อัตราการเกิดปฏิกิริยาเคมี

ปฏิกิริยาเคมี หมายถึง การที่สารตั้งต้นเปลี่ยนไปเป็นผลิตภัณฑ์(สารใหม่) 

  เมื่อเวลาผ่านไปปริมาณของสารตั้งต้นจะลดลงขณะที่ปริมาณสารใหม่จะเพิ่มขึ้นจนในที่สุด

ก. ปริมาณสารตั้งต้นหมดไป หรือเหลือสารใดสารหนึ่งและมีสารใหม่เกิดขึ้น เรียกว่า ปฏิกิริยาเกิดสมบูรณ์ (ไม่เกิดสมดุลเคมี) 

                จากปฏิกิริยาบอกได้ว่า A และ B หมดทั้งคู่หรือเหลือตัวใดตัวหนึ่ง ขณะเดียวกันจะมีสารC เกิดขึ้น

ข. ปริมาณสารตั้งต้นยังเหลืออยู่(ทุกตัว) เกิดสารใหม่ขึ้นมา เรียกว่าปฏิกิริยาเกิดไม่สมบูรณ์(เกิดสมดุลเคมี) ซึ่งจะพบว่า ความเข้มข้นของสารในระบบจะคงที่ (สารตั้งต้นและสารผลิตภัณฑ์) อาจจะเท่ากัน มากกว่า หรือน้อยกว่าก็ได้ 

            จากปฏิกิริยาบอกได้ว่าทั้งสาร A และ B เหลืออยู่ทั้งคู่ ขณะเดียวกันสาร C ก็เกิดขึ้น จนกระทั่งสมบัติของระบบคงที่

ชนิดของปฏิกิริยาเคมี

• ปฏิกิริยาเนื้อเดียว (Homogeneous Reaction) หมายถึง ปฏิกิริยาที่สารตั้งต้นทุกตัวในระบบอยู่ในสภาวะเดียวกัน หรือ

• ปฏิกิริยาเนื้อผสม (Heterogeneous Reaction) หมายถึง ปฏิกิริยาที่สารตั้งต้นอยู่ต่างสภาวะกันหรือไม่กลมกลืนเป็นเนื้อ

อัตราการเกิดปฏิกิริยาเคมี

อัตราการเกิดปฏิกิริยาเคมี (rate of chemical reaction) หมายถึง ปริมาณของสารใหม่ที่เกิดขึ้นในหนึ่งหน่วยเวลาหรือปริมาณของสารตั้งต้นที่ลดลงในหนึ่งหน่วยเวลา

ชนิดของอัตราการเกิดปฏิกิริยาเคมี

• อัตราการเกิดปฏิกิริยาเฉลี่ย (average rate) หมายถึง ปริมาณของสารใหม่ที่เกิดขึ้นทั้งหมดในหนึ่งหน่วยเวลา
• อัตราการเกิดในปฏิกิริยาขณะใดขณะหนึ่ง (instantaneous rate) หมายถึง ปริมาณของสารที่เกิดขึ้นขณะใดขณะหนึ่งในหนึ่งหน่วยเวลาของช่วงนั้น ซึ่งมักจะหาได้จากค่าความชันของกราฟ

หน่วยของอัตราการเกิดปฏิกิริยาเคมี

                ในแต่ละปฏิกิริยาเมื่อมีการหาอัตราการเกิดปฏิกิริยาเคมีก็จะมีหน่วยต่างๆกันขึ้นอยู่กับชนิดของสารที่นำมาหาอัตราการเกิดปฏิกิริยา ซึ่งหน่วยของอัตราการเกิดปฏิกิริยาก็คือหน่วยของปริมาณของสารที่เปลี่ยนแปลงในหนึ่งหน่วยเวลาที่ใช้ เช่น

                ถ้าเป็นสารละลายจะใช้หน่วยความเข้มข้น คือ โมลต่อลิตรต่อวินาที หรือโมล.ลิตร-1วินาที-1 หรือ โมล/ลิตร.วินาที

                ถ้าเป็นก๊าซ จะใช้หน่วยปริมาตรคือลบ.ซม.ต่อวินาที หรือ ลบ.ดม.วินาที หรือลิตรต่อวินาที

                ถ้าเป็นของแข็งจะใช้หน่วยน้ำหนักคือกรัมต่อวินาที ซึ่งโดยทั่วไปหน่วยที่ใช้กันมากคือเป็นโมล/ลิตร.วินาที

การหาอัตราการเกิดปฏิกิริยาเคมี

การหาอัตราการเกิดปฏิกิริยาเคมี สามารถหาได้จากสารทุกตัวในปฏิกิริยา แต่มักจะใช้ตัวที่หาได้ง่ายและสะดวกเป็นหลัก ซึ่งจะมีวิธีวัดอัตราการเกิดเป็นปฏิกิริยาหลายอย่าง เช่น

• วัดจากปริมาณก๊าซที่เกิดขึ้น
• วัดจากความเข้มข้นที่เปลี่ยนไป
• วัดจากปริมาณสารที่เปลี่ยนไป
• วัดจากความเป็นกรด-เบสของสารละลาย
• วัดจากความดันที่เปลี่ยนไป
• วัดจากตะกอนที่เกิดขึ้น
• วัดจากการนำไฟฟ้าที่เปลี่ยนไป

เช่น การศึกษาอัตราการเกิดปฏิกิริยา

Mg(s) + 2HCl(aq)                 MgCl ₂ (aq) +H ₂ (g)

จะได้ว่า อัตราการเกิดปฏิกิริยา =      อัตราการลดลงของ Mg

                                           =   1/2อัตราการลดลงของ HCl

                                           =    อัตราการเกิดขึ้นของ MgCl ₂

                                           =    อัตราการเกิดขึ้นของ H₂

ในที่นี้จะพบว่าการหาปริมาตรของก๊าซ H₂ ที่เกิดขึ้นในหนึ่งหน่วยเวลาจะง่ายและสะดวกที่สุด

นอกจากนี้ ค.ศ. Guldberg และ Waag ได้ตั้ง Law of Mass Action (กฎอัตราเร็วของปฏิกิริยา) ซึ่งกล่าวว่า อัตราการเกิดของปฏิกิริยามีความสัมพันธ์โดยตรงกับความเข้มข้นของสารที่เข้าทำปฏิกิริยา

ปฏิกิริยา                         aA +bB  ------->    cC+dD

                          

                                    Rate  = K[A]^m[B]ⁿ

K          =          specific rate constant

m,n      =             อันดับของปฏิกิริยาในแง่ของสาร A และสาร B

m+n     =             อันดับของปฏิกิริยารวม

[A], [B] =             ความเข้มข้นของสาร

ซึ่งการหาค่า m และ n สามารถทำได้ดังนี้

• ถ้าความเข้มข้นเพิ่มขึ้น 2 เท่า และอัตราการเกิดปฏิกิริยาเพิ่มขึ้น 2 เท่า ค่า m และ n จะเท่ากับ 1-->2^m = 2 จะได้ m = 1
• ถ้าความเข้มข้นเพิ่มขึ้น 2 เท่า แต่อัตราการเกิดปฏิกิริยาเพิ่มขึ้น 4 เท่า ค่า m และ n จะเท่ากับ 2-->2^m =4 จะได้ m = 2
• ถ้าความเข้มข้นเพิ่มขึ้น 2 เท่า แต่อัตราการเกิดปฏิกิริยาเพิ่มขึ้น 8 เท่า ค่า m และ n จะเท่ากับ 3-->2^m = 8 จะได้ m = 3
• ถ้าความเข้มข้นเพิ่มขึ้น 2 เท่า แต่อัตราการเกิดปฏิกิริยาเพิ่มขึ้น 9 เท่า ค่า m และ n จะเท่ากับ 2-->3^m = 9 จะได้ m = 2
• ถ้าความเข้มข้นเพิ่มขึ้น 3 เท่า แต่อัตราการเกิดปฏิกิริยาลดลง 27 เท่า ค่า m และ n จะเท่ากับ -3-->3^m = 1/27 จะได้ m = -3