บทเรียนที่ 2 สมการเคมี

สมการเคมีเป็นสัญลักษณ์ที่แสดงการเกิดปฏิกิริยาเคมีระหว่างสารตั้งต้น (อาจเป็นปฏิกิริยาระหว่างโมเลกุล อะตอม หรือไอออนก็ได้) เพื่อเกิดเป็นผลิตภัณฑ์ โดยเขียนแทนด้วยสัญลักษณ์ และสูตรโมเลกุลที่เป็นตัวแทนของธาตุที่อยู่ในสารประกอบ

ตัวอย่างสมการเคมี

สมการเคมีโดยทั่วไปแล้วจะใช้สัญลักษณ์แทนของธาตุต่าง ๆ มีลูกศรที่ชี้จากด้านซ้ายของสมการไปทางด้านขวาเพื่อบ่งบอกว่าสารตั้งต้น(reactant)ทางด้านซ้ายมือ ทำปฏิกิริยาเกิดสารใหม่ขึ้นมาเรียกว่าผลิตภัณฑ์ (product)ทางด้านขวามือ ดังนั้น จากสมการเคมีเราสามารถใช้คำนวณหาได้ว่าใช้สารตั้งต้นเท่าไรแล้วจะได้ผลิตภัณฑ์ออกมาเท่าไร

จากกฎทรงมวลเราจึงต้องทำให้แต่ละข้างของสมการต้องมีจำนวนอะตอม และประจุที่เท่ากัน เรียกว่า การดุลสมการ ซึ่งมีข้อสังเกตดังนี้

1. พยายามดุลธาตุที่เหมือนกันให้มีจำนวนอะตอมทั้งสองด้านเท่ากันก่อน
2. ในบางปฏิกิริยามีกลุ่มอะตอมให้ดุลเป็นกลุ่ม
3. ใช้สัมประสิทธิ์(ตัวเลขที่ใช้วางไว้หน้าอะตอม)ช่วยในการดุลสมการ แล้วนับจำนวนอะตอมแต่ละข้างให้เท่ากัน

ตัวอย่างที่ 1ให้ทรงกลมสีแดง แทนอะตอมของออกซิเจน และทรงกลมสีน้ำเงินแทนอะตอมของไนโตรเจน รูปใดแสดงถึงผลิตภัณฑ์จากปฏิกิริยานี้

แนวคิดดูจากผลิตภัณฑ์ที่ได้คือ NO2โดยมี N 1 อะตอม กับ O 2 อะตอม คำตอบคือข้อ ค.

ตัวอย่างที่ 2จงดุลสมการต่อไปนี้

แนวคิดจากสมการ ให้ดุล Fe ก่อน ซึ่งด้านซ้ายมี 1 อะตอม ด้านขวามี 2 อะตอม ดังนั้นต้องใส่สัมประสิทธิ์ด้านซ้ายเป็น 2

ดุล O2ด้วย สัมประสิทธิ์ 3/2

ทำให้เป็นเลขจำนวนเต็มโดยการ x 2 ทั้งสมการ

จะได้สมการสุดท้ายคือ

ตัวอย่างที่ 3จงดุลสมการต่อไปนี้

ในสมการเคมีสามารถบอกอัตราส่วนแสดงจำนวนอะตอมหรือโมเลกุลของสาร ซึ่งเทียบได้โดยตรงกับจำนวนโมลที่ใช้

ในการคำนวณมีขั้นตอน ดังนี้

1. เขียนและดุลสมการเคมี (สัมประสิทธิ์หน้าสมการเคมีที่ดุลแล้วทำให้ทราบอัตราส่วนโดยโมลของสารที่ทำปฏิกิริยาพอดีกัน)

2. จากโจทย์ อาจกำหนดปริมาณของสารในหน่วยต่างๆ เช่น มวล หรือ ปริมาตร ดังนั้นต้องเปลี่ยนให้เป็นหน่วยโมล

3. นำจำนวนโมลของสารที่ได้ในข้อ 2 ไปคำนวณ เพื่อหาปริมาณของสารตามที่โจทย์ต้องการ โดยเทียบกับอัตราส่วนโดยโมลของสารที่ได้จากข้อ 1

เช่น ถ้าโจทย์กำหนดปริมาณสาร A และให้หาประมาณสาร B ที่เกิดขึ้น

ความสัมพันธ์ของสมการเคมีกับการคำนวณ

ตัวอย่างที่ 4 แอมโมเนียมซัลเฟต (NH4)2SO4ใช้เป็นวัตถุดิบผลิตปุ๋ย เตรียมได้โดยการผ่านแก๊สแอมโมเนีย (NH3) ลงในสารละลาย 65% ของกรดซัลฟิวริกที่มีความหนาแน่น 1.55 g/mL ต้องใช้กรดซัลฟิวริก (H2SO4) ปริมาตรเท่าไรในการทำปฏิกิริยากับ 1.00 กิโลกรัมของแก๊สแอมโมเนีย เพื่อให้เกิดปฏิกิริยาพอดี

แนวคิดต้องเขียนสมการเคมีก่อน และดุลสมการด้วย

วิธีคิด

ดังนั้น ต้องใช้สารละลายกรดซัลฟูริก 2.9 ลิตรในการทำปฏิกิริยา

ตัวอย่างที่ 5สารละลาย Sodium hypochlorite (NaOCl) หรือที่รู้จักกันคือน้ำยาซักผ้าขาว เตรียมได้จากปฏิกิริยาระหว่าง Sodium hydroxide กับ Chlorine

ต้องใช้ NaOH กี่กรัมในการทำปฏิกิริยากับ 25.0 g Cl2

แนวคิดดุลสมการเคมีก่อนอันดับแรก จากนั้นดูว่ามีค่าใดที่กำหนดมาให้บ้าง แล้วทำตามแผนดังนี้

เริ่มต้นจากการหาจำนวนโมลของ Cl2โดยมวลโมเลกุลของ Cl2เท่ากับ 70.9 g/mol ดังสมการ

จากสมการเคมีจะได้ว่า 1 โมลของ Cl2ทำปฏิกิริยากับ 2 โมลของ NaOH และมวลโมเลกุลของ NaOH คือ 40.0 g/mol จะคำนวณหาจำนวนกรัมของ NaOH ที่ต้องใช้ทำปฏิกิริยา ดังสมการ

บทเรียนที่ 3 สารกำหนดปริมาณ

บางครั้งนักเคมีต้องการที่จะสังเคราะห์สารประกอบเพื่อหาปริมาณของผลิตภัณฑ์ซึ่งเกิดมาจากการทำปฏิกิริยาของสารตั้งต้นหลายตัว เพื่อหาว่าจะเกิดผลิตภัณฑ์จำนวนเท่าไร นักเคมีต้องอธิบายก่อนว่าสารตั้งต้นตัวไหนที่จะใช้หมดก่อนเมื่อปฏิกิริยาสมบูรณ์ ส่วนสารตัวอื่นก็จะยังคงอยู่ สารที่ใช้หมดก่อนนี้เรียกว่าสารกำหนดปริมาณดังดูได้จากตัวอย่างเปรียบเทียบต่อไปนี้

ตัวอย่างการผลิตรถยนต์ ซึ่งมีส่วนประกอบของ 1 ตัวถัง จะมี 4 ล้อ ดังสมการ

1 ตัวถัง + 4 ล้อ 1 คัน

ถ้าโรงงานหนึ่งมีตัวถัง 50 ตัวถัง และ 160 ล้อ จะผลิตรถยนต์ได้กี่คัน ถ้าคิดจำนวนตัวถังเป็นฐานในการตอบ จะต้องคิดว่าผลิตได้ 50 คัน อย่างไรก็ตามถ้าพิจารณาที่ล้อเป็นฐานในการตอบ จะพบว่าจะสามารถผลิตได้ 40 คัน เพราะว่า รถ 1 คัน มี 4 ล้อ จะเท่ากับ 160 /4 = 40 ดังนั้น บริษัทจะมีตัวถังที่เกิน 10 อัน ซึ่งไม่สามารถมีล้อมาเติมให้ครบได้ ดังนั้นจะสามารถผลิตได้มากที่สุด 40 คัน เพราะฉะนั้นสารกำหนดปริมาณ คือ ล้อรถ และสารตั้งต้นที่ยังคงเหลือ คือ ตัวถัง คำนวณทีละขั้นตอนได้ดังนี้

ขั้นที่ 1เขียนสมการ

1 ตัวถัง + 4 ล้อ 1 คัน
50 ตัวถัง 160 ล้อ กี่คัน

ขั้นที่ 2จะต้องรู้ความสัมพันธ์ของตัวถังกับล้อ

A . ต้องหาว่าจะใช้ตัวถังเท่าไรเมื่อมีล้ออยู่ 160 ล้อ กี่ตัวถังที่ต้องใช้ = (160 ล้อ) (1 ตัวถัง/4 ล้อ) = 40 ตัวถัง

B . ต้องหาว่าจะใช้ล้อเท่าไรจะได้ 50 ตัวถัง กี่ล้อที่ต้องใช้ = (50 ตัวถัง) (4 ล้อ / 1 ตัวถัง) = 200 ล้อ แต่โรงงานมีล้อไม่ถึง 200 ล้อ แต่มีแค่ 160 ล้อ

ดังนั้น ล้อจะเป็นตัวกำหนดจำนวนรถที่สามารถผลิตได้

ขั้นที่ 3เราจะใช้จำนวนของล้อมาคำนวณหาจำนวนรถยนต์ที่จะสามารถผลิตได้

จำนวนคัน = ( 160 ล้อ) ( 1 คัน/4 ล้อ) = 40 คัน

ในแนวความคิดเดียวกัน นักเรียนต้องการที่จะเตรียมแจกันพร้อมดอกไม้ โดยแต่ละแจกันมีดอกไม้ 3 ดอก แต่ว่าตอนนี้มีดอกไม้อยู่ 17 ดอก มีแจกัน 5 ใบ ดังนั้น นักเรียนคิดว่าแจกันหรือดอกไม้ควรที่จะเป็นตัวกำหนดปริมาณ

ตัวอย่างที่ 1จากรูปแสดงการเกิดปฏิกิริยาระหว่าง A2(โมเลกุลสีน้ำเงิน) กับ B2(โมเลกุลสีเงิน)

ก. จงเขียนสมการการเกิดปฏิกิริยา และสารใดเป็นสารกำหนดปริมาณ
ข. จงหาจำนวนโมลของผลิตภัณฑ์ที่เกิดจาก 1.0 โมลของ A2ทำปฏิกิริยากับ 1.0 โมลของ B2

แนวคิด

ก .จากโมเลกุลในรูปภาพจะได้สมการ ดังนี้

จากรูปจะเห็นว่ามี A2เหลืออยู่ ดังนั้นสาร B2จึงเป็นสารกำหนดปริมาณ

ข. จากสมการจะเห็นว่า 1.0 โมลของ A2จะทำปฏิกิริยากับ 3.0 โมลของ B2และได้ผลิตภัณฑ์ 2 โมล ของ AB3แต่ถ้าใช้ 1.0 โมลของ B2ก็จะได้ 2/3 โมล ของผลิตภัณฑ์

ตัวอย่างที่ 2แมกนีเซียมไนไตด์เตรียมได้จากปฏิกิริยาของโลหะแมกนีเซียมกับแก๊สไนโตรเจน ถ้าใช้โลหะแมกนีเซียม 35.00 g และแก๊สไนโตรเจน15.00 g จะสามารถผลิตแมกนีเซียมไนไตด์ได้กี่กรัม

แนวคิด

จากสมการจะใช้ 3 โมลของ Mg ทำปฏิกิริยากับ 1 โมลของ N2และได้ 1 โมลของ Mg3N2ดังนั้น ต้องพิจารณาว่าสารใดเป็นสารกำหนดปริมาณ และสารใดเหลือ

จากสมการจะใช้ Mg 3 molซึ่งจะทำปฏิกิริยากับ N21 mol

ดังนั้น Mg 1.44 molจะทำปฏิกิริยากับ N21.44/3 = 0.48 mol แต่เรามีไนโตรเจน 0.53 mol มีอยู่มากเกินพอ

จะได้ว่า แมกนีเซียมต้องเป็นสารกำหนดปริมาณ

จากสมการจะใช้ Mg 3 molซึ่งจะทำปฏิกิริยาได ้Mg3N21 mol

ดังนั้นMg 1.44 molจะทำปฏิกิริยาได้Mg3N21.44/3 = 0.48 mol x 100.93 g/mol = 48.45 g

ตัวอย่างที่ 3เรามาสังเกตดูว่าสารใดเป็นสารกำหนดปริมาณจากรูปภาพด้านล่าง โดยที่ด้านซ้ายของสมการเป็นสารตั้งต้นและด้านขวาของสมการเป็นผลิตภัณฑ์

บทเรียนที่ 4 การดุลสมการเคมี

นักเรียนคิดว่า แผนผังความคิดของนักเรียนจะเหมือนในบทเรียนนี้หรือไม่ ลองเขียนดูนะคะ

พี่คิดว่าเราได้เรียนรู้เกี่ยวกับเรื่อง ปริมาณสารสัมพันธ์มาพอสมควรแล้ว น่าจะลองทำ แบบฝึกหัดเพื่อทดสอบตัวเองว่ามีความเข้าใจมากน้อยแค่ไหน ไปกันเลย

บทเรียนที่ 5 ปฏิกิริยาเคมีพื้นฐาน

ปฏิกิริยาเคมีต่างๆ อาจจะเกิดขึ้นได้เร็วหรือช้าต่างกัน ซึ่งขึ้นอยู่กับชนิดของปฏิกิริยา เช่น การระเบิดของดินปืน จัดว่าเป็นปฏิกิริยาที่เกิดขึ้นได้เร็วมาก เพราะใช้เวลาไม่ถึงนาที การลุกไหม้ของเชื้อเพลิง เช่น ก๊าซหุงต้ม และน้ำมันเบนซิน ก็จัดว่าเป็นปฏิกิริยาที่เกิดได้เร็ว การลุกไหม้ของถ่านหรือของไม้ จัดว่าเป็นปฏิกิริยาที่เกิดขึ้นเร็วปานกลาง การเน่าเปื่อยของผัก ผลไม้ จัดว่าเป็นปฏิกิริยาที่เกิดขึ้นค่อนข้างช้า การเกิดสนิมของเหล็กจัดว่าเป็นปฏิกิริยาที่เกิดขึ้นช้ามาก เป็นต้น

ปฏิกิริยาเคมีที่มีความสำคัญทางด้านอุตสาหกรรมก็เกี่ยวข้องกับอัตราการเกิดปฏิกิริยาเช่นเดียวกัน ปฏิกิริยาเหล่านี้ให้ผลผลิตที่มีผลต่อสภาวะเศรษฐกิจของประเทศ จึงจำเป็นที่จะต้องผลิตให้ได้จำนวนมากและต้นทุนต่ำ ซึ่งก็คือต้องได้ผลผลิตมากที่สุดในเวลาน้อยที่สุดนั่นเอง ในการนี้จึงจำเป็นที่จะต้องเรียนรู้เกี่ยวกับอัตราการเกิดปฏิกิริยา เรียนรู้สภาวะต่างๆ ที่ใช้ในการควบคุมการผลิต หรือสภาวะต่างๆ ที่ใช้ควบคุมการเกิดปฏิกิริยา ต้องทราบว่าปัจจัยอะไรบ้างที่มีผลต่ออัตราการเกิดปฏิกิริยา จะทำให้ปฏิกิริยาเกิดเร็วหรือช้าได้อย่างไร เป็นต้น

ในบทนี้จะได้เรียนรู้เกี่ยวกับความหมายของอัตราการเกิดปฏิกิริยา

ปัจจัยที่มีผลต่ออัตราการเกิดปฏิกิริยาและกลไกของปฏิกิริยา

1. การเกิดปฏิกิริยาเคมี

การเกิดปฏิกิริยาเคมีหมายถึง การที่สารสร้างพันธะเคมีต่อกันแล้วได้สารใหม่ที่มีสมบัติต่างไปจากสารเดิม อาจสังเกตได้จากการเกิดตะกอน การเกิดก๊าซ การเปลี่ยนสี และความเป็นกรด-เบสของสารเปลี่ยนไป ตัวอย่างเช่น

ตัวอย่างที่ 1ปฏิกิริยาระหว่างแก๊สไฮโดรเจนกับแก๊สออกซิเจน ได้น้ำเป็นผลิตภัณฑ์ ซึ่งเขียนแทนสมการดังนี้

2H2(g) + O2(g) ---------> 2H2O (l)

ตัวอย่างที่ 2ปฏิกิริยาการเผาไหม้ของถ่านไม้ ได้ก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์ เขียนแทนด้วยสมการเคมีดังนี้

C(s) + O2(g) ---------> CO2(g)

2. การเขียนสมการเคมี

สมการเคมี เขียนขึ้นเพื่อแสดงสูตรหรือสัญลักษณ์ของสารตั้งต้นที่ทำปฏิกิริยาพอดีกัน และสารที่เกิดจากปฏิกิริยา

องค์ประกอบของสมการเคมี

1) สารตั้งต้น (reactant)หมายถึง สารเดิมก่อนเกิดการเปลี่ยนแปลงหรือสารที่เข้าทำปฏิกิริยากัน อาจมีสารเพียงชนิดเดียวหรือมากกว่า 1 ชนิดเขียนสูตรหรือสัญลักษณ์ไว้ทางซ้ายของสมการ

2) เครื่องหมายลูกศรเครื่องหมายลูกศรเขียนเพื่อแสดงทิศทางการเปลี่ยนแปลง เขียนไว้ระหว่างสารตั้งต้นและผลิตภัณฑ์ ลูกศรที่ใช้มี 2 ลักษณะ คือ

® แสดงการเกิดปฏิกิริยาจากซ้ายไปขวามือ ซึ่งเป็นการเปลี่ยนแปลงไปข้างหน้าทางเดียว

แสดงการเกิดปฏิกิริยาที่ผันกลับได้ ซึ่งมีทั้งปฏิกิริยาไปข้างหน้า (® )และปฏิกิริยาย้อนกลับ (¬)

ปฏิกิริยาไปข้างหน้าหมายถึง ปฏิกิริยาที่สารตั้งต้นเปลี่ยนแปลงไปเป็นสารผลิตภัณฑ์

ปฏิกิริยาย้อนกลับหมายถึง ปฏิกิริยาที่สารผลิตภัณฑ์เปลี่ยนแปลงกลับไปเป็นสารตั้งต้น

3. สารผลิตภัณฑ์

สารผลิตภัณฑ์ (product) หมายถึง สารที่เกิดจากปฏิกิริยาหรือสารใหม่ที่เกิดจากการเปลี่ยนแปลง อาจมีสารเพียงชนิดเดียวหรือมากกว่า 1 ชนิดก็ได้ เขียนสูตรหรือสัญลักษณ์ไว้ทางขวาของสมการเคมี

4. การบอกสถานะของสารในสมการเคมี

สมการเคมีที่สมบูรณ์ต้องบอกสถานะหรือสภาวะของสารในปฏิกิริยาดังนี้

ของแข็ง (solid) = (s)

ของเหลว (liquid) = (l)

แก๊ส (gas) = (g)

สารละลายที่มีน้ำเป็นตัวทำละลาย (aqueous) = (aq)

ตัวอย่างสมการเคมี

“หินปูนทำปฏิกิริยากับสารละลายกรดไฮโดรคลอริกได้สารละลายแคลเซียมคลอไรด์ น้ำ และแก๊สคาร์บอนไดออกไซด์” เขียนแทนด้วยสมการเคมี ดังนี้

CaCO3(s) + HCl (aq) --------------> CaCl2(aq) + H2O (l) + CO2(g)

3. การดุลสมการเคมี

การดุลสมการเคมี เป็นการนำตัวเลขที่เหมาะสมเติมลงข้างหน้า สัญลักษณ์หรือสูตรเคมีในสมการ เพื่อให้จำนวนอะตอมนแต่ละธาตุของสารตั้งต้นเท่ากับจำนวนอะตอมของธาตุชนิดเดียวกันในผลิตภัณฑ์

เช่น H2(g) + O2(g) ----------> H2O (l)

สมการที่ดุลแล้วคือ

2H2(g) + O2(g) ----------------> 2H2O (l)

หลักการดุลสมการเคมี

1. ให้ดุลจำนวนอะตอมของสารในโมเลกุลที่มีจำนวนอะตอมมากก่อน โมเลกุลที่มีจำนวนอะตอมน้อยดุลทีหลัง

2. น้ำ (H2O) และธาตุอิสระ เช่น O2H2Zn Na Al ให้ดุลเป็นอันดับสุดท้าย

ตัวอย่างการดุลสมการเคมี

C3H8(g) + O2(g) --------------------> CO2(g) + H2O (l)

1. ดุลที่ธาตุ C ใน C3H8และ CO2ให้เท่ากันก่อนโดยการเติม 3 หน้า CO2จะได้

C3H8(g) + O2(g) ----------------------> 3CO2(g) + H2O (l)

2. ดุลจำนวนอะตอม H ใน C3H8และ H2O ให้เท่ากัน โดยการเติม 4 หน้า H2O จะได้

C3H8(g) + O2(g) ---------------> 3CO2(g) +4H2O (l)

3. อันดับสุดท้ายดุลจำนวนอะตอมของ O ทั้งสองข้างให้เท่ากันโดยการเติม 5 หน้า O2จะได้สมการที่ดุลแล้วเป็นดังนี้

C3H8(g) +5O2(g) ---------------> 3CO2(g) +4H2O (l)

4. ชนิดของปฏิกิริยาเคมี

แบ่งชนิดของปฏิกิริยาเคมีอย่างง่ายได้ดังนี้

1.ปฏิกิริยาการรวมตัว (combination reaction)เป็นปฏิกิริยาเคมีที่เกิดการรวมตัวของสารตั้งต้นตั้งแต่สองชนิดขึ้นไป อาจได้สารผลิตภัณฑ์เพียงชนิดเดียวหรือมากกว่าหนึ่งชนิดก็ได้ เช่น

C (s) + O2(g) ------------> CO2(g)

C2H4(g) + Cl2(g) ------------> C2H4Cl2

2. ปฏิกิริยาการสลายตัว (decomposition reaction)เป็นปฏิกิริยาเคมีที่สารประกอบสลายตัวหรือแตกตัวออกเป็นองค์ประกอบย่อยเป็นธาตุหรือสารประกอบ เมื่อได้รับความร้อน เช่น

2KMnO4(s)-------------> K2MnO4(s) + MnO2(s) + O2(g)

CaCO3(s)--------------> CaO (s) + CO2(g)

3. ปฏิกิริยาการแทนที่ (displacement reaction)เป็นปฏิกิริยาเคมีที่มีการแทนที่ไอออนหรือะตอมในสารประกอบด้วยไอออนหรือะตอมของอีกธาตุหนึ่ง เช่น

2Fe(s) + 3H2O (l) -----------------------> Fe2O3(s) + 3H2(g)

Zn (s) + HCl(aq) ----------------> ZnCl2(aq) + H2(g)

5. ปฏิกิริยาเคมีที่พบในชีวิตประจำวัน

1. การผุกร่อนของโลหะเช่น การผุกร่อนเนื่องจากการเกิดสนิม การเกิดออกไซด์ของอะลูมิเนียม เป็นต้น

การเกิดสนิมของเหล็กเกิดจากเหล็กสัมผัสกับน้ำและออกซิเจนในอากาศ ปฏิกิริยาที่เกิดขึ้นเป็นดังนี้

4Fe (s) + 3O2(g) + 2H2O (g) ------------> 2Fe2O3·2H2O(s)

สนิมเหล็กสีน้ำตาลแดง

การเกิดออกไซด์ของอลูมิเนียมเกิดจากอะลูมิเนียมรวมกับออกซิเจนในอากาศ ดังสมการ

4Al (s) + 3O2(g) ---------------> 2Al2O3(s)

สีขาว

2. การผุกร่อนของหินปูนเนื่องจากกรด

การผุกร่อนของหินปูนซึ่งมีแคลเซียมคาร์บอเนต (CaCO3) เป็นองค์ประกอบ เมื่อถูกน้ำฝนที่ละลายแก๊สคาร์บอนไดออกไซด์จะเกิดปฏิกิริยาดังนี้

H2O(l) + CO2(g) ---------> H2CO3(aq)

กรดคาร์บอนิก

CaCO3(s) + H2CO3(aq) ------------> Ca(HCO3)2(aq)

แคลเซียมไฮโดรเจนคาร์บอเนต

แคลเซียมไฮโดรเจนคาร์บอเนตเป็นสารละลายใสเมื่อถูกความร้อนจะเปลี่ยนเป็น CaCO3H2O และ CO2ซึ่งเป็นกระบวนการเกิดหินงอกและหินย้อยตามถ้ำต่างๆ

Ca(HCO3)2(aq) --------------> CaCO3(s) + H2O (l) + CO2(g)

3. การเผาไหม้

การเผาไหม้ เป็นปฏิกิริยาที่เกิดจากสารรวมกับออกซิเจนได้พลังงานความร้อนและแสงสว่าง สารที่เกิดจากการเผาไหม้จัดเป็นสารประเภทเชื้อเพลิง ซึ่งส่วนใหญ่มีธาตุคาร์บอนและไฮโดรเจนเป็นองค์ประกอบ

การเผาไหม้อย่างสมบูรณ์เป็นการเผาไหม้ของสารที่มีเชื้อเพลิงที่ได้น้ำและก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์เป็นสารผลิตภัณฑ์ เช่น

เชื้อเพลิง + O2(g) ---------------> H2O (l) + CO2(g)

การเผาไหม้ที่ไม่สมบูรณ์

เป็นการเผาไหม้ของเชื้อเพลิงที่มีธาตุคาร์บอนและไฮโดรเจนเป้นองค์ประกอบ แล้วมีปริมาณของก๊าซออกซิเจนไม่เพียงพอ จะเกิดการเผาไหม้ที่ไม่สมบูรณ์ ได้สารผลิตภัณฑ์เป็นก๊าซคาร์บอนมอนอกไซด์ (CO) น้ำ และ คาร์บอนไดออกไซด์

ปัจจัยที่มีผลต่อการเผาไหม้

1. เชื้อเพลิง 2. ความร้อน 3. ก๊าซออกซิเจน

4. ปฏิกิริยาของกรดกับเบส

ปฏิกิริยาที่กรดรวมกับเบสได้สารผลิตภัณฑ์ที่เป็นเกลือกับน้ำ เรียกปฏิกิริยานี้ว่า ปฏิกิริยาสะเทิน เขียนแทนด้วยสมการดังนี้ กรด + เบส ® เกลือ + น้ำ

เช่น HCl (aq) + KOH (aq) --------------> KCl(aq) + H2O (l)

บทเรียนที่ 6 ผลกระทบของปฏิกิริยาเคมีที่มีผลต่อสิ่งมีชีวิตและสิ่งแวดล้อม

6. ผลกระทบของปฏิกิริยาเคมีที่มีผลต่อสิ่งมีชีวิตและสิ่งแวดล้อม

6.1) การเกิดฝนกรด

ฝนกรดเกิดจากการที่น้ำฝนละลายแก๊สคาร์บอนไดซ์ออกไซด์ (CO2) แก๊สไนโตรเจนไดออกไซด์ (NO2) และก๊าซซัลเฟอร์ไดออกไซด์ (SO2) ที่เกิดจากการเผาไหม้ของเชื้อเพลิง ทำให้ฝนมีสมบัติเป็นกรด เช่น

H2O(l) + CO2(g) -----------> H2CO3(aq)

กรดคาร์บอนิก

ผลกระทบจากฝนกรดมีดังนี้

1. ป่าไม้ถูกทำลาย ต้นไม้ตาย ทำให้เกิดความแห้งแล้ง
2. สัตว์น้ำถูกทำลาย ทำให้เกิดการขาดของโซ่อาหาร
3. อาคารที่สร้างจากโลหะหรือหินปูนถูกกัดกร่อน

การแก้ปัญหา

1. เลือกใช้พลังงานสะอาดจากธรรมชาติแทนเชื้อเพลิงฟอสซิล เช่น การใช้พลังงานน้ำ พลังงานจากลม และพลังงานแสงอาทิตย์ เป็นต้น

2. แยกธาตุกำมะถันออกจากฟอสซิสก่อนนำไปเป็นเชื้อเพลิง

3. ใช้ปูนขาวหรือหินปูนทำให้แก๊สมีความเป็นกลาง ก่อนปล่อยออกจากปล่องควันสู่บรรยากาศ

6.2) ปรากฏการณ์เรือนกระจก

ปรากฏการณ์เรือนกระจก เกิดจากการที่ก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์ซึ่งได้จากการเผาไหม้ของเชื้อเพลิงปกคลุมชั้นบรรยากาศของโลกเอาไว้ ทำให้ความร้อนในรูปของรังสีอินฟาเรดซึ่งเป็นพลังงานต่ำไม่สามารถทะลุผ่านชั้นของแก๊สคาร์บอนไดออกไซด์ไซด์ออกไปได้ ทำให้อุณหภูมิของโลกร้อนขึ้น

แนวทางการแก้ไข

1. ลดปัญหาการเกิดฝนกรด โดยการใช้เชื้อเพลิงที่มีกำมะถันอยู่น้อย

2. ลดการเผาไหม้เชื้อเพลิงประเภทไฮโดรคาร์บอน

3. กำจัดแก๊สจากการเผาไหม้ก่อนปล่อยสู่บรรยากาศ

4. ปลูกป่าเพื่อดูดซับแก๊สคาร์บอนไดออกไซด์

6.3) แก๊สคาร์บอนมอนอกไซด์

แก๊สคาร์บอนมอนอกไซด์ (CO) เป็นแก๊สไม่มีสี ไม่มีกลิ่น ไม่ละลายน้ำ เกิดจาการเผาไหม้ที่ไม่สมบูรณ์ ผลกระทบต่อมนุษย์คือ เมื่อเข้าไปในร่างกายจะมีผลต่อสุขภาพของมนุษย์ เนื่องจากแก๊สดังกล่าวนี้จะเข้าไปขัดขวางการทำงานของเม็ดเลือดแดง โดยจะไปรวมกับฮีโมโกลบิน ได้ดีกว่าออกซิเจน 200 เท่า เกิดเป็นคาร์บอกซีฮีโมโกบิน ทำให้แก็สคาร์บอนมอนนอกไซด์ไปแทนที่แก๊สออกซิเจนที่จะถูกนำไปยังอวัยวะต่างๆ ของร่างกาย ผลก็คือ เมื่อหายใจเอาอากาศที่มีแก๊สคาร์บอนมอนอกไซด์ 0.15% ติดต่อกันนาน 1 ชั่วโมง มะมีอาการปวดศรีษะรุนแรง ถ้าได้รับปริมาณมากกว่า 60% นาน 3 ชั่วโมง มีอันตรายถึงแก่ชีวิต

6.4 ) การเกิดหมอกแดด

หมอกแดดเกิดจากสารประกอบไฮโดรคาร์บอนทำปฏิกิริยากับออกซิเจนและไนโตรเจนไดออกไซด์ ที่เกิดจากธรรมชาติปะปนอยู่ในอากาศ เกิดเป็นสารประกอบเปอร์ออกซีเอซีทิลไนเตรต (PAN) ซึ่งมีพิษอันตรายต่อนัยน์ตาและรบกวนระบบหายใจ

บทเรียนที่ 7 การเกิดปฏิกิยาเคมี (ต่อ)

การเกิดปฏิกิริยาเคมีของสาร

ปฏิกิริยาเคมีที่เกิดขึ้นอยู่รอบตัวของเรานั้นมีอยู่มากมายหลายประเภท และในปฏิกิริยาเคมีแต่ละประเภทก็จะมีอัตราเร็วในการเกิดปฏิกิริยาที่แตกต่างกัน โดยบางปฏิกิริยาอาจจะเกิดขึ้นได้อย่างรวดเร็วสามารถเห็นผลการเปลี่ยนแปลงได้อย่างชัดเจน แต่ในบางปฏิกิริยาก็อาจจะเกิดขึ้นอย่างช้า ๆ ต้องใช้ระยะเวลานานจึงจะสังเกตเห็นผลของปฏิกิริยา ซึ่งการเกิดปฏิกิริยาเคมีของสารจะเร็วหรือช้านั้น เราสามารถอธิบายได้โดยอาศัย ทฤษฎีการชนกัน (Collision Theory)
ทฤษฎีการชนกัน กล่าวว่าปฏิกิริยาเคมีของสารจะเกิดขึ้นได้เมื่ออนุภาคของสารตั้งต้นเข้ามาชนกัน แต่การชนกันของอนุภาคของสารตั้งต้นแต่ละครั้งก็ไม่ได้ทำให้เกิดปฏิกิริยาเคมีขึ้นเสมอไป ซึ่งการชนกันของอนุภาคของสารตั้งต้นแล้วจะก่อให้เกิดปฏิกิริยาเคมีหรือไม่ จะต้องขึ้นอยู่กับปัจจัย 2 ข้อ คือ ค่าพลังงานก่อกัมมันต์ และทิศทางการชนกันของอนุภาคของสารตั้งต้น ดังนี้

1. ค่าพลังงานก่อกัมมันต์ (Activation Energy ; E)

ค่าพลังงานก่อกัมมันต์ คือ พลังงานจำนวนน้อยที่สุดที่จะทำให้สารตั้งต้นสามารถเกิดปฏิกิริยาเคมีได้ โดยพลังงานก่อกัมมันต์จะมีผลต่อความยากง่ายในการเกิดปฏิกิริยาเคมี คือ หากเป็นปฏิกิริยานั้นก็จะไม่สามารถเกิดขึ้นได้จนกว่าสารจะได้รับพลังงานเข้ามาเพิ่มเติมจนมีพลังงานสูงกว่าค่าพลังงานก่อกัมมันต์ ส่วนปฏิกิริยาเคมีที่มีค่าพลังงานก่อกัมมันต์ต่ำ ปฏิกิริยาเคมีนั้นก็จะสามารถเกิดปฏิกิริยาได้ง่าย โดยไม่ต้องอาศัยพลังงานจากแหล่งอื่นมาเพิ่มเติม

ความสัมพันธ์ระหว่างค่าพลังงานก่อกัมมันต์กับการเกิดปฏิกิริยาเคมีจะมีลักษณะเหมือนการกลิ้งก้อนหินไปบนพื้น ซึ่งถ้าหากปฏิกิริยามีค่าพลังงานก่อกัมมันต์ต่ำก็เป็นเหมือนพื้นเรียบที่ไม่มีสิ่งกีดขวางใด ๆ เราสามารถกลิ้งก้อนหินให้ผ่านไปได้ง่าย แต่ในกรณีที่ปฏิกิริยามีค่าพลังงานก่อกัมมันต์สูงก็เป็นเหมือนพื้นที่ไม่เรียบ มีเนิน หรือสิ่งกีดขวางอยู่ จึงต้องช่วยเข็นหรือกลิ้งก้อนหินให้พ้นจากสิ่งกีดขวางไปได้

2. ทิศทางการชนกันของอนุภาค

การชนกันของอนุภาคของสารตั้งต้นสามารถทำให้เกิดปฏิกิริยาเป็นผลิตภัณฑ์ชนิดใหม่ขึ้นได้ เนื่องากในการเกิดปฏิกิริยาเคมีอนุภาคของสารตั้งต้นจะมีการชนกระแทกกัน ซึ่งถ้าหากอนุภาคของสารมีพลังงานที่มากพอ (มากกว่าค่าพลังงานก่อกัมมันต์) และมีการชนกันในทิศทางที่เหมาะแล้ว การชนกันนั้นก็จะสามารถทำลายแรงยึดเหนี่ยวที่อยู่ระหว่างอนุภาคของสารเดิมได้ หลังจากนั้นอนุภาคก็จะมีการสร้างพันธะกับอนุภาคอื่น ๆ เพื่อเกิดเป็นผลิตภัณฑ์ชนิดใหม่

ทิศทางการชนกันของอนุภาคที่เหมาะสม คือ ทิศทางการชนที่ทำให้อนุภาคอื่น ๆ เกิดเป็นผลิตภัณฑ์ชนิดใหม่ได้ง่าย ซึ่งทิศทางการชนที่เหมาะสมนี้จะมีความแตกต่างกันไปในสารแต่ละชนิดขึ้นอยู่กับลักษณะรูปร่างโมเลกุลของสาร

ที่มาและได้รับอนุญาตจาก :
พงศธร นันทธเนศ และสุนทร ภูรีปรีชาเลิศ. สารและสมบัติของสาร ม.4 - ม.6. พิมพ์ครั้งที่ 1. กรุงเทพฯ : อักษรเจริญทัศน์.

บทเรียนที่ 8 การเกิดปฏิกิริยาเคมี

การเกิดปฏิกิริยาเคมี

ถ้านักเรียนสังเกตรอบๆตัวเรา จะพบว่ามีการเปลี่ยนแปลงเกิดขึ้นตลอดเวลา เราจะรู้ได้อย่างไรว่าการเปลี่ยนแปลงใด เป็นการเกิดปฏิกิริยาเคมี ... มีข้อสังเกตในการเกิดปฏิกิริยาเคมี คือจะต้องมีสารใหม่เกิดขึ้นเสมอ สารใหม่ที่เกิดขึ้นจะต้องมีสมบัติเปลี่ยนไปจากสารเดิม... เช่น การเผาไหม้ของวัตถุที่เป็นเชื้อเพลิง การย่อยอาหารในกระเพาะอาหาร การสึกกร่อนของอาคารบ้านเรือน การบูดเน่าของอาหาร เป็นต้น

ปฏิริยาเคมีคืออะไร
ปฏิกิริยาเคมีหมายถึง การเปลี่ยนแปลงที่เกิดขึ้นกับสารแล้วส่งผลให้ได้สารใหม่ที่มีคุณสมบัติเปลี่ยนไปจากเดิม โดยในการเกิดปฏิกิริยาเคมี จะต้องเกิดจากสารตั้งต้น (reactant) ทำปฏิกิริยากัน แล้วเกิดเป็นสารใหม่ เรียกว่า ผลิตภัณฑ์ (product)

ปฏิกิริยาเคมีแบ่งออกได้ 5 ชนิดได้แก่

1.ปฏิกิริยาการรวมตัวA +Z ------->AZ

2.ปฏิกิริยาการสลายตัวAZ ------->A +Z

3.ปฏิกิริยาการแทนที่เชิงเดี่ยวA + BZ ------->AZ + B

4.ปฏิกิริยาการแทนที่เชิงคู่AX+BZ------->AZ + BX

5.ปฏิกิริยาสะเทินHX+BOH------->BX +HOH

สังเกตได้อย่างไรว่าการเปลี่ยนแปลงเหล่านั้นมีปฏิกิริยาเคมีเกิดขึ้น
เราสามารสังเกตได้ว่ามีปฏิกิริยาเคมีเกิดขึ้นโดยสังเกตสิ่งต่อไปนี้
มีฟองแก๊ส

มีตะกอน

สีของสารเปลี่ยนไป

อุณหภูมิเพิ่มขึ้นหรือลดลง

พลังงานกับการเกิดปฏิกิริยาเคมี
ในการเกิดปฏิกิริยาเคมี นอกจากจะมีผลิตภัณฑ์ซึ่งเป็นสารใหม่เกิดขึ้นแล้ว จะต้องมีพลังงานเกี่ยวข้องด้วยเสมอ เช่น การเผาไหม้ของเชื้อเพลิง มักจะให้พลังงานความร้อน พลังงานแสง หรือพลังงานชนิดอื่นเป็นผลพลอยได้ การเผาผลาญอาหารในร่างกายของเรา ก็มีพลังงานเกิดขึ้น เราจึงสามารถนำพลังงานจากการเผาผลาญอาหารมาใช้ในการดำรงชีวิต เป็นต้น

การเปลี่ยนแปลงพลังงานในการเกิดปฏิกิริยาเคมี มี 2 ประเภท คือ

1. ปฏิกิริยาคายความร้อน (exothermic reaction) คือปฏิกิริยาที่เกิดขึ้นแล้วให้พลังงานความร้อนออกมา แก่สิ่งแวดล้อม เช่น การเผาไหม้เชื้อเพลิง การเผาผลาญอาหารในร่างกาย เป็นต้น
2. ปฏิกิริยาดูดความร้อน (endothermic reaction) คือปฏิกิริยาที่เกิดขึ้นแล้ว ดูดความร้อนจากสิ่งแวดล้อมเข้าไป ทำให้สิ่งแวดล้อมมีอุณหภูมิลดลง

ปฏิกิริยาเคมีในชีวิตประจำวัน

ปฏิกิริยาการเผาไหม้C + O2------> CO2

ปฏิกิริยาการสันดาปในแก๊สหุงต้ม2C4H10+ 13O2------> 8CO2+ 10H2O

ปฏิกิริยาการเกิดฝนกรดSO3+ H2O ------> H2SO4

ปฏิกิริยาการเกิดสนิมเหล็ก4Fe + 3O2------> 2Fe2O3.H2O

แนวคิดเกี่ยวกับการเกิดปฏิกิริยาเคมี

ปฏิกิริยาเคมีหนึ่งๆ จะเกิดได้หรือไม่ เกิดขึ้นได้อย่างไร เกิดเร็วหรือช้าได้อย่างไร นอกจากจะทราบจากการทดลองแล้ว ยังสามารถทราบได้จากการใช้ทฤษฎีอธิบายอัตราการเกิดปฏิกิริยา เช่น ทฤษฎีการชน และทฤษฎีทรานสิชันสเตต เป็นต้น ทฤษฎีดังกล่าวจะอธิบายให้ทราบว่าการที่ปฏิกิริยาจะเกิดขึ้นได้ต้องมีสภาวะอย่างไร และเมื่อมีปฏิกิริยาเกิดขึ้นแล้วการเพิ่มความเข้มข้น อุณหภูมิ ทำให้เกิดเร็วขึ้น เป็นเพราะเหตุใด

ทฤษฎีการชนกันของก๊าซ (collision theory of gases)

นักวิทยาศาสตร์เชื่อว่า “ปฏิกิริยาเคมีเกิดขึ้นได้ เมื่ออนุภาคของสารตั้งต้นเข้ามาชนกัน” อนุภาคดังกล่าวอาจจะเป็นโมเลกุล อะตอมหรือไอออนก็ได้ อย่างไรก็ตามไม่ได้หมายความว่า การชนกันทุกครั้งจะต้องเกิดปฏิกิริยายังต้องอาศัยปัจจัยอื่นๆ เช่น พลังงานก่อกัมมันต์ และทิศทางของการชนประกอบด้วย กล่าวได้ว่า การชนกันบางโอกาสเท่านั้นที่ทำให้เกิดปฏิกิริยาได้ ดังนั้นอัตราการชนจึงสูงกว่าอัตราการเกิดปฏิกิริยา

ตัวอย่าง เช่น ก๊าซ H2 1 โมล (6.02 x 1023 โมเลกุล) บรรจุอยู่ในภาชนะที่มีก๊าซ O2 1 โมล (6.02 x 1023 โมเลกุล)อัตราการชนกันระหว่างโมเลกุลของ H2 และ O2 จะมีค่ามากกว่า 1030 ครั้งต่อวินาที จะพบว่าไม่มีปฏิกิริยาเกิดขึ้น แต่ถ้านำก๊าซ NO 1 โมล บรรจุลงในภาชนะที่มีก๊าซ O2 1 โมลจะพบว่ามีอัตราการชนมากกว่า 1030 ครั้งต่อวินาที เช่นเดียวกัน แต่สามารถเกิดปฏิกิริยาได้เป็น NO2 แสดงให้เห็นว่าในบางกรณี ถึงแม้อนุภาคจะชนกันมากเพียงใดก็ยังไม่มีปฏิกิริยาเกิดขึ้น แต่บางกรณีปฏิกิริยาจะเกิดขึ้นได้อย่างรวดเร็ว

ทฤษฎีที่ใช้อธิบายการเกิดปฏิกิริยาดังกล่าวนี้ เรียกว่า ทฤษฎีการชนกันของก๊าซ

พลังงานก่อกัมมันต์ (Activation energy)

ตามหลักของทฤษฎีจลน์ ที่อุณหภูมิหนึ่งๆ โมเลกุลหรืออะตอมของก๊าซทุกชนิดจะมีพลังงานจลน์เฉลี่ยเท่ากัน และมีความเร็วเท่ากับความเร็วเฉลี่ย แต่ในสภาพความเป็นจริง โมเลกุลของก๊าซจะเคลื่อนที่ด้วยความเร็วต่างๆ กัน แม้ว่าจะเป็นโมเลกุลชนิดเดียวกัน บางกลุ่มอาจจะเคลื่อนที่ด้วยความเร็วต่ำมาก บางกลุ่มอาจจะสูงมาก หรือบางโมเลกุลมีการชนกันแล้วทำให้หยุดนิ่ง การที่โมเลกุลเหล่านี้เคลื่อนที่ได้เร็วไม่เท่ากัน ทำให้มีพลังงานจลน์ในตัวแตกต่างกัน พวกโมเลกุลที่เคลื่อนที่ช้าลงจะมีพลังงานจลน์ในตัวต่ำและพวกที่ที่เคลื่อนที่เร็ว จะมีพลังงานจลน์ในตัวสูง

เมื่อโมเลกุลเหล่านี้เคลื่อนที่ตลอดเวลาและชนกันจะทำให้มีการเปลี่ยนแปลงพลังงานเกิดขึ้น อาจจะมีการถ่ายเทพลังงานจากโมเลกุลหนึ่งไปยังอีกโมเลกุลหนึ่ง ถ้าโมเลกุลที่ชนกันนั้นมีพลังงานจลน์สูง พลังงานที่ได้จากการชนก็จะมีค่าสูง และถ้าพลังงานนั้นสูงมากพอจะทำให้เกิดการสลายพันธะในสารตั้งต้นทำให้มีโอกาสสร้างพันธะใหม่เกิดเป็นผลิตภัณฑ์ได้ ซึ่งหมายความว่า ในกรณีของการชนกันดังกล่าวจะทำให้มีปฏิกิริยาเคมีเกิดขึ้น แต่ในทางตรงกันข้าม เนื่องจากโมเลกุลทั้งหมดไม่ได้มีพลังงานจลน์สูงมากพอ บางโมเลกุลอาจจะมีพลังงานต่ำมาก เมื่อโมเลกุลเหล่านี้มาชนกันพลังงานที่ได้จากการชนกันจะมีค่าไม่สูงพอ ทำให้ไม่สามารถสลายพันธะของสารตั้งต้น ดังนั้นปฏิกิริยาจึงไม่เกิดขึ้น นั่นคือ การชนกันของโมเลกุลที่พลังงานต่ำปฏิกิริยาเคมีจะไม่เกิดขึ้น “พลังงานของโมเลกุลที่ชนกันแล้ว ทำให้มีปฏิกิริยาเกิดขึ้นได้อย่างน้อยจะต้องมีค่าเท่ากับพลังงานค่าหนึ่ง เรียกว่า ก่อกัมมันต์หรือพลังงานกระตุ้น” ถ้าโมเลกุลที่เข้ามาชนกันมีพลังงานเท่ากับ หรือมากกว่าพลังงานก่อกัมมันต์ การชนกันนั้นจะทำให้เกิดปฏิกิริยาเคมีได้ แต่ถ้าโมเลกุลที่เข้ามาชนกัน มีพลังงานน้อยกว่าพลังงานก่อกัมมันต์ การชนกันนั้นจะไม่เกิดปฏิกิริยาเคมี

เมื่อโมเลกุลที่มีพลังงานในตัวสูงกว่าพลังงานพลังงานกระตุ้นเข้ามาชนกัน จะก่อให้เกิดการสลายพันธะภายในโมเลกุลนั้น ในขณะเดียวกันจะเกิดการสร้างพันธะขึ้นใหม่พร้อมๆ กัน ก่อให้เกิดสารประกอบเชิงซ้อนที่มีทั้งการสลายและสร้างพันธะขึ้น เรียกสารนี้ว่า สารเชิงซ้อนที่ถูกกระตุ้น (activated complex) สารเชิงซ้อนที่ถูกกระตุ้นจะมีพลังงานในตัวสูงกว่าโมเลกุลเดิมทำให้อยู่ในสภาวะที่ไม่เสถียร อาจจะเกิดการเปลี่ยนแปลงต่อไปกลายเป็นผลิตภัณฑ์หรืออาจจะกลับคืนเป็นสารเดิมก็ได้

ทิศทางการชนกันของโมเลกุล

ถึงแม้ว่าโมเลกุลที่เข้ามาชนกัน จะมีพลังงานในตัวสูงมากกว่า พลังงานก่อกัมมันต์ และชนกันอย่างแรง อาจจะไม่เกิดปฏิกิริยาก็ได้ถ้าทิศทางของการชนกัน หรือตำแหน่งการจัดตัวของโมเลกุลที่เข้าชนกันไม่เหมาะสม หมายความว่า ปฏิกิริยาเคมีจะเกิดขึ้นได้นั้นต้องขึ้นอยู่กับทิศทางการชนกันด้วย โดยที่ทิศทางของการชนมีส่วนสัมพันธ์กับพลังงานก่อกัมมันต์ของปฏิกิริยา ถ้าทิศทางของการชนเหมาะสม พลังงานก่อกัมมันต์ของปฏิกิริยาจะต่ำกว่าในกรณีที่ทิศทางของการชนไม่เหมาะสม ซึ่งเป็นผลให้เกิดปฏิกิริยาได้ง่ายกว่า

การอธิบายเกี่ยวกับการเกิดปฏิกิริยาเคมีจึงสามารถสรุปได้ว่า “ปฏิกิริยาเคมีจะเกิดขึ้นได้เมื่ออนุภาคของสารตั้งต้นเข้ามาชนกัน อนุภาคที่เข้ามาชนกันนี้จะต้องมีพลังงานในตัว อย่างน้อยเท่ากับพลังงานก่อกัมมันต์ และจะต้องชนกันในทิศทางที่เหมาะสม” ซึ่งเป็นเหตุผลที่ใช้อธิบายว่าทำไมการชนกันบางครั้งเท่านั้น จึงเกิดปฏิกิริยา โมเลกุลส่วนหนึ่ง จะมีพลังงานน้อยกว่า พลังงาน ก่อกัมมันต์ ซึ่งเมื่อชนกันจะไม่เกิดปฏิกิริยา และโมเลกุลที่มีพลังงานมากกว่าพลังงานก่อกัมมันต์ ถ้าชนกันไม่ถูกทิศทางก็จะไม่เกิดปฏิกิริยาเช่นเดียวกัน ดังนั้นอัตราการเกิดปฏิกิริยาจึงต้องมีค่าน้อยกว่าอัตราการชนกันของโมเลกุล

สำหรับการที่จะอธิบายว่าปฏิกิริยาเคมีหนึ่ง ๆ มีอัตราการเกิดปฏิกิริยาสูงหรือต่ำต้องอาศัยปัจจัย 2 อย่าง คือ

1. จำนวนอนุภาคที่มีพลังงานสูง

2. ค่าพลังงานก่อกัมมันต์ของปฏิกิริยา

การที่ปฏิกิริยาเกิดช้าเป็นเพราะปฏิกิริยานั้นมีพลังงานก่อกัมมันต์สูง ซึ่งอนุภาคที่จะชนกันแล้วทำให้เกิดพลังงานเท่ากับ หรือ มากกว่าพลังงานก่อกัมมันต์ จะต้องเป็นอนุภาคที่มีพลังงานสูงมาก ซึ่งที่อุณหภูมิปกติอนุภาคที่มีพลังงานสูงๆ เหล่านี้จะมีจำนวนน้อย จึงเป็นผลให้อัตราการเกิดปฏิกิริยาต่ำ

ดังนั้น ปฏิกิริยาที่เกิดเร็วจะต้องมีค่าพลังงานก่อกัมมันต์ต่ำ และมีจำนวนอนุภาค ที่มีพลังงานสูงอยู่มาก ในทำนองกลับกัน ปฏิกิริยาจะเกิดช้าถ้ามีพลังงานก่อกัมมันต์สูง และมีจำนวนอนุภาคที่มีพลังงานสูงอยู่น้อย โดยทั่วๆ ไปพลังงานก่อกัมมันต์กับจำนวนโมเลกุลทีมีพลังงานสูง จะมีส่วนสัมพันธ์กัน ในปฏิกิริยาที่มีพลังงานก่อกัมมันต์ต่ำ จะมีโมเลกุลที่มีพลังงานสูงๆ เมื่อเทียบกับพลังงานก่อกัมมันต์จำนวนมาก ในขณะที่ปฏิกิริยาที่มีพลังงานก่อกัมมันต์สูง จะมีโมเลกุลที่มีพลังงานสูงๆ อยู่น้อย

2. พลังงานกับการดำเนินไปของปฏิกิริยา

เนื่องจากการเกิดปฏิกิริยาเคมี จะต้องมีพลังงานเข้ามาเกี่ยวข้องด้วย ถ้าเป็นปฏิกิริยาของสารประกอบโคเวเลนต์จะมีการสลายพันธะของสารตั้งต้น และมีการสร้างพันธะของสารผลิตภัณฑ์ขึ้น ถ้าพลังงานที่ใช้ในการสลายพันธะทั้งหมดรวมกันแล้ว มีค่ามากกว่าพลังงานที่ได้จากการเกิดพันธะใหม่รวมกัน การเปลี่ยนแปลงนั้นจะเป็นประเภทดูดความร้อน ในทางตรงกันข้าม ถ้าพลังงานที่ใช้ในการสลายพันธะทั้งหมดรวมกันมีค่าน้อยกว่า พลังงานที่เกิดขึ้นเนื่องจากการสร้างพันธะรวมกัน การเปลี่ยนแปลงนั้นก็จะเป็นประเภทคายความร้อน

ในแง่ของพลังงานของโมเลกุล ถ้าสารที่เป็นผลิตภัณฑ์มีพลังงานต่ำกว่าสารตั้งต้น ปฏิกิริยานั้นจะเป็นประเภทคายพลังงาน แต่ถ้าสารที่เป็นผลิตภัณฑ์มีพลังงานสูงกว่าสารตังต้น ปฏิกิริยานั้นจะเป็นประเภทดูดพลังงาน

พลังงานก่อกัมมันต์( Ea) กับอัตราการเกิดปฏิกิริยา

ค่า Ea สามารถใช้เปรียบเทียบอัตราการเกิดปฏิกิริยาได้โดย

“ปฏิกิริยาที่มีค่า Ea ต่ำ จะเกิดได้เร็วกว่าปฏิกิริยาที่มี Ea สูง” เช่น

2H2(g) + O2(g) ------à 2H2O (g) มี Ea สูงมาก ทำให้เกิดปฏิกิริยาช้ามากจนสังเกตไม่ได้

แต่ปฏิกิริยา 2NO (g) + O2 (g) ------à 2NO2(g) เกิดเร็วมากเพราะมี Ea ต่ำ

อย่างไรก็ตามปฏิกิริยาที่มีค่า Ea ต่ำ อย่างน้อยที่สุดค่า Ea จะต้องเท่ากับพลังงานของสารตั้งต้น ค่า Ea ของปฏิกิริยาแต่ละชนิดจะน้อยกว่าพลังงานของสารตั้งต้นไม่ได้ ค่า Ea เป็นค่าเฉพาะตัวของปฏิกิริยาหนึ่งๆ ไม่ขึ้นกับอุณหภูมิ ค่า Ea ของปฏิกิริยาต่างชนิดกันจะมีค่าไม่เท่ากัน