อัตราเร็วของการเกิดปฏิกิริยาเคมี  (Rate of chemical reaction , R,r)
ตอนที่ 2 พลังงานกับการดำเนินไปของปฏิกิริยา
            การเกิดปฏิกิริยาเคมีต่าง ๆ ต้องเกี่ยวข้องกับพลังงานอยู่เสมอ  จำแนกเป็น   2   ขั้นตอน ดังนี้

ขั้นที่ 1   ดูดพลังงานเข้าไปเพื่อสลายพันธะในสารตั้งต้น  ( ในที่นี้ใช้สัญลักษณ์  H₁)  กำหนดให้ใช้เครื่องหมายบวก
 ( + )    แสดงการดูดพลังงาน  พลังงานส่วนนี้เรียกว่าพลังงานก่อกัมมันต์   หรือพลังงานกระตุ้น  ( Activation energy , Ea)  ของปฏิกิริยา  โดยแต่ละปฏิกิริยาจะมีค่า  Ea  เฉพาะตัว   และค่า  Ea  เป็นตัวบ่งชี้ว่าปฏิกิริยาจะเกิดง่ายหรือยาก   กล่าวคือปฏิกิริยาที่มีค่า  Ea  ต่ำจะเป็นปฏิกิริยาที่เกิดได้ง่าย   จึงทำให้มีอัตราเร็วของปฏิกิริยาสูง  ในทางกลับกันปฏิกิริยาใดมีค่า  Ea  สูง  ปฏิกิริยานั้นจะเกิดยาก  จึงทำให้มีอัตราเร็วของปฏิกิริยาต่ำ  
                   
             ปัจจัยที่ทำให้ค่า  Ea  ลดลงได้คือตัวเร่ง (catalyst) เท่านั้น  ปัจจัยอื่นเช่นอุณหภูมิ  ความดัน  ความเข้มข้น  ไม่ทำให้ค่า  Ea  ของปฏิกิริยาลดลง

ขั้นที่  2  คายพลังงานออกมาเมื่อมีการสร้างพันธะในผลิตภัณฑ์  ( ในที่นี้ใช้สัญลักษณ์  H₂)  กำหนดให้ใช้เครื่องหมายลบ ( - ) แสดงการคายพลังงาน

           ผลต่างของพลังงานขั้นที่ 1 กับ 2  เรียกว่าพลังงานของปฏิกิริยา  (ΔH)  หรือ  Enthalpy

                             ΔH     =  H₁  +  H₂

ตัวอย่าง    กำหนดพลังงานพันธะ  ดังนี้
     A-A  =  10  kJ/mol              B-B  =  20  kJ/mol                A-B  =  30  kJ/mol
จงคำนวณหาพลังงานที่เกี่ยวข้องในปฏิกิริยาต่อไปนี้
     A₂(g)       +  B₂(g)             →   2AB(g) 
     A-A         +  B-B               →   2(A-B)
 10 kJ/mol + 20  kJ/mol     →    2(30)  kJ/mol
                           30  kJ/mol                    60  kJ/mol
แสดงเครื่องหมาย    +30  kJ/mol                 -60  kJ/mol                     

                        ΔH            =   H₁  +  H₂
                                        =  +30  kJ/mol  + (-60  kJ/mol)      
                                        =  - 30  kJ/mol  ตอบ.

***  ให้สังเกตที่พลังงาน  3  ค่า  คือ

              ค่าที่  1;  +30  kJ/mol  เป็นพลังงานที่ดูดเข้าไปเพื่อสลายพันธะในสารตั้งต้น  พลังงานนี้ก็คือค่า  Ea  ของปฏิกิริยา  พลังงานนี้จะมากหรือน้อยขึ้นอยู่กับความแข็งแรงของพันธะ  ถ้าพันธะแข็งแรงมากพลังงานนี้ก็มาก  หรือที่เรียกว่ามีค่า  Ea  สูง ทำให้ปฏิกิริยาเกิดได้ยาก

              ค่าที่  2;  -60  kJ/mol  เป็นพลังงานที่คายออกมาเมื่อสร้างพันธะในผลิตภัณฑ์
              ค่าที่ 3 ;  -30 kJ/mol  เป็นพลังงานของปฏิกิริยา  หรือ  enthalpy , ΔH

                         พลังงานของปฏิกิริยามี    2  แบบ  คือ

1. ปฏิกิริยาดูดความร้อน ( Endothermic reaction)  ΔH  มีค่าเป็น  +  เกิดจากพลังงานที่ดูดพลังงานเข้าไปเพื่อใช้สลายพันธะในสารตั้งต้นมากกว่าที่คายออกมาเพื่อสร้างพันธะในผลิตภัณฑ์   หรือ  H₁ > H₂  มีผลให้สารผลิตภัณฑ์จะมีพลังงานสูงกว่าสารตั้งต้น   ความเสถียรของผลิตภัณฑ์จึงน้อยกว่าสารตั้งต้น  ทำให้ผลิตภัณฑ์สามารถสลายตัวกลับมาเป็นสารตั้งต้นได้ง่าย  ดังกราฟ

ตัวอย่าง                         2HCl(g)   →   H₂(g)  +  Cl₂(g) 

                กำหนดพลังงานพันธะดังนี้    H-H  =  430  kJ/mol      Cl-Cl  =  240  kJ/mol     H-Cl  =  430  kJ/mol
พลังงานที่เกี่ยวข้องกับการเกิดปฏิกิริยาเป็นดังนี้

                            2(H-Cl)         →    H-H  +  Cl-Cl 
                             2x430          →     430   +  240   
                           860  kJ           →   670 kJ         
                             (H₁)                    (H₂)

พลังงานของปฏิกิริยา  ;    ΔH   =  H₁ +  H₂
                                         = +860    + (-670)
                                         =  + 190  kJ     (เป็นปฏิกิริยาดูดความร้อน) 

กราฟแสดงความสัมพันธ์ระหว่างพลังงานกับการดำเนินไปของปฏิกิริยาเป็นดังนี้
 
 

2. ปฏิกิริยาคายความร้อน ( Exothermic reaction)  มีค่าเป็น  -  เกิดจากพลังงานที่ดูดพลังงานเข้าไปเพื่อใช้สลายพันธะในสารตั้งต้นน้อยกว่าที่คายออกมาเพื่อสร้างพันธะในผลิตภัณฑ์   หรือ  H₁ < H₂  มีผลให้สารผลิตภัณฑ์จะมีพลังงานต่ำกว่าสารตั้งต้น   ความเสถียรของผลิตภัณฑ์จึงมากกว่าสารตั้งต้น  ทำให้ผลิตภัณฑ์สามารถสลายตัวกลับมาเป็นสารตั้งต้นได้ยาก  ดังกราฟ

ตัวอย่าง                         H₂(g)  +  Cl₂(g)  →  2HCl(g)

                กำหนดพลังงานพันธะดังนี้    H-H  =  430  kJ/mol      Cl-Cl  =  240  kJ/mol     H-Cl  =  430  kJ/mol
พลังงานที่เกี่ยวข้องกับการเกิดปฏิกิริยาเป็นดังนี้

                                    H-H  +  Cl-Cl  →  2(H-Cl)
                                   430   +  240    →   2x430
                                      670 kJ          →   860  kJ
                                       (H₁)                   (H₂)

พลังงานของปฏิกิริยา  ;      ΔH =  H₁ +  H₂
                                         = +670  + (-860)
                                         =  - 190  kJ     (เป็นปฏิกิริยาคายความร้อน) 

กราฟแสดงความสัมพันธ์ระหว่างพลังงานกับการเกิดปฏิกิริยาเป็นดังนี้

หมายเหตุ   สำหรับปฏิกิริยาที่มีขั้นตอนมากกว่า  1  ขั้นตอน  แต่ละขั้นตอนจะมีค่า   Ea  ไม่เท่ากัน  ขั้นตอนที่มีค่า  Ea  สูงที่สุด  จะเป็นขั้นตอนที่เกิดยากที่สุดหรือมีอัตราเร็วต่ำสุด  ให้ถือว่าเป็นขั้นกำหนดอัตราเร็วของปฏิกิริยานั้น ๆ  ( Rate  determining step )   ดังกราฟ

(คลิ้ก  ชมพลังงานกับการดำเนินไปของปฏิกิริยา)

                จากกราฟแสดงให้เห็นว่าปฏิกิริยามี  2  ขั้น  โดยขั้นที่  1  เกิดยากกว่าขั้นที่  2  สังเกตที่ค่า  Ea₁  มากกว่า  Ea₂  ฉะนั้นขั้นที่  1  จึงเป็นขั้นกำหนดอัตราเร็วของปฏิกิริยา  (rate determining step)  นอกจากนั้นยังเรียกผลิตภัณฑ์ที่เกิดจากขั้นตอนย่อย ๆ ว่าสารมัธยันตร์ (intermediate)  สารนี้จะเกิดขึ้นเพียงชั่วคราวแล้วเปลี่ยนเป็นสารอื่นในขั้นตอนต่อไป

แบบฝึกหัด 

จงใช้ข้อมูลในกราฟต่อไปนี้ตอบคำถามข้อ  1-9

1. Which of the letters a–f in the diagram represents the potential energy of the products? ___e__
    (จากตำแหน่งของตัวอักษร a-f ในแผนภาพ จงพิจารณาว่าตัวอักษรใดแสดงพลังงานของผลิตภัณฑ์)

2. Which letter indicates the potential energy of the activated complex?  __c____
    (ตัวอักษรใดแสดงพลังงานของสารเชิงซ้อนกัมมันต์มันต์)

3. Which letter indicates the potential energy of the reactants? ___a___
   (ตัวอักษรใดแสดงพลังงานของสารตั้งต้น)

4. Which letter indicates the activation energy? __b__
   (ตัวอักษรใดแสดงพลังงานก่อกัมมันต์ของปฏิกิริยา)

5. Which letter indicates the heat of reaction? __f__
   (ตัวอักษรใดแสดงพลังงานของปฏิกิริยา)

6. Is the reaction exothermic or endothermic? _endo_
    (ปฏิกิริยานี้เป็นชนิดดูดความร้อนหรือคายความร้อน)

7. Which letter indicates the activation energy of the reverse reaction? ___d___
   (ตัวอักษรใดแสดงพลังงานก่อกัมมันต์ของปฏิกิริยาย้อนกลับ)

8. Which letter indicates the heat of reaction of the reverse reaction? ___f___
   (ตัวอักษรใดแสดงพลังงานของปฏิกิริยาย้อนกลับ)

9. Is the reverse reaction exothermic or endothermic? __exo__
    (ปฏิกิริยาย้อนกลับเป็นชนิดดูดความร้อนหรือคายความร้อน)

จงใช้ข้อมูลในกราฟต่อไปนี้ตอบคำถามข้อ  1-12

**  PE = Potential Energy

1. The PE of the reactants of the forward reaction is about __80__ kilojoules.
    (สารตั้งต้นของปฏิกิริยาไปข้างหน้ามีพลังงานกี่กิโลจูล)

2. The PE of the products of the forward reaction is about __160___ kilojoules.
    (ผลิตภัณฑ์ของปฏิกิริยาไปข้างหน้า  มีพลังงานกี่กิโลจูล)

3. The PE of the activated complex of the forward reaction is about __240_ kilojoules.
    (สารเชิงซ้อนกัมมันต์ของปฏิกิริยาไปข้างหน้ามีพลังงานกี่กิโลจูล)

4. The activation energy of the forward reaction is about__160_ kilojoules.
    (ปฏิกิริยาไปข้างหน้ามีพลังงานก่อกัมมันต์กี่กิโลจูล)

5. The heat of reaction (ΔH) of the forward reaction is about __+80_ kilojoules.
   (พลังงานของปฏิกิริยา  สำหรับปฏิกิริยาไปข้างหน้ามีค่ากี่กิโลจูล)

6. The forward reaction is ____endothermic______(endothermic or exothermic).
   (ปฏิกิริยาไปข้างหน้าเป็นชนิดดูดความร้อนหรือคายความร้อน)

7. The PE of the reactants of the reverse reaction is about __160___ kilojoules.
    (สารตั้งต้นของปฏกิริยาย้อนกลับมีพลังงานกี่กิโลจูล)

8. The PE of the products of the reverse reaction is about ___80__ kilojoules.
    (สารผลิตภัณฑ์ของปฏิกิริยาย้อนกลับมีพลังงานกี่กิโลจูล)

9. The PE of the activated complex of the reverse reaction is about __240__kilojoules.
    (สารเชิงซ้อนกัมมันต์ของปฏิกิริยาย้อนกลับมีพลังงานกี่กิโลจูล)

10. The activation energy of the reverse reaction is about __80__ kilojoules.
    (พลังงานก่อกัมมันต์ของปฏิกิริยาย้อนกลับมีค่ากี่กิโลจูล)

11. The heat of reaction (ΔH) of the reverse reaction is about __-80__ kilojoules.

    (พลังงานของปฏิกิริยา (ΔH) ของปฏิกิริยาย้อนกลับมีค่ากี่กิโลจูล)

12. The reverse reaction is ____exothermic_____ (endothermic or exothermic
    (ปฏิกิริยาย้อนกลับเป็นชนิดดูดความร้อนหรือคายความร้อน)
13. Consider the following mechanism:  (พิจารณากลไกของปฏิกิริยาต่อไปนี้)

Step 1: H₂O₂ + I^- è H₂O + IO^- (slow)

Step 2: H₂O₂ + IO^- è H₂O + O₂ + I^- (fast)

a) Give the equation for the overall reaction. (จงเขียนสมการแสดงปฏิกิริยารวม)

b) What acts as a catalyst in this mechanism? _________________________________
    (สารใดเป็นตัวเร่งของปฏิกิริยา)

c) What acts as an intermediate in this mechanism? ____________________________
    (สารใดเป็นสารมัธยันตร์)

14. What is meant by the rate determining step in a reaction mechanism?
    (คำว่า  rate determining step หมายความว่าอะไร)

15. Given the following steps for a mechanism: (กำหนดขั้นตอนของปฏิกิริยาดังต่อไปนี้)

Step 1: Br₂ è 2Br (fast)

Step 2: Br + OCl₂ è BrOCl + Cl (slow)

Step 3: Br + Cl è BrCl (fast)

a. Write the equation for the overall reaction.  (จงเขียนสมการแสดงปฏิกิริยารวม)

b) A substance is added that decreases the activation energy for step 1. Will this speed up, slow down, or have no effect on the rate of the overall reaction?________________
    (ถ้าเติมตัวเร่งลงไปในขั้นตอนที่ 1  จะมีผลให้ปฏิกิริยารวมเกิดได้เร็วขึ้น  หรือช้าลง  หรือไม่มีผลอะไรเลย)

Give a reason for your answer. ___________________________________________
    (จงอธิบายเหตุผลด้วย)

c) Is there a catalyst in this mechanism? __________. If so, what is it? ____________
    (ในกระบวนการนี้มีตัวเร่งอยู่ด้วยหรือไม่)...(ถ้ามี..จงบอกด้วยว่าเป็นสารใด)

d) Is there an intermediate in this mechanism?________. If so, what is it? __________
    (ในกระบวนการนี้มีสารมัธยันตร์หรือไม่)...(ถ้ามี  จงบอกด้วยว่าเป็นสารใด)

e) Which step is the rate determining step? __________________________________
   (ขั้นตอนใดเป็นขั้นกำหนดอัตราเร็วของปฏิกิริยา)

Size : 18.69 KBs Upload : 2013-08-12 06:11:21

Comment(s) Current Page(s) 1/0 << 1 >>

Vote this Content ? 0 Vote(s) Create by : K-Me Status : ผู้ใช้ทั่วไป วิทยาศาสตร์