6.2แนวคิดเกี่ยวกับการเกิดปฏิกิริยาเคมี

สร้างเว็บ

ความหมายอัตราการเกิดปฏิกิริยา

เเนวคิดเกี่ยวกับการเกิดปฏิกิริยา

พลังงานกับการดำเนินไปของปฏิกิริยา

ปัจจัยที่มีผลอัตราการเกิดปฏิกิริยา

แนวคิดเกี่ยวกับการเกิดปฏิกิริยาเคมี

          นักวิทยาศาสตร์เชื่อว่าในการเกิดปฏิกิริยาเคมีอนุภาคของสารตั้งต้นซึ่งอาจเป็นโมเลกุล อะตอม หรือ ไอออนจะต้องชนกัน ถ้าการชนกันทุกครั้งทำให้เกิดปฏิกิริยาเคมี จะเป็นผลให้ปฏิกิริยาเคมีเกิดขึ้นอย่างรวดเร็ว แต่จากการทดลองพบว่าการชนกันของอนุภาคไม่สามารถทำให้เกิดปฏิกิริยาเคมีได้ทุกครั้ง มีเพียงบางครั้งเท่านั้นที่มีปฏิกิริยาเคมีเกิดขึ้น นักเรียนคิดว่าเป็นเพราะเหตุใด
          จากความรู้เกี่ยวกับทฤษฎีจลน์ที่ได้ศึกษามาแล้วอธิบายได้ว่า ณ อุณหภูมิหนึ่ง โมเลกุลของแก๊สชนิดเดียวกันเคลื่อนที่ด้วยอัตราเร็วแตกต่างกัน โมเลกุลที่เคลื่อนที่ช้าจะมีพลังงานจลน์ต่ำ ส่วนโมเลกุลที่เคลื่อนที่เร็วจะมีพลังงานจลน์สูง ถ้าโมเลกุลที่มีพลังงานจลน์สูงหรือมีอัตราเร็วสูงชนกันพลังงานที่เกิดจากการชนกันก็มีค่าสูงด้วย และถ้าพลังงานมีค่าสูงพอก็จะเกิดการสลายพันธะในสารตั้งต้นแล้วสร้าพันธะใหม่เกิดเป็นผลิตภัณฑ์ซึ่งก็คือการเกิดปฏิกิริยาเคมี แต่ถ้าโมเลกุลที่มีพลังงานจลน์ต่ำเกิดการชนกันและพลังงานมีค่าไม่สูงพอก็จะไม่มีปฏิกิริยาเคมีเกิดขึ้น

ออนุภาคของสารชนกันแล้วจะมีปฏิกิริยาเคมีเกิดขึ้นหรือไม่ ยังขึ้นอยู่กับทิศทางในการชนกันด้วย เช่น ปฏิกิริยาระหว่างแก๊สไฮโดรเจนกับแก๊สไอโอดีน ดังสมการ
         H   $\displaystyleH_2(g)+I_2(g)\to+2HI(g)$

          การที่จะได้แก๊สไฮโดรเจนไอโอไดด์เกิดขึ้น โมเลกุลของแก๊สไฮโดรเจนกับแก๊สไอโอดีนจะต้องมีการชนกันและอาจจัดตัวขณะชนกันได้ดังรูป 6.4

รูป 6.4 แสดงการจัดเรียงโมเลกุลของ $\displaystyle H_2$ และ $\displaystyle I_2$ ขณะชนกัน

          เมื่อพิจารณาการชนกันของโมเลกุล $\displaystyle H_2$ กับ $\displaystyle I_2$ พบว่าการชนกันแบบ ข. มีโอกาสที่จะเกิดปฏิกิริยาเคมีได้มากกว่าแบบ ก. เนื่องจากทิศทางในการชนกันของโมเลกุลทั้งสองมีความเหมาะสม
          จากข้อมูลที่กล่าวมาแล้วช่วยให้สรุปได้ว่าปฏิกิริยาเคมีเกิดขึ้นได้เมื่ออนุภาคของสารตั้งต้นชนกันในทิศทางที่เหมาะสม รวมทั้งต้องมีพลังงานที่เกิดจากการชนกันอย่างน้อยที่สุดปริมาณหนึ่งซึ่งเท่ากับ พลังงานก่อกัมมันต์ ใช้สัญลักษณ์ย่อเป็น $\displaystyle E_a$
          พลังงานก่อกัมมันต์เป็นค่าที่คำนวณจากผลการทดลอง ซึ่งในแต่ละปฏิกิริยาจะมีค่าพลังงานก่อกัมมันต์ไม่เท่ากัน โดยปกติโมเลกุลที่มีพลังงานเท่ากับหรือมากกว่าพลังงานก่อกัมมันต์มีจำนวนน้อยมาก เพื่อให้เข้าใจดีขึ้นจึงอาจเปรียบเทียบการเกิดปฏิกิริยาเคมีกับการเดินทางข้ามภูเขาดังรูป 6.5

                                                                  รูป 6.5 การเดินทางข้ามภูเขา

          จากรูป 6.5 คนที่จะเดินข้ามภูเขาได้ต้องแข็งแรงมากหรือมีพลังงานมาก ดังนั้นจำนวนคนที่จะเดินข้ามภูเขาได้ภายในเวลาที่กำหนด จึงขึ้นอยู่กับองค์ประกอบที่สำคัญ 2 ประการ คือ (1) จำนวนคนที่แข็งแรงหรือมีพลังงานมา และ (2) ความสูงของภูเขา
          ถ้าอุปมาอุปไมยจำนวนคนที่แข็งแรงหรือมีพลังงานสูงกับจำนวนอนุภาคที่มีพลังงานสูง และความสูงของภูเขากับค่าพลังงานก่อกัมมันต์ของปฏิกิริยานั้น ช่วยให้อธิบายได้ว่าการที่บางปฏิกิริยาเกิดขึ้นช้ามาก เพราะปฏิกิริยานั้นมีค่าพลังงานก่อกัมมันต์สูงมาก และอนุภาคที่มีพลังงานสูงมีจำนวนน้อย โอกาสที่จะชนกันเพื่อให้ได้พลังงานสูงเท่ากับพลังงานก่อกัมมันต์จึงมีน้อยด้วย ในกรณีของปฏิกิริยาที่เกิดได้เร็วก็อธิบายได้ในทำนองเดียวกัน
          สำหรับการอธิบายการเกิดปฏิกิริยาเคมีอีกแนวคิดหนึ่งอธิบายว่า เมื่อสารเข้าทำปฏิกิริยากันจะมีสารใหม่เกิดขึ้นเป็นผลิตภัณฑ์ และในระหว่างที่สารตั้งต้นเปลี่ยนเป็นผลิตภัณฑ์นั้น จะมี สารเชิงซ้อนกัมมันต์เกิดขึ้นก่อนเพียงชั่วขณะแล้วสารเชิงซ้อนกัมมันต์ก็สลายให้ผลิตภัณฑ์ต่อไป เช่น ปฏิกิริยาระหว่างแก็ส CO กับ $\displaystyle NO_2$ เกิดเป็นแก็ส $\displaystyle CO_2$ และ NO ซึ่งอาจเขียนแผนภาพแสดงดังรูป 6.6

                           รูป 6.6 แสดงการเกิดสารเชิงซ้อนกัมมันต์แล้วเปลี่ยนเป็นผลิตภัณฑ์

ทางด้านสารตั้งต้นจะมีพันธะระหว่างอะตอม C กับ O ในโมเลกุล CO และ N กับ O ในโมเลกุล $\displaystyle NO_2$ เท่านั้น เมื่อเกิดเป็นสารเชิงซ้อนกัมมันต์ ความแข็งแรงของพันธะระหว่างอะตอม N กับ O ใน $\displaystyle NO_2$ จะลดลง และเริ่มมีพันธะอย่างอ่อน ๆ เกิดขึ้นระหว่างอะตอมของ C ใน CO กับ O ใน $\displaystyle NO_2$ เมื่อสารเชิงซ้อนกัมมันต์สลายตัวให้ผลิตภัณฑ์ จะมีการสลายพันธะเดิมระหว่างอะตอม N กับ O และมีพันธะระหว่างอะตอม C กับ O เกิดขึ้นแทนที่ สารเชิงซ้อนกัมมันต์อยู่ในสภาวะที่ไม่เสถียรเพราะมีพลังงานสูงมาก สภาวะดังกล่าวนี้เรียกว่า  สภาวะแทรนซิชันจึงอาจกล่าวได้ว่าพลังงานของสภาวะแทรนซิชันจะมีค่าประมาณพลังงานก่อกัมมันต์นั่นเอง ทั้งนี้เพราะการที่ปฏิกิริยาเคมีจะเกิดขึ้นได้อนุภาคของสารที่ชนกันจะต้องมีพลังงานอย่างน้อยที่สุดเท่ากับพลังงานก่อกัมมันต์

ความหมายอัตราการเกิดปฏิกิริยา

เเนวคิดเกี่ยวกับการเกิดปฏิกิริยา

พลังงานกับการดำเนินไปของปฏิกิริยา

ปัจจัยที่มีผลอัตราการเกิดปฏิกิริยา

บทความ