนี้
การชนกันในแบบที่ I ออกซิเจนใน H2O ชนกับคาร์บอน
ใน CO ซึ่ ง ถ้ า มี พ ลั ง งานสู ง พอจะได้ เ ป็ น CO2 และ H2 แสดงว่ า
ทิศทางของการชนเหมาะสม สามารถเกิดปฏิกิริยาได้
       การชนกันในแบบที่ II ออกซิเจนใน H2O และใน CO ชน
กัน ซึ่งเป็นทิศทางของการชนที่ไม่เหมาะสม ถึงแม้วาจะมีพลังงาน
                                                        ่
สูงก็จะไม่เกิดปฏิกิริยา ไม่ได้ CO2 และ H2
       การชนกั น ในแ บบ ที่ III ไฮโดรเจ นใน H2O ชนกั บ
คาร์ บ อนใน CO ซึ่ ง ก็ เ ป็ น ทิ ศ ทางการชนที่ ไ ม่ เ หมาะสมเช่ น
เดียวกัน ดังนั้นการชนแบบนี้จะไม่มีปฏิกิริยาเกิดขึ้น
       พิจารณาตัวอย่างทิศทางการชนที่เหมาะสมของปฏิกิริยา
            CO2 + H2O → H2CO3 + HCO3- + H+
       ก๊าซ CO2 และ H2O อาจจะชนกันได้หลายแบบ ดังในรูป
            CO2          +       H 2O            →        H2CO3   +
HCO3- + H+
รูปที่ 2 ทิศทางการชนกันของ CO2 และ H2O

       เฉพาะการชนกันในรูป (a) เท่านั้น ถ้าพลังงานของโมเลกุล
สูงมากพอ จะทำาให้เกิดปฏิกิริยาเคมีได้ เนื่องจากมีทิศทางการชน
ที่เหมาะสม สำา หรับการชนแบบอื่นๆ ถึงแม้ว่าจะมีพลังงานสูงก็ไม่
เกิดปฏิกิริยา เพราะทิศทางการชนไม่เหมาะสม
       การอธิบายเกี่ยวกับการเกิดปฏิกิริยาเคมีจึงสามารถสรุปได้ว่า
“ปฏิกิริยาเคมีจะเกิดขึ้นได้เมื่ออนุภาคของสารตั้งต้นเข้ามา
ชนกัน อนุภาคที่เข้ามาชนกันนี้จะต้องมีพลังงานในตัว อย่าง
น้อยเท่ากับพลังงานก่อกัมมันต์ และจะต้องชนกันในทิศทาง
ที่ เหมาะสม” ซึ่ งเป็นเหตุ ผลที่ ใ ช้ อ ธิ บ ายว่า ทำา ไมการชนกั น บาง
ครั้งเท่านั้น จึงเกิดปฏิกิริยา โมเลกุลส่วนหนึ่ง จะมีพลังงานน้อย
กว่ า พลัง งาน ก่ อกั ม มั น ต์ ซึ่ ง เมื่ อ ชนกั น จะไม่ เ กิ ดปฏิ กิริ ย า และ
โมเลกุลที่มีพลังงานมากกว่าพลังงานก่อกัมมันต์ ถ้าชนกันไม่ถูก
ทิ ศ ทางก็ จ ะไม่ เ กิ ด ปฏิ กิ ริ ย าเช่ น เดี ย วกั น ดั ง นั้ น อั ต ราการเกิ ด
ปฏิกิริยาจึงต้องมีค่าน้อยกว่าอัตราการชนกันของโมเลกุล
       สำาหรับการที่จะอธิบายว่าปฏิกิริยาเคมีหนึ่ง ๆ มีอัตราการเกิด
ปฏิกิริยาสูงหรือตำ่าต้องอาศัยปัจจัย 2 อย่าง คือ
             1. จำานวนอนุภาคที่มีพลังงานสูง
             2. ค่าพลังงานก่อกัมมันต์ของปฏิกิริยา

        การที่ปฏิกิริยาเกิดช้าเป็นเพราะปฏิกิริยานั้นมีพลังงานก่อกัม
มันต์สูง ซึ่งอนุภาคที่จะชนกันแล้วทำา ให้เกิดพลังงานเท่ากับ หรือ
มากกว่าพลังงานก่อกัมมันต์ จะต้องเป็นอนุภาคที่มีพลังงานสูงมาก
ซึ่งที่อุณหภูมิปกติอนุภาคที่มีพลังงานสูงๆ เหล่านี้จะมีจำานวนน้อย
จึงเป็นผลให้อัตราการเกิดปฏิกิริยาตำ่า
ดังนั้น ปฏิกิริยาที่เ กิดเร็ วจะต้ องมีค่าพลังงานก่ อกั มมั นต์ ตำ่า
และมี จำา นวนอนุ ภ าค ที่ มี พ ลั ง งานสู ง อยู่ ม าก ในทำา นองกลั บ กั น
ปฏิกิริยาจะเกิดช้าถ้ามีพลังงานก่อกัมมันต์สูง และมีจำานวนอนุภาค
ที่มีพลังงานสูงอยู่น้อย โดยทั่วๆ ไปพลังงานก่อกัมมันต์กับจำานวน
โมเลกุลทีมีพลังงานสูง จะมีส่วนสัมพันธ์กัน ในปฏิกิริยาที่มีพลังงา
นก่อกัมมันต์ตำ่า จะมีโมเลกุลที่มีพลังงานสูงๆ เมื่อเทียบกับพลังงา
นก่อกัมมันต์จำานวนมาก ในขณะที่ปฏิกิริยาที่มีพลังงานก่อกัมมันต์
สูง จะมีโมเลกุลทีมีพลังงานสูงๆ อยู่น้อย
                   ่




 รูปที่ 3 เปรียบเทียบการเล่นบาสเกตบอลกับการเกิดปฏิกิริยาเคมี
        ภาพ a แสดงให้เห็นว่าพลังงานยังไม่พอ ในแง่ของการเกิด
ปฏิ กิ ริ ย าก็ คื อ พลั ง งานไม่ ถึ ง พลั ง งานก่ อ กั ม มั น ต์ ทำา ให้ ไ ม่ เ กิ ด
ปฏิกิริยา
        ภาพ b พลังงานที่ใช้ มากเกิน พอ ไม่ เหมาะสม ในแง่ข อง
การเกิดปฏิกิริยาเคมีก็คือ พลังงานสูงกว่า พลังงานก่อกัมมันต์ แต่
ทิศทางของการชนไม่เหมาะสม ทำาให้ไม่เกิดปฏิกิริยา
        ภาพ c แสดงให้เห็นถึงพลังงานพอและทิศทางถูกต้อง ใน
แง่ ของการเกิดปฏิ กิ ริ ย าเคมี ก็คือ พลั ง งานสู ง พอและมี ทิ ศทางที่
เหมาะสม ทำาให้เกิดปฏิกิริยาเคมี
-----------------------------------------------------------------------
                   --------------------------------------------
2. พลังงานกับการดำาเนินไปของปฏิกิริยา
        เนื่ อ งจากการเกิ ด ปฏิ กิ ริ ย าเคมี จะต้ อ งมี พ ลั ง งานเข้ า มา
เกี่ยวข้องด้วย ถ้าเป็นปฏิกิริยาของสารประกอบโคเวเลนต์จะมีการ
สลายพันธะของสารตั้งต้น และมีการสร้างพันธะของสารผลิตภัณฑ์
ขึ้ น ถ้า พลั ง งานที่ ใ ช้ ใ นการสลายพั น ธะทั้ ง หมดรวมกั น แล้ ว มี ค่ า
ม า ก ก ว่ า พ ลั ง ง า น ที่ ไ ด้ จ า ก ก า ร เ กิ ด พั น ธ ะ ใ ห ม่ ร ว ม กั น ก า ร
เปลี่ยนแปลงนั้นจะเป็นประเภทดู ดความร้ อ น ในทางตรงกั น ข้ า ม
ถ้ า พลั ง งานที่ ใ ช้ ใ นการสลายพั น ธะทั้ ง หมดรวมกั น มี ค่ า น้ อ ยกว่ า
พ ลั ง ง า น ที่ เ กิ ด ขึ้ น เ นื่ อ ง จ า ก ก า ร ส ร้ า ง พั น ธ ะ ร ว ม กั น ก า ร
เปลียนแปลงนั้นก็จะเป็นประเภทคายความร้อน
      ่
        ในแง่ ข องพลั ง งานของโมเลกุ ล ถ้ า สารที่ เ ป็ น ผลิ ต ภั ณ ฑ์ มี
พลังงานตำ่ากว่าสารตั้งต้น ปฏิกิริยานั้นจะเป็นประเภทคายพลังงาน
แต่ถ้าสารที่เป็นผลิตภัณฑ์มีพลังงานสูงกว่าสารตังต้น ปฏิกิริยานั้น
จะเป็นประเภทดูดพลังงาน
        การดำา เนิน ไปของปฏิ กิริ ยาในแง่ข องพลัง งานของโมเลกุ ล
เมื่ อ โมเลกุ ล ของก๊ า ซมาชนกั น จนกระทั่ ง กลายเป็ น ผลิ ต ภั ณ ฑ์
สามารถจะแสดงให้ เ ห็ น ได้ โ ดยอาศั ย กราฟแสดงความสั ม พั น ธ์
ระหว่างพลังงานของสารตั้งต้น พลังงานก่อกัมมันต์ของปฏิกิริยา
และพลังงานของผลิตภัณฑ์ดังนี้
        ก. กราฟระหว่าง NO2 กับ CO ซึ่งเป็นประเภทคายความ
ร้อน
                NO2 (g) + CO (g) → NO (g) + CO2 (g) +
234 kJ
        เขี ย นกราฟแสดงความสั ม พั น ธ์ ร ะหว่ า งพลั ง งานกั บ การ
ดำาเนินไปของปฏิกิริยาได้ดังนี้




 รูปที่ 4 การเปลียนแปลงพลังงานของปฏิกิริยา NO2 (g) + CO
                 ่
                   (g) → NO (g) + CO2 (g)
       E1 คือพลังงานของสารตั้งต้น
E3 คือพลังงานของสารผลิตภัณฑ์
      Ea คือพลังงานก่อกัมมันต์ ซึ่งเป็นผลต่างระหว่าง E2 กับ E1
      ∆ E คือ พลังงานของปฏิกิริยา ซึ่งเป็นผลต่างระหว่าง E3 กับ
E1
      ในปฏิกิริยาดังกล่าวนี้
           ∆ E = -234 kJ
           Ea = 66.9 kJ
      ข. ปฏิ กิ ริ ย า 2HI (g)             H2 (g) + I2 (g) ซึ่ ง เป็ น
ปฏิกิริยาประเภทดูดความร้อน




รูปที่ 5 การเปลี่ยนแปลงพลังงานของปฏิกิริยา 2HI (g)                     H2
                        (g) + I2 (g)
      เมื่ อ สารตั้ ง ต้ น (HI) ซึ่ ง มี พ ลั ง งาน E1 ชนกั น จนทำา ให้ มี
พลังงานสูงขึ้นเป็น E2 ซึ่งจะกลายไปเป็นผลิตภัณฑ์ (H2 + I2) ที่
มีพลังงาน E3
      E3 มีค่ามากกว่า E1 ดังนั้นจึงเป็นการเปลี่ยนแปลงประเภท
ดูดความร้อน โดยมีพลังงานของปฏิกิริยา หรือพลังงานที่ระบบดูด
เข้าไปเท่ากับ ∆ E
                   ∆E   = E3 - E1
                   Ea   = E2 - E1
         ในกรณีที่เป็นการเปลี่ยนแปลงประเภทผันกลับได้ คือ มีทั้ง
ปฏิกิริยาไปข้างหน้า และปฏิกิริยาย้อนกลับ จะมีทั้งพลังงานก่อกัม
มั น ต์ ข องปฏิ กิ ริ ย าไปข้ า งหน้ า (Eaf) และของปฏิ กิ ริ ย าย้ อ นกลั บ
(Ear)
         ตัวอย่างเช่น ปฏิกิริยาคายความร้อน A              B จะมีกราฟ
แสดงการดำาเนินไปของปฏิกิริยาดังนี้
รูปที่ 6 การเปลียนแปลงประเภทคายความร้อน
                                    ่
       พลั ง งานของปฏิ กิ ริ ย า ( ∆ E) นอกจากจะพิ จ ารณาจาก
พลั ง งานของสารตั้ ง ต้ น และพลั ง งานของผลิ ต ภั ณ ฑ์ แ ล้ ว ยั ง
สามารถหาได้จากพลังงานกระตุ้น
                 ∆ E = E (ผลิตภัณฑ์) - E (สารตั้งต้น)
                      = E3 - E1
       หรือ           ∆ E = Eaf - Ear
       ถ้า Eaf > Ear จะเป็นปฏิกิริยาดูดความร้อน
                Eaf < Ear จะเป็นปฏิกิริยาคายความร้อน
       อย่างไรก็ตาม ∆ E = Eaf - Ear ใช้ได้กับปฏิกิริยาที่ผัน
กลั บ เท่ า นั้ น ปฏิ กิ ริ ย าที่ เ กิ ด แบบสมบู ร ณ์ จ ะมี แ ต่ ป ฏิ กิ ริ ย าไปข้ า ง
หน้า หรือมีแต่ Eaf ดังนั้นจะใช้ความสัมพันธ์ดังกล่าวไม่ได้
พลังงานก่อกัมมันต์( Ea) กับอัตราการเกิดปฏิกิริยา
     ค่า Ea สามารถใช้เปรียบเทียบอัตราการเกิดปฏิกิริยาได้โดย
     “ปฏิ กิ ริ ย าที่ มี ค่ า Ea ตำ่า จะเกิ ด ได้ เ ร็ ว กว่ า ปฏิ กิ ริ ย าที่ มี Ea
สูง” เช่น
           2H2 (g) + O2 (g) → 2H2O (g) มี Ea สู ง มาก
ทำาให้เกิดปฏิกิริยาช้ามากจนสังเกตไม่ได้ แต่ปฏิกิริยา 2NO (g)
+ O2 (g) → 2NO2 (g) เกิดเร็วมากเพราะมี Ea ตำ่า
     อย่างไรก็ตามปฏิกิริยาที่มีค่า Ea ตำ่า อย่างน้อยที่สุดค่า Ea จะ
ต้องเท่ากับพลังงานของสารตั้งต้น ค่า Ea ของปฏิกิริยาแต่ละชนิด
จะน้อยกว่าพลังงานของสารตั้งต้นไม่ได้ ค่า Ea เป็นค่าเฉพาะตั ว
ของปฏิกิริยาหนึ่งๆ ไม่ขึ้นกับอุณหภูมิ ค่า Ea ของปฏิกิริยาต่างชนิด
กันจะมีค่าไม่เท่ากัน ดังแสดงในตารางที่ 1
ตารางที่ 1 พลังงานก่อกัมมันต์ของปฏิกิริยาเคมีบางชนิด (ทุกตัว
                         อยูในภาวะก๊าซ)
                            ่
                  ปฏิกิริยา                 Ea (kJ)
      H2 + I2 → 2HI                         167.2
      2HI → H2 + I2                         183.9
      NO + O3 → NO2 + O2                     10.5
      Cl2 + H2 → HCl + H                     23.0
      Br + H2 → HBr + H                      73.6

      โดยทัวๆ ไปอาจจะสรุปเกี่ยวกับพลังงานก่อกัมมันต์ได้ดังนี้
              ่
      1. Ea คือพลังงานตำ่าที่สุดที่โมเลกุลของสารตั้งต้นจะต้องมี
เพื่อที่จะชนกันแล้วเกิดปฏิกิริยาได้เป็นผลิตภัณฑ์
      2. Ea ส่วนใหญ่เป็นพลังงานจลน์ ไม่เกี่ยวกับพลังงานสลาย
พันธะซึ่งเป็นพลังงานศักย์
      3. Ea ของปฏิกิริยาหนึ่งๆ จะมีค่าไม่เท่ากัน ค่านี้หาได้จาก
การทดลองและการคำานวณ
      4. Ea จะบอกให้ทราบถึงแนวโน้มของอัตราการเกิดปฏิกิริยา
ปฏิกิริยาที่มี Ea ตำ่าจะเกิดได้เร็วกว่าปฏิกิริยาที่มี Ea สูง
      5. Ea ไม่ เ กี่ ย วกั บ พลั ง งานของปฏิ กิริ ย า ไม่ เ กี่ ย วกั บ การดู ด
หรือคายความร้อนของปฏิกิริยา ปฏิกิริยาที่คายความร้อนอาจจะมี
Ea สูงหรือตำ่าก็ได้
      6. Ea ไม่ ขึ้ น กั บ อุ ณ หภู มิ ไม่ ว่ า อุ ณ หภู มิ สู ง หรื อ ตำ่า ค่ า Ea จะ
คงที่ ค่า Ea จะลดลงเมื่อมีการเติมตัวเร่งปฏิกิริยาลงไป
      เนื่องจากปฏิกิริยาจะเกิดขึ้นได้จะต้องพิจ ารณาทิศทางการ
ชนกันของโมเลกุลด้วย ดังเช่นในปฏิกิริยาระหว่าง H2O กับ CO
ได้เป็น H2 และ CO2 ดังที่ได้กล่าวมาแล้ว ถ้าโมเลกุลของสารตั้ง
ต้นชนกันในทิศทางเหมาะสม จะเกิดเป็นสารเชิงซ้อนที่ถูกกระตุ้น
และกลายเป็ นผลิ ตภั ณฑ์ใ นที่ สุด ในกรณี นี้ พ ลั ง งานกระตุ้ น จะตำ่า
แต่ถ้าชนกันไม่เหมาะสม ค่า Ea จะค่อนข้างสูง จึงไม่เกิดปฏิกิริยา
ดังในรูปที่ 7
รู ป ที่ 7 เปรี ย บเที ย บพลั ง งานก่ อ กั ม มั น ต์ มี ทิ ศ ทางการชน
เหมาะสม และไม่เหมาะสม

-----------------------------------------------------------------------
-----------------------------------------------

More Related Content

What's hot

อัตราการเกิดปฏิกิริยาเคมี
อัตราการเกิดปฏิกิริยาเคมีอัตราการเกิดปฏิกิริยาเคมี
อัตราการเกิดปฏิกิริยาเคมีchemnpk
 
เอกสารประกอบการเรียน เรื่อง อัตราการเกิดปฏิกิริยาเคมี
เอกสารประกอบการเรียน เรื่อง อัตราการเกิดปฏิกิริยาเคมีเอกสารประกอบการเรียน เรื่อง อัตราการเกิดปฏิกิริยาเคมี
เอกสารประกอบการเรียน เรื่อง อัตราการเกิดปฏิกิริยาเคมีพัน พัน
 
อัตราการเกิดปฎิกิริยาเคมี
อัตราการเกิดปฎิกิริยาเคมีอัตราการเกิดปฎิกิริยาเคมี
อัตราการเกิดปฎิกิริยาเคมีJirapakorn Buapunna
 
ปัจจัยที่มีผลต่ออัตราการเกิดปฏิกิริยา
ปัจจัยที่มีผลต่ออัตราการเกิดปฏิกิริยาปัจจัยที่มีผลต่ออัตราการเกิดปฏิกิริยา
ปัจจัยที่มีผลต่ออัตราการเกิดปฏิกิริยาManchai
 
บทที่ 7 สมดุลเคมี
บทที่ 7 สมดุลเคมีบทที่ 7 สมดุลเคมี
บทที่ 7 สมดุลเคมีoraneehussem
 
อัตราการเกิดปฏิกิริยาเคมี
อัตราการเกิดปฏิกิริยาเคมีอัตราการเกิดปฏิกิริยาเคมี
อัตราการเกิดปฏิกิริยาเคมีJariya Jaiyot
 
สมดุลเคมี
สมดุลเคมีสมดุลเคมี
สมดุลเคมีja1122
 
ปฏิบัติการทดลอง
ปฏิบัติการทดลอง ปฏิบัติการทดลอง
ปฏิบัติการทดลอง ืkanya pinyo
 
5 ปัจจัยที่มีผลต่ออัตราการเกิดปฏิกิริยาเคมี
5 ปัจจัยที่มีผลต่ออัตราการเกิดปฏิกิริยาเคมี5 ปัจจัยที่มีผลต่ออัตราการเกิดปฏิกิริยาเคมี
5 ปัจจัยที่มีผลต่ออัตราการเกิดปฏิกิริยาเคมีSircom Smarnbua
 
สมดุลเคมี
สมดุลเคมีสมดุลเคมี
สมดุลเคมีkamonmart
 
สมดุลเคมีในสิ่งแวดล้อม
สมดุลเคมีในสิ่งแวดล้อมสมดุลเคมีในสิ่งแวดล้อม
สมดุลเคมีในสิ่งแวดล้อมKittivut Tantivuttiki
 
สมดุลเคมี
สมดุลเคมีสมดุลเคมี
สมดุลเคมีGesika
 
เคมีพื้นบท2ปฏิกิริยาเคมี
เคมีพื้นบท2ปฏิกิริยาเคมีเคมีพื้นบท2ปฏิกิริยาเคมี
เคมีพื้นบท2ปฏิกิริยาเคมีWichai Likitponrak
 
1แผนที่2
1แผนที่21แผนที่2
1แผนที่2yaowaluk
 
สมดุลเคมี
สมดุลเคมีสมดุลเคมี
สมดุลเคมีgusuma
 
2 กฎอัตราและอันดับของปฏิกิริยา
2 กฎอัตราและอันดับของปฏิกิริยา2 กฎอัตราและอันดับของปฏิกิริยา
2 กฎอัตราและอันดับของปฏิกิริยาSircom Smarnbua
 

What's hot (20)

อัตราการเกิดปฏิกิริยาเคมี
อัตราการเกิดปฏิกิริยาเคมีอัตราการเกิดปฏิกิริยาเคมี
อัตราการเกิดปฏิกิริยาเคมี
 
เอกสารประกอบการเรียน เรื่อง อัตราการเกิดปฏิกิริยาเคมี
เอกสารประกอบการเรียน เรื่อง อัตราการเกิดปฏิกิริยาเคมีเอกสารประกอบการเรียน เรื่อง อัตราการเกิดปฏิกิริยาเคมี
เอกสารประกอบการเรียน เรื่อง อัตราการเกิดปฏิกิริยาเคมี
 
อัตราการเกิดปฎิกิริยาเคมี
อัตราการเกิดปฎิกิริยาเคมีอัตราการเกิดปฎิกิริยาเคมี
อัตราการเกิดปฎิกิริยาเคมี
 
อัตราการเกิดปฏิกิริยาเคมี (Rate of reaction
อัตราการเกิดปฏิกิริยาเคมี (Rate of reactionอัตราการเกิดปฏิกิริยาเคมี (Rate of reaction
อัตราการเกิดปฏิกิริยาเคมี (Rate of reaction
 
ปัจจัยที่มีผลต่ออัตราการเกิดปฏิกิริยา
ปัจจัยที่มีผลต่ออัตราการเกิดปฏิกิริยาปัจจัยที่มีผลต่ออัตราการเกิดปฏิกิริยา
ปัจจัยที่มีผลต่ออัตราการเกิดปฏิกิริยา
 
บทที่ 7 สมดุลเคมี
บทที่ 7 สมดุลเคมีบทที่ 7 สมดุลเคมี
บทที่ 7 สมดุลเคมี
 
อัตราการเกิดปฏิกิริยาเคมี
อัตราการเกิดปฏิกิริยาเคมีอัตราการเกิดปฏิกิริยาเคมี
อัตราการเกิดปฏิกิริยาเคมี
 
สมดุลเคมี
สมดุลเคมีสมดุลเคมี
สมดุลเคมี
 
Rate012
Rate012Rate012
Rate012
 
ปฏิบัติการทดลอง
ปฏิบัติการทดลอง ปฏิบัติการทดลอง
ปฏิบัติการทดลอง
 
5 ปัจจัยที่มีผลต่ออัตราการเกิดปฏิกิริยาเคมี
5 ปัจจัยที่มีผลต่ออัตราการเกิดปฏิกิริยาเคมี5 ปัจจัยที่มีผลต่ออัตราการเกิดปฏิกิริยาเคมี
5 ปัจจัยที่มีผลต่ออัตราการเกิดปฏิกิริยาเคมี
 
สมดุลเคมี
สมดุลเคมีสมดุลเคมี
สมดุลเคมี
 
สมดุลเคมีในสิ่งแวดล้อม
สมดุลเคมีในสิ่งแวดล้อมสมดุลเคมีในสิ่งแวดล้อม
สมดุลเคมีในสิ่งแวดล้อม
 
สมดุลเคมี
สมดุลเคมีสมดุลเคมี
สมดุลเคมี
 
เคมีพื้นบท2ปฏิกิริยาเคมี
เคมีพื้นบท2ปฏิกิริยาเคมีเคมีพื้นบท2ปฏิกิริยาเคมี
เคมีพื้นบท2ปฏิกิริยาเคมี
 
Rate
RateRate
Rate
 
1แผนที่2
1แผนที่21แผนที่2
1แผนที่2
 
สมดุลเคมี
สมดุลเคมีสมดุลเคมี
สมดุลเคมี
 
2 กฎอัตราและอันดับของปฏิกิริยา
2 กฎอัตราและอันดับของปฏิกิริยา2 กฎอัตราและอันดับของปฏิกิริยา
2 กฎอัตราและอันดับของปฏิกิริยา
 
Ppt
PptPpt
Ppt
 

Similar to ใบความแนวคิดการเกิดปฏิกิริยา

อัตราการเกิดปฏิกิริยา๘ มหิดล
อัตราการเกิดปฏิกิริยา๘ มหิดลอัตราการเกิดปฏิกิริยา๘ มหิดล
อัตราการเกิดปฏิกิริยา๘ มหิดลbuabun
 
Ch 03 nuclear chemistry
Ch 03 nuclear chemistryCh 03 nuclear chemistry
Ch 03 nuclear chemistrykruannchem
 
ปัจจัยบางประการที่มีผลต่อPhotosynthesis
ปัจจัยบางประการที่มีผลต่อPhotosynthesisปัจจัยบางประการที่มีผลต่อPhotosynthesis
ปัจจัยบางประการที่มีผลต่อPhotosynthesisAnana Anana
 
3210000000000000000
32100000000000000003210000000000000000
3210000000000000000Awirut619
 
ปฏิกิริยานิวเคลียร์
ปฏิกิริยานิวเคลียร์ปฏิกิริยานิวเคลียร์
ปฏิกิริยานิวเคลียร์girapong
 
รายงานเรียน
รายงานเรียนรายงานเรียน
รายงานเรียนtippawan61
 
จลนศาสตร์เคมี (Kinetics Chemistry)
จลนศาสตร์เคมี (Kinetics Chemistry)จลนศาสตร์เคมี (Kinetics Chemistry)
จลนศาสตร์เคมี (Kinetics Chemistry)Dr.Woravith Chansuvarn
 
สมดุล
สมดุลสมดุล
สมดุลMuk52
 
ปริมาณสารสัมพันธ์
ปริมาณสารสัมพันธ์ปริมาณสารสัมพันธ์
ปริมาณสารสัมพันธ์Nanmoer Tunteng
 
กมลชนก
กมลชนกกมลชนก
กมลชนกBlovely123
 
สุปราณี ม.5
สุปราณี  ม.5สุปราณี  ม.5
สุปราณี ม.5bee255taiy
 
กมลชนก
กมลชนกกมลชนก
กมลชนกkamon369
 
อดิศักดิ์
อดิศักดิ์อดิศักดิ์
อดิศักดิ์adiak11
 
อดิศักดิ์
อดิศักดิ์อดิศักดิ์
อดิศักดิ์adiak11
 
จลนศาสตร์เคมีและสมดุลเคมี
จลนศาสตร์เคมีและสมดุลเคมีจลนศาสตร์เคมีและสมดุลเคมี
จลนศาสตร์เคมีและสมดุลเคมีnn ning
 

Similar to ใบความแนวคิดการเกิดปฏิกิริยา (20)

อัตราการเกิดปฏิกิริยา๘ มหิดล
อัตราการเกิดปฏิกิริยา๘ มหิดลอัตราการเกิดปฏิกิริยา๘ มหิดล
อัตราการเกิดปฏิกิริยา๘ มหิดล
 
Sheet rate
Sheet rateSheet rate
Sheet rate
 
Ch 03 nuclear chemistry
Ch 03 nuclear chemistryCh 03 nuclear chemistry
Ch 03 nuclear chemistry
 
Rate
RateRate
Rate
 
Punmanee study 3
Punmanee study 3Punmanee study 3
Punmanee study 3
 
ปัจจัยบางประการที่มีผลต่อPhotosynthesis
ปัจจัยบางประการที่มีผลต่อPhotosynthesisปัจจัยบางประการที่มีผลต่อPhotosynthesis
ปัจจัยบางประการที่มีผลต่อPhotosynthesis
 
3210000000000000000
32100000000000000003210000000000000000
3210000000000000000
 
ปฏิกิริยานิวเคลียร์
ปฏิกิริยานิวเคลียร์ปฏิกิริยานิวเคลียร์
ปฏิกิริยานิวเคลียร์
 
heat
heatheat
heat
 
Rate3
Rate3Rate3
Rate3
 
รายงานเรียน
รายงานเรียนรายงานเรียน
รายงานเรียน
 
จลนศาสตร์เคมี (Kinetics Chemistry)
จลนศาสตร์เคมี (Kinetics Chemistry)จลนศาสตร์เคมี (Kinetics Chemistry)
จลนศาสตร์เคมี (Kinetics Chemistry)
 
สมดุล
สมดุลสมดุล
สมดุล
 
ปริมาณสารสัมพันธ์
ปริมาณสารสัมพันธ์ปริมาณสารสัมพันธ์
ปริมาณสารสัมพันธ์
 
กมลชนก
กมลชนกกมลชนก
กมลชนก
 
สุปราณี ม.5
สุปราณี  ม.5สุปราณี  ม.5
สุปราณี ม.5
 
กมลชนก
กมลชนกกมลชนก
กมลชนก
 
อดิศักดิ์
อดิศักดิ์อดิศักดิ์
อดิศักดิ์
 
อดิศักดิ์
อดิศักดิ์อดิศักดิ์
อดิศักดิ์
 
จลนศาสตร์เคมีและสมดุลเคมี
จลนศาสตร์เคมีและสมดุลเคมีจลนศาสตร์เคมีและสมดุลเคมี
จลนศาสตร์เคมีและสมดุลเคมี
 

ใบความแนวคิดการเกิดปฏิกิริยา

  • 1. ใบความรู้ที่ ٢ เรื่อง แนวคิดเกี่ยวกับการเกิดปฏิกิริยาเคมีและ พลังงานกับการดำาเนินไปของปฏิกิริยา *********************************************** ********* ครูศักดิ์อนันต์ อนันตสุข 1. แนวคิดเกี่ยวกับการเกิดปฏิกิริยาเคมี ปฏิกิริยาเคมีหนึ่งๆ จะเกิดได้หรือไม่ เกิดขึ้นได้อย่างไร เกิด เร็ ว หรื อช้ า ได้ อย่า งไร นอกจากจะทราบจากการทดลองแล้ ว ยั ง สามารถทราบได้จากการใช้ทฤษฎีอ ธิบ ายอัตราการเกิ ดปฏิกิริย า เช่น ทฤษฎีการชน และทฤษฎีทรานสิชันสเตต เป็นต้น ทฤษฎีดัง กล่าวจะอธิบายให้ทราบว่าการที่ปฏิกิริยาจะเกิดขึ้นได้ต้องมีสภาวะ อย่ า งไร และเมื่ อ มี ป ฏิ กิ ริ ย าเกิ ด ขึ้ น แล้ ว การเพิ่ ม ความเข้ ม ข้ น อุณหภูมิ ทำาให้เกิดเร็วขึ้น เป็นเพราะเหตุใด ทฤษฎีการชนกันของก๊าซ (collision theory of gases) นั ก วิ ท ยาศาสตร์ เ ชื่ อ ว่ า “ปฏิ กิ ริ ย าเคมี เ กิ ด ขึ้ น ได้ เมื่ อ อนุ ภ าคของสารตั้ ง ต้ น เข้ า มาชนกั น ” อนุ ภ าคดั ง กล่ า วอาจจะ เป็ น โมเลกุ ล อะตอมหรื อ ไอออนก็ ไ ด้ อย่ า งไรก็ ต ามไม่ ไ ด้ หมายความว่า การชนกันทุกครั้งจะต้องเกิดปฏิกิริยายังต้องอาศัย ปั จ จั ย อื่ น ๆ เช่ น พลั ง งานก่ อ กั ม มั น ต์ และทิ ศ ทางของการชน ประกอบด้วย กล่าวได้ว่า การชนกันบางโอกาสเท่านั้นที่ทำาให้เกิด ปฏิกิริยาได้ ดังนั้นอัตราการชนจึงสูงกว่าอัตราการเกิดปฏิกิริยา ตัวอย่าง เช่น ก๊าซ H2 1 โมล (6.02 x 1023 โมเลกุล) บรรจุ อยู่ในภาชนะที่มีก๊าซ O2 1 โมล (6.02 x 1023 โมเลกุล)อัตราการ ชนกันระหว่างโมเลกุลของ H2 และ O2 จะมีค่ามากกว่า 1030 ครั้ง ต่อวินาที จะพบว่าไม่มีปฏิกิริยาเกิดขึ้น แต่ถ้านำา ก๊าซ NO 1 โมล บรรจุ ล งในภาชนะที่ มี ก๊ า ซ O2 1 โมลจะพบว่ า มี อั ต ราการชน มากกว่า 1030 ครั้งต่อวินาที เช่นเดียวกัน แต่สามารถเกิดปฏิกิริยา ได้ เ ป็ น NO2 แสดงให้ เ ห็ น ว่ า ในบางกรณี ถึ ง แม้ อ นุ ภ าคจะชนกั น มากเพียงใดก็ยังไม่มีปฏิกิริยาเกิดขึ้น แต่บางกรณีปฏิกิริยาจะเกิด ขึ้นได้อย่างรวดเร็ว ทฤษฎี ที่ ใ ช้ อ ธิ บ ายการเกิ ด ปฏิ กิ ริ ย าดั ง กล่ า วนี้ เรี ย กว่ า ทฤษฎีการชนกันของก๊าซ พลังงานก่อกัมมันต์ (Activation energy)
  • 2. ตามหลั ก ของทฤษฎี จ ลน์ ที่ อุ ณ หภู มิ ห นึ่ ง ๆ โมเลกุ ล หรื อ อะตอมของก๊ า ซทุ ก ชนิ ด จะมี พ ลั ง งานจลน์ เ ฉลี่ ย เท่ า กั น และมี ความเร็วเท่ากับความเร็วเฉลี่ย แต่ในสภาพความเป็นจริง โมเลกุล ของก๊าซจะเคลื่อนที่ด้วยความเร็วต่างๆ กัน แม้ว่าจะเป็นโมเลกุล ชนิดเดียวกัน บางกลุ่มอาจจะเคลื่อ นที่ ด้วยความเร็วตำ่า มาก บาง กลุ่มอาจจะสูงมาก หรือบางโมเลกุลมีการชนกันแล้วทำาให้หยุดนิ่ง ก า ร ที่ โ ม เ ล กุ ล เ ห ล่ า นี้ เ ค ลื่ อ น ที่ ไ ด้ เ ร็ ว ไ ม่ เ ท่ า กั น ทำา ใ ห้ มี พลังงานจลน์ในตัวแตกต่างกัน พวกโมเลกุลที่เคลื่อนที่ช้าลงจะมี พลังงานจลน์ในตัวตำ่า และพวกที่ที่เคลื่อนที่เร็ว จะมีพลังงานจลน์ ในตัวสูง เมื่อโมเลกุลเหล่านี้เคลื่อนที่ตลอดเวลาและชนกันจะทำาให้มี การเปลี่ยนแปลงพลังงานเกิดขึ้น อาจจะมีการถ่ายเทพลังงานจาก โมเลกุ ล หนึ่ ง ไปยั ง อี ก โมเลกุ ล หนึ่ ง ถ้ า โมเลกุ ล ที่ ช นกั น นั้ น มี พลั ง งานจลน์ สู ง พลั ง งานที่ ไ ด้ จ ากการชนก็ จ ะมี ค่ า สู ง และถ้ า พลั ง งานนั้ น สู ง มากพอจะทำา ให้ เ กิ ดการสลายพั น ธะในสารตั้ ง ต้ น ทำา ใ ห้ มี โ อ ก า ส ส ร้ า ง พั น ธ ะ ใ ห ม่ เ กิ ด เ ป็ น ผ ลิ ต ภั ณ ฑ์ ไ ด้ ซึ่ ง หมายความว่า ในกรณีของการชนกันดังกล่าวจะทำา ให้มีปฏิกิริยา เคมีเกิดขึ้น แต่ในทางตรงกันข้าม เนื่องจากโมเลกุลทั้งหมดไม่ได้ มี พ ลั ง งานจลน์ สู ง มากพอ บางโมเลกุ ล อาจจะมี พ ลั ง งานตำ่า มาก เมื่อโมเลกุลเหล่านี้มาชนกันพลังงานที่ได้จากการชนกันจะมีค่าไม่ สูงพอ ทำาให้ไม่สามารถสลายพันธะของสารตั้งต้น ดังนั้นปฏิกิริยา จึงไม่เกิดขึ้น นั่นคือ การชนกันของโมเลกุลที่พลังงานตำ่าปฏิกิริยา เคมีจะไม่เกิดขึ้น “พลังงานของโมเลกุลที่ชนกันแล้ว ทำา ให้มี ปฏิกิริยาเกิดขึ้นได้อย่างน้อยจะต้องมีค่าเท่ากับพลังงานค่า หนึ่ง เรียกว่า ก่อกัมมันต์หรือพลังงานกระตุ้น” ถ้าโมเลกุลที่ เข้ า มาชนกั น มี พลัง งานเท่ า กั บ หรื อ มากกว่ า พลั งงานก่ อ กั ม มั น ต์ การชนกันนั้นจะทำา ให้เกิดปฏิกิริยาเคมีได้ แต่ถ้าโมเลกุลที่เข้ามา ชนกัน มีพลังงานน้อยกว่าพลังงานก่อกัมมันต์ การชนกันนั้นจะไม่ เกิดปฏิกิริยาเคมี เมื่ อ โมเลกุ ล ที่ มี พ ลั ง งานในตั ว สู ง กว่ า พลั ง งานพลั ง งาน กระตุ้นเข้ามาชนกัน จะก่อให้เกิดการสลายพันธะภายในโมเลกุล นั้น ในขณะเดียวกันจะเกิดการสร้างพันธะขึ้นใหม่พร้อมๆ กัน ก่อ ให้ เ กิ ด สารประกอบเชิ ง ซ้ อ นที่ มี ทั้ ง การสลายและสร้ า งพั น ธะขึ้ น เรียกสารนี้ว่า สารเชิงซ้อนที่ถูกกระตุ้น (activated complex) สาร เชิงซ้อนที่ถูกกระตุ้นจะมีพลังงานในตัวสูงกว่าโมเลกุลเดิมทำา ให้
  • 3. อยู่ในสภาวะที่ไม่เสถียร อาจจะเกิดการเปลี่ยนแปลงต่อไปกลาย เป็นผลิตภัณฑ์หรืออาจจะกลับคืนเป็นสารเดิมก็ได้ เช่ น ในปฏิ กิ ริ ย า A2 + B2 → 2AB สามารถแสดงสาร เชิงซ้อนที่ถูกกระตุ้นได้ดังนี้ ทิศทางการชนกันของโมเลกุล ถึ ง แม้ ว่ า โมเลกุ ล ที่ เ ข้ า มาชนกั น จะมี พ ลั ง งานในตั ว สู ง มากกว่า พลังงานก่อกัมมันต์ และชนกันอย่างแรง อาจจะไม่เกิด ปฏิกิริยาก็ได้ถ้าทิศทางของการชนกัน หรือตำาแหน่งการจัดตัวของ โมเลกุลที่ เข้ าชนกั นไม่เ หมาะสม หมายความว่า ปฏิกิริยาเคมีจ ะ เกิดขึ้นได้นั้นต้องขึ้นอยู่กับทิศทางการชนกั นด้ วย โดยที่ทิ ศทาง ของการชนมีส่วนสัมพันธ์กับพลังงานก่อกัมมันต์ของปฏิกิริยา ถ้า ทิศทางของการชนเหมาะสม พลังงานก่อกัมมันต์ของปฏิกิริยาจะ ตำ่ากว่าในกรณีที่ทิศทางของการชนไม่เหมาะสม ซึ่งเป็นผลให้เกิด ปฏิกิริยาได้ง่ายกว่า ตั ว อย่ า งเช่ น ปฏิ กิ ริ ย าระหว่ า ง H2O (g) กั บ CO (g) ได้ ผลิตภัณฑ์เป็น H2 (g) และ CO (g) ตามสมการ H2O (g) + CO (g) → H2 (g) + CO2 (g) นอกจากการที่โ มเลกุ ล ของ H2O ที่มี พลังงานสู ง มาชนกั บ โมเลกุลของ CO ที่มีพลังงานสูงแล้ว โมเลกุลทั้ง 2 จะต้องมีการ จั ด ตั ว ให้ ถู ก ทิ ศ ทางด้ ว ย โมเลกุ ล อาจจะชนกั น ในลั ก ษณะต่ า งๆ ดังนี้
  • 4. การชนกันในแบบที่ I ออกซิเจนใน H2O ชนกับคาร์บอน ใน CO ซึ่ ง ถ้ า มี พ ลั ง งานสู ง พอจะได้ เ ป็ น CO2 และ H2 แสดงว่ า ทิศทางของการชนเหมาะสม สามารถเกิดปฏิกิริยาได้ การชนกันในแบบที่ II ออกซิเจนใน H2O และใน CO ชน กัน ซึ่งเป็นทิศทางของการชนที่ไม่เหมาะสม ถึงแม้วาจะมีพลังงาน ่ สูงก็จะไม่เกิดปฏิกิริยา ไม่ได้ CO2 และ H2 การชนกั น ในแ บบ ที่ III ไฮโดรเจ นใน H2O ชนกั บ คาร์ บ อนใน CO ซึ่ ง ก็ เ ป็ น ทิ ศ ทางการชนที่ ไ ม่ เ หมาะสมเช่ น เดียวกัน ดังนั้นการชนแบบนี้จะไม่มีปฏิกิริยาเกิดขึ้น พิจารณาตัวอย่างทิศทางการชนที่เหมาะสมของปฏิกิริยา CO2 + H2O → H2CO3 + HCO3- + H+ ก๊าซ CO2 และ H2O อาจจะชนกันได้หลายแบบ ดังในรูป CO2 + H 2O → H2CO3 + HCO3- + H+
  • 5. รูปที่ 2 ทิศทางการชนกันของ CO2 และ H2O เฉพาะการชนกันในรูป (a) เท่านั้น ถ้าพลังงานของโมเลกุล สูงมากพอ จะทำาให้เกิดปฏิกิริยาเคมีได้ เนื่องจากมีทิศทางการชน ที่เหมาะสม สำา หรับการชนแบบอื่นๆ ถึงแม้ว่าจะมีพลังงานสูงก็ไม่ เกิดปฏิกิริยา เพราะทิศทางการชนไม่เหมาะสม การอธิบายเกี่ยวกับการเกิดปฏิกิริยาเคมีจึงสามารถสรุปได้ว่า “ปฏิกิริยาเคมีจะเกิดขึ้นได้เมื่ออนุภาคของสารตั้งต้นเข้ามา ชนกัน อนุภาคที่เข้ามาชนกันนี้จะต้องมีพลังงานในตัว อย่าง น้อยเท่ากับพลังงานก่อกัมมันต์ และจะต้องชนกันในทิศทาง ที่ เหมาะสม” ซึ่ งเป็นเหตุ ผลที่ ใ ช้ อ ธิ บ ายว่า ทำา ไมการชนกั น บาง ครั้งเท่านั้น จึงเกิดปฏิกิริยา โมเลกุลส่วนหนึ่ง จะมีพลังงานน้อย กว่ า พลัง งาน ก่ อกั ม มั น ต์ ซึ่ ง เมื่ อ ชนกั น จะไม่ เ กิ ดปฏิ กิริ ย า และ โมเลกุลที่มีพลังงานมากกว่าพลังงานก่อกัมมันต์ ถ้าชนกันไม่ถูก ทิ ศ ทางก็ จ ะไม่ เ กิ ด ปฏิ กิ ริ ย าเช่ น เดี ย วกั น ดั ง นั้ น อั ต ราการเกิ ด ปฏิกิริยาจึงต้องมีค่าน้อยกว่าอัตราการชนกันของโมเลกุล สำาหรับการที่จะอธิบายว่าปฏิกิริยาเคมีหนึ่ง ๆ มีอัตราการเกิด ปฏิกิริยาสูงหรือตำ่าต้องอาศัยปัจจัย 2 อย่าง คือ 1. จำานวนอนุภาคที่มีพลังงานสูง 2. ค่าพลังงานก่อกัมมันต์ของปฏิกิริยา การที่ปฏิกิริยาเกิดช้าเป็นเพราะปฏิกิริยานั้นมีพลังงานก่อกัม มันต์สูง ซึ่งอนุภาคที่จะชนกันแล้วทำา ให้เกิดพลังงานเท่ากับ หรือ มากกว่าพลังงานก่อกัมมันต์ จะต้องเป็นอนุภาคที่มีพลังงานสูงมาก ซึ่งที่อุณหภูมิปกติอนุภาคที่มีพลังงานสูงๆ เหล่านี้จะมีจำานวนน้อย จึงเป็นผลให้อัตราการเกิดปฏิกิริยาตำ่า
  • 6. ดังนั้น ปฏิกิริยาที่เ กิดเร็ วจะต้ องมีค่าพลังงานก่ อกั มมั นต์ ตำ่า และมี จำา นวนอนุ ภ าค ที่ มี พ ลั ง งานสู ง อยู่ ม าก ในทำา นองกลั บ กั น ปฏิกิริยาจะเกิดช้าถ้ามีพลังงานก่อกัมมันต์สูง และมีจำานวนอนุภาค ที่มีพลังงานสูงอยู่น้อย โดยทั่วๆ ไปพลังงานก่อกัมมันต์กับจำานวน โมเลกุลทีมีพลังงานสูง จะมีส่วนสัมพันธ์กัน ในปฏิกิริยาที่มีพลังงา นก่อกัมมันต์ตำ่า จะมีโมเลกุลที่มีพลังงานสูงๆ เมื่อเทียบกับพลังงา นก่อกัมมันต์จำานวนมาก ในขณะที่ปฏิกิริยาที่มีพลังงานก่อกัมมันต์ สูง จะมีโมเลกุลทีมีพลังงานสูงๆ อยู่น้อย ่ รูปที่ 3 เปรียบเทียบการเล่นบาสเกตบอลกับการเกิดปฏิกิริยาเคมี ภาพ a แสดงให้เห็นว่าพลังงานยังไม่พอ ในแง่ของการเกิด ปฏิ กิ ริ ย าก็ คื อ พลั ง งานไม่ ถึ ง พลั ง งานก่ อ กั ม มั น ต์ ทำา ให้ ไ ม่ เ กิ ด ปฏิกิริยา ภาพ b พลังงานที่ใช้ มากเกิน พอ ไม่ เหมาะสม ในแง่ข อง การเกิดปฏิกิริยาเคมีก็คือ พลังงานสูงกว่า พลังงานก่อกัมมันต์ แต่ ทิศทางของการชนไม่เหมาะสม ทำาให้ไม่เกิดปฏิกิริยา ภาพ c แสดงให้เห็นถึงพลังงานพอและทิศทางถูกต้อง ใน แง่ ของการเกิดปฏิ กิ ริ ย าเคมี ก็คือ พลั ง งานสู ง พอและมี ทิ ศทางที่ เหมาะสม ทำาให้เกิดปฏิกิริยาเคมี ----------------------------------------------------------------------- --------------------------------------------
  • 7. 2. พลังงานกับการดำาเนินไปของปฏิกิริยา เนื่ อ งจากการเกิ ด ปฏิ กิ ริ ย าเคมี จะต้ อ งมี พ ลั ง งานเข้ า มา เกี่ยวข้องด้วย ถ้าเป็นปฏิกิริยาของสารประกอบโคเวเลนต์จะมีการ สลายพันธะของสารตั้งต้น และมีการสร้างพันธะของสารผลิตภัณฑ์ ขึ้ น ถ้า พลั ง งานที่ ใ ช้ ใ นการสลายพั น ธะทั้ ง หมดรวมกั น แล้ ว มี ค่ า ม า ก ก ว่ า พ ลั ง ง า น ที่ ไ ด้ จ า ก ก า ร เ กิ ด พั น ธ ะ ใ ห ม่ ร ว ม กั น ก า ร เปลี่ยนแปลงนั้นจะเป็นประเภทดู ดความร้ อ น ในทางตรงกั น ข้ า ม ถ้ า พลั ง งานที่ ใ ช้ ใ นการสลายพั น ธะทั้ ง หมดรวมกั น มี ค่ า น้ อ ยกว่ า พ ลั ง ง า น ที่ เ กิ ด ขึ้ น เ นื่ อ ง จ า ก ก า ร ส ร้ า ง พั น ธ ะ ร ว ม กั น ก า ร เปลียนแปลงนั้นก็จะเป็นประเภทคายความร้อน ่ ในแง่ ข องพลั ง งานของโมเลกุ ล ถ้ า สารที่ เ ป็ น ผลิ ต ภั ณ ฑ์ มี พลังงานตำ่ากว่าสารตั้งต้น ปฏิกิริยานั้นจะเป็นประเภทคายพลังงาน แต่ถ้าสารที่เป็นผลิตภัณฑ์มีพลังงานสูงกว่าสารตังต้น ปฏิกิริยานั้น จะเป็นประเภทดูดพลังงาน การดำา เนิน ไปของปฏิ กิริ ยาในแง่ข องพลัง งานของโมเลกุ ล เมื่ อ โมเลกุ ล ของก๊ า ซมาชนกั น จนกระทั่ ง กลายเป็ น ผลิ ต ภั ณ ฑ์ สามารถจะแสดงให้ เ ห็ น ได้ โ ดยอาศั ย กราฟแสดงความสั ม พั น ธ์ ระหว่างพลังงานของสารตั้งต้น พลังงานก่อกัมมันต์ของปฏิกิริยา และพลังงานของผลิตภัณฑ์ดังนี้ ก. กราฟระหว่าง NO2 กับ CO ซึ่งเป็นประเภทคายความ ร้อน NO2 (g) + CO (g) → NO (g) + CO2 (g) + 234 kJ เขี ย นกราฟแสดงความสั ม พั น ธ์ ร ะหว่ า งพลั ง งานกั บ การ ดำาเนินไปของปฏิกิริยาได้ดังนี้ รูปที่ 4 การเปลียนแปลงพลังงานของปฏิกิริยา NO2 (g) + CO ่ (g) → NO (g) + CO2 (g) E1 คือพลังงานของสารตั้งต้น
  • 8. E3 คือพลังงานของสารผลิตภัณฑ์ Ea คือพลังงานก่อกัมมันต์ ซึ่งเป็นผลต่างระหว่าง E2 กับ E1 ∆ E คือ พลังงานของปฏิกิริยา ซึ่งเป็นผลต่างระหว่าง E3 กับ E1 ในปฏิกิริยาดังกล่าวนี้ ∆ E = -234 kJ Ea = 66.9 kJ ข. ปฏิ กิ ริ ย า 2HI (g) H2 (g) + I2 (g) ซึ่ ง เป็ น ปฏิกิริยาประเภทดูดความร้อน รูปที่ 5 การเปลี่ยนแปลงพลังงานของปฏิกิริยา 2HI (g) H2 (g) + I2 (g) เมื่ อ สารตั้ ง ต้ น (HI) ซึ่ ง มี พ ลั ง งาน E1 ชนกั น จนทำา ให้ มี พลังงานสูงขึ้นเป็น E2 ซึ่งจะกลายไปเป็นผลิตภัณฑ์ (H2 + I2) ที่ มีพลังงาน E3 E3 มีค่ามากกว่า E1 ดังนั้นจึงเป็นการเปลี่ยนแปลงประเภท ดูดความร้อน โดยมีพลังงานของปฏิกิริยา หรือพลังงานที่ระบบดูด เข้าไปเท่ากับ ∆ E ∆E = E3 - E1 Ea = E2 - E1 ในกรณีที่เป็นการเปลี่ยนแปลงประเภทผันกลับได้ คือ มีทั้ง ปฏิกิริยาไปข้างหน้า และปฏิกิริยาย้อนกลับ จะมีทั้งพลังงานก่อกัม มั น ต์ ข องปฏิ กิ ริ ย าไปข้ า งหน้ า (Eaf) และของปฏิ กิ ริ ย าย้ อ นกลั บ (Ear) ตัวอย่างเช่น ปฏิกิริยาคายความร้อน A B จะมีกราฟ แสดงการดำาเนินไปของปฏิกิริยาดังนี้
  • 9. รูปที่ 6 การเปลียนแปลงประเภทคายความร้อน ่ พลั ง งานของปฏิ กิ ริ ย า ( ∆ E) นอกจากจะพิ จ ารณาจาก พลั ง งานของสารตั้ ง ต้ น และพลั ง งานของผลิ ต ภั ณ ฑ์ แ ล้ ว ยั ง สามารถหาได้จากพลังงานกระตุ้น ∆ E = E (ผลิตภัณฑ์) - E (สารตั้งต้น) = E3 - E1 หรือ ∆ E = Eaf - Ear ถ้า Eaf > Ear จะเป็นปฏิกิริยาดูดความร้อน Eaf < Ear จะเป็นปฏิกิริยาคายความร้อน อย่างไรก็ตาม ∆ E = Eaf - Ear ใช้ได้กับปฏิกิริยาที่ผัน กลั บ เท่ า นั้ น ปฏิ กิ ริ ย าที่ เ กิ ด แบบสมบู ร ณ์ จ ะมี แ ต่ ป ฏิ กิ ริ ย าไปข้ า ง หน้า หรือมีแต่ Eaf ดังนั้นจะใช้ความสัมพันธ์ดังกล่าวไม่ได้ พลังงานก่อกัมมันต์( Ea) กับอัตราการเกิดปฏิกิริยา ค่า Ea สามารถใช้เปรียบเทียบอัตราการเกิดปฏิกิริยาได้โดย “ปฏิ กิ ริ ย าที่ มี ค่ า Ea ตำ่า จะเกิ ด ได้ เ ร็ ว กว่ า ปฏิ กิ ริ ย าที่ มี Ea สูง” เช่น 2H2 (g) + O2 (g) → 2H2O (g) มี Ea สู ง มาก ทำาให้เกิดปฏิกิริยาช้ามากจนสังเกตไม่ได้ แต่ปฏิกิริยา 2NO (g) + O2 (g) → 2NO2 (g) เกิดเร็วมากเพราะมี Ea ตำ่า อย่างไรก็ตามปฏิกิริยาที่มีค่า Ea ตำ่า อย่างน้อยที่สุดค่า Ea จะ ต้องเท่ากับพลังงานของสารตั้งต้น ค่า Ea ของปฏิกิริยาแต่ละชนิด จะน้อยกว่าพลังงานของสารตั้งต้นไม่ได้ ค่า Ea เป็นค่าเฉพาะตั ว ของปฏิกิริยาหนึ่งๆ ไม่ขึ้นกับอุณหภูมิ ค่า Ea ของปฏิกิริยาต่างชนิด กันจะมีค่าไม่เท่ากัน ดังแสดงในตารางที่ 1
  • 10. ตารางที่ 1 พลังงานก่อกัมมันต์ของปฏิกิริยาเคมีบางชนิด (ทุกตัว อยูในภาวะก๊าซ) ่ ปฏิกิริยา Ea (kJ) H2 + I2 → 2HI 167.2 2HI → H2 + I2 183.9 NO + O3 → NO2 + O2 10.5 Cl2 + H2 → HCl + H 23.0 Br + H2 → HBr + H 73.6 โดยทัวๆ ไปอาจจะสรุปเกี่ยวกับพลังงานก่อกัมมันต์ได้ดังนี้ ่ 1. Ea คือพลังงานตำ่าที่สุดที่โมเลกุลของสารตั้งต้นจะต้องมี เพื่อที่จะชนกันแล้วเกิดปฏิกิริยาได้เป็นผลิตภัณฑ์ 2. Ea ส่วนใหญ่เป็นพลังงานจลน์ ไม่เกี่ยวกับพลังงานสลาย พันธะซึ่งเป็นพลังงานศักย์ 3. Ea ของปฏิกิริยาหนึ่งๆ จะมีค่าไม่เท่ากัน ค่านี้หาได้จาก การทดลองและการคำานวณ 4. Ea จะบอกให้ทราบถึงแนวโน้มของอัตราการเกิดปฏิกิริยา ปฏิกิริยาที่มี Ea ตำ่าจะเกิดได้เร็วกว่าปฏิกิริยาที่มี Ea สูง 5. Ea ไม่ เ กี่ ย วกั บ พลั ง งานของปฏิ กิริ ย า ไม่ เ กี่ ย วกั บ การดู ด หรือคายความร้อนของปฏิกิริยา ปฏิกิริยาที่คายความร้อนอาจจะมี Ea สูงหรือตำ่าก็ได้ 6. Ea ไม่ ขึ้ น กั บ อุ ณ หภู มิ ไม่ ว่ า อุ ณ หภู มิ สู ง หรื อ ตำ่า ค่ า Ea จะ คงที่ ค่า Ea จะลดลงเมื่อมีการเติมตัวเร่งปฏิกิริยาลงไป เนื่องจากปฏิกิริยาจะเกิดขึ้นได้จะต้องพิจ ารณาทิศทางการ ชนกันของโมเลกุลด้วย ดังเช่นในปฏิกิริยาระหว่าง H2O กับ CO ได้เป็น H2 และ CO2 ดังที่ได้กล่าวมาแล้ว ถ้าโมเลกุลของสารตั้ง ต้นชนกันในทิศทางเหมาะสม จะเกิดเป็นสารเชิงซ้อนที่ถูกกระตุ้น และกลายเป็ นผลิ ตภั ณฑ์ใ นที่ สุด ในกรณี นี้ พ ลั ง งานกระตุ้ น จะตำ่า แต่ถ้าชนกันไม่เหมาะสม ค่า Ea จะค่อนข้างสูง จึงไม่เกิดปฏิกิริยา ดังในรูปที่ 7
  • 11. รู ป ที่ 7 เปรี ย บเที ย บพลั ง งานก่ อ กั ม มั น ต์ มี ทิ ศ ทางการชน เหมาะสม และไม่เหมาะสม ----------------------------------------------------------------------- -----------------------------------------------