โรงเรียนนวมินทราชินูทิศ สตรีวิทยา พุทธมณฑล

อัตราเร็วของการเกิดปฏิกิริยาเคมี (Rate of chemical reaction , R,r)
ตอนที่ 1 ชนิดของอัตราเร็ว

                การเกิดปฏิกิริยาเคมี คือการเปลี่ยนแปลงที่ทำให้มีสารใหม่เกิดขึ้น ไม่ว่าจะเป็นปฏิกิริยาขั้นตอนเดียวหรือหลายขั้นตอน เกิดขึ้นโดยสมบูรณ์หรือไม่สมบูรณ์ก็ได้ เมื่อมีปฏิกิริยาเคมีเกิดขึ้นย่อมมีผลให้สารตั้งต้นถูกใช้ไป ขณะเดียวกันก็มีสารใหม่ที่เป็นผลิตภัณฑ์เกิดขึ้น ดังได้ทราบมาแล้วจากเรื่องปริมาณสารสัมพันธ์ สิ่งที่จะต้องทราบเพิ่มเติมก็คือการเกิดปฏิกิริยาเคมีต่าง ๆ ต้องใช้เวลา มีการพูดถึงอัตราเร็วของปฏิกิริยาในเชิงคุณภาพและเชิงปริมาณ
              ในเชิงคุณภาพ (qualitative) หมายถึงเป็นการพิจารณาอย่างกว้าง ๆ ว่า อัตราเร็วของปฏิกิริยาดูได้จากปริมาณของสารตั้งต้นที่ลดลง หรือดูจากปริมาณผลิตภัณฑ์ที่เกิดขึ้นก็ได้
                ในเชิงปริมาณ (quantitative) หมายถึงการพิจารณาว่าปริมาณสารตั้งต้นแต่ละชนิดที่ลดลงหรือปริมาณของผลิตภัณฑ์แต่ละชนิดที่เกิดขึ้นนั้น มีปริมาณเท่าไรใน 1 หน่วยเวลา

              ถ้าปฏิกิริยาคือ A + B → AB
              - ในเชิงคุณภาพเรากล่าวได้ว่า จะหาอัตราเร็วของปฏิกิริยาได้จาก การลดลงของ A หรือ B หรือจากการเกิดขึ้นของ AB ก็ได้
              - ในเชิงปริมาณเรากล่าวได้ว่า อัตราเร็วของปฏิกิริยาคิดจากการลดลงของ A หรือ B หรือการเกิดขึ้นของ AB ใน 1 หน่วยเวลา ก็ได้

                กำหนดให้  Δ แทนการเปลี่ยนแปลงของสิ่งใด ๆ เมื่อนำไปไว้หน้าสิ่งใด ๆ ก็ให้หมายถึงปริมาณของสิ่งนั้น ๆ ที่เปลี่ยนแปลงไป   เช่น Δ[A]      หมายถึงปริมาณของสาร A ที่เปลี่ยนแปลงไปหรือถูกใช้ไป
  Δ[B] หมายถึงปริมาณของสาร B ที่เปลี่ยนแปลงไปหรือถูกใช้ไป
                                          Δ[AB]   หมายถึงปริมาณของสาร AB ที่เปลี่ยนแปลงไปหรือเกิดขึ้นใหม่
                                          Δt หมายถึงเวลาที่เปลี่ยนแปลงไปหรือถูกใช้ไปในการเกิดปฏิกิริยา

จากปฏิกิริยา A + B → AB อัตราเร็วของปฏิกิริยาเป็นดังนี้

** บางครั้งให้ใช้เครื่องหมายลบ (-)เป็นสัญลักษณ์แสดงอัตราเร็วของปฏิกิริยาเมื่อคิดจากปริมาณของสารตั้งต้นที่ถูกใช้ไป (ไม่ได้หมายความว่าอัตราเร็วของปฏิกิริยามีค่าน้อยกว่าศูนย์) และใช้ใช้เครื่องหมายบวก (+) เป็นสัญลักษณ์ว่าคิดอัตราเร็วจากปริมาณของผลิตภัณฑ์ที่เกิดขึ้น ดังนี้

ถ้าปฏิกิริยาคือ A₂ + B₂ → 2AB จะเห็นได้ว่าปริมาณของ A₂ และ B₂ ที่ถูกใช้ไปจะเท่ากัน แต่ไม่เท่ากับ AB ที่เกิดขึ้น ถ้าคิดอัตราเร็วตามความเป็นจริงของการเกิดปฏิกิริยาจะเป็นดังนี้

อัตราเร็วในลักษณะนี้เป็นอัตราเร็วของการเปลี่ยนแปลงของปริมาณของสารต่าง ๆ ที่เกิดขึ้นจริงในปฏิกิริยานั้น ๆ

** ถ้าต้องการทำให้อัตราเร็วของปฏิกิริยาเท่ากัน จึงต้องเติม 1/จำนวนโมล ของแต่ละสารเอาไว้ข้างหน้า ดังนี้

ทำให้มีค่าเท่ากันจะเป็นดังนี้

ชนิดของอัตราเร็วของปฏิกิริยา

            อาจจำแนกอัตราเร็วของปฏิกิริยาออกเป็น 3 ชนิดคือ
                                1. อัตราเร็วเฉลี่ยของทั้งปฏิกิริยา คืออัตราเร็วที่คิดครั้งเดียวว่าตั้งแต่เริ่มต้นจนสิ้นสุดของปฏิกิริยานั้น ๆ สารตั้งต้นแต่ละชนิดถูกใช้ไปเท่าไรใน 1 หน่วยเวลา หรือผลิตภัณฑ์แต่ละชนิดเกิดขึ้นเท่าไรใน 1 หน่วยเวลา อัตราเร็วชนิดนี้มีเพียง 1 ค่า เมื่อมีการเกิดปฏิกิริยาแต่ละครั้ง
                                2. อัตราเร็วเฉลี่ย ณ บางช่วงของปฏิกิริยา คือเป็นการคิดอัตราเร็วของปฏิกิริยาในช่วงเวลาหนึ่ง ๆ ระหว่างการเกิดปฏิกิริยานั้น ๆ อัตราเร็วชนิดนี้มีได้หลายค่า แล้วแต่ว่าจะคิดในเวลาช่วงใดบ้าง
                                3. อัตราเร็ว ณ เวลาต่าง ๆ ระหว่างการเกิดปฏิกิริยา คือการคิดอัตราเร็ว ณ เวลาใดเวลาหนึ่ง(ไม่ใช่ช่วงเวลา) ของการเกิดปฏิกิริยานั้น ๆ จึงมีได้มากมายหลายค่าแล้วแต่จะคิดที่เวลาใดบ้าง กรณีนี้ต้องนำข้อมูลการเกิดปฏิกิริยาระหว่างปริมาณสารที่เปลี่ยนแปลงไปกับเวลามาเขียนกราฟ แล้วหาอัตราเร็ว ณ เวลาต่าง ๆ จากความชัน (Slope) ของกราฟ ณ เวลานั้น ๆ

อัตราเร็วของปฏิกิริยาจะมากหรือน้อย มีจุดเริ่มต้นอยู่ที่สมบัติเฉพาะตัวของสารแต่ละชนิด ว่ามีความว่องไวต่อการเกิดปฏิกิริยาเพียงใด จากนั้นจะมีปัจจัยอื่น ๆ เป็นปัจจัยร่วมที่จะทำให้อัตราเร็วของปฏิกิริยาเพิ่มขึ้นหรือละลงได้
(คลิ้ก ชม Rate of reaction)

ตัวอย่าง ปฏิกิริยา Zn(s) + H₂SO₄(aq) → ZnSO₄(aq) + H₂(g) วัดความเข้มข้นของ H₂SO₄ ที่เปลี่ยนไป ณ เวลาต่าง ๆ ตั้งแต่เริ่มต้นจนปฏิกิริยาสิ้นสุด ได้ผลดังตาราง

วิธีทำ
1. อัตราเร็วเฉลี่ยของปฏิกิริยาในหน่วย mol/dm³.min เป็นดังนี้

นำข้อมูลของการเกิดปฏิกิริยามาเขียนกราฟได้ดังนี้

อัตราเร็ว ณ นาทีที่ 1.5 หาได้จากความชันของกราฟ ณ เวลาดังกล่าว จะเห็นได้ว่า a ก็คือความเข้มข้นของ H₂SO₄ ที่เปลี่ยนแปลงไป หรือ Δ[H₂SO₄] ในขณะที่ b ก็คือเวลาที่เปลี่ยนแปลงไป หรือ Δt

R ณ นาทีที่ 1.5 = a/b = Δ[H₂SO₄]/ Δt = (0.60 - 0.30 mol/dm³)/(2-1)min = 0.3 mol/dm³/1 mim

หมายเหตุ อัตราเร็วของปฏิกิริยาทั่วไปจะเร็วมากเมื่อเริ่มต้นแล้วค่อย ๆ ลดลงเมื่อเวลาผ่านไป

1. A chemist wishes to determine the rate of reaction of zinc with hydrochloric acid. The

equation for the reaction is:
(นักเคมีต้องการหาอัตราเร็วของปฏิกิริยาระหว่างสังกะสีกับกรดไฮโดรคลอริก ซึ่งมีปฏิกิริยาดังสมการ)

    A piece of zinc is dropped into 1.00 L of 0.100 M HCl and the following data were obtained:
    (เมื่อใส่สังกะสีชิ้นหนึ่งลงไปในสารละลายกรดไฮโดรคลอริก ความเข้มข้น 0.100 M จำนวน 1.00 ลิตร เมื่อติดตามการ
     เกิดปฏิกิริยาพบว่าเป็นดังตาราง)

a) Calculate the Rate of Reaction in grams of Zn consumed per second.
(จงคำนวณหาอัตราเร็วของปฏิกิริยาจากการลดลงของ Zn ในหน่วยกรัม/วินาที) ตอบ 5.0 x 10^-4 g/s

b) Calculate the Rate of Reaction in moles of Zn consumed per second.
(จงคำนวณหาอัตราเร็วของปฏิกิริยาจากการลดลงของ Zn ในหน่วยโมล/วินาที) ตอบ 7.6 x 10^-6 mol/s

c) What will happen to the [H⁺] as the reaction proceeds?
(ความเข้มข้นของ H⁺ จะเปลี่ยนแปลงอย่างไรเมื่อเกิดปฏิกิริยา)

d) What will happen to the [Cl^-] as the reaction proceeds?
(ความเข้มข้นของ Cl^- จะเปลี่ยนแปลงอย่างไรเมื่อเกิดปฏิกิริยา)

2. When magnesium is reacted with dilute hydrochloric acid (HCl), a reaction occurs in which

     hydrogen gas and magnesium chloride is formed.
     (เมื่อแมกนีเซียมทำปฏิกิริยากับสารละลายกรดไฮโดรคลอริกเจือจาง จงได้ก๊าซไฮโดรเจนและแมกนีเซียมคลอไรด์เป็น
     ผลิตภัณฑ์)

a) Write a balanced formula equation for this reaction. (จงเขียนและดุลสมการแสดงปฏิกิริยาที่เกิดขึ้น)

b) If the rate of consumption of magnesium is 5.0 x 10^-9 mol/s, find the mass of Mg consumed in 5.0 minutes.
(ถ้าอัตราเร็วของการให้แมกนีเซียมคือ 5.0 x 10^-9 mol/s อยากทราบว่าถ้าเวลาผ่านไป 5.0 นาที จะใช้แมกนีเซียมไปกี่
กรัม) ตอบ 3.6 x 10^-5 g

Suggest a method which could be used to monitor the rate of this reaction.
(จากปฏิกิริยาและข้อมูลที่กำหนดให้ จงเสนอวิธีหาอัตราเร็วของการเกิดปฏิกิริยาดังกล่าวนี้)

Why wouldn’t total pressure be a good way to monitor the rate of this reaction?
(เหตุใดจึงใช้ความดันรวมในการหาอัตราเร็วของปฏิกิริของปฏิกิริยานี้ไม่ได้)

4. Given the following reaction and graph:
CaCO₃(s) + 2HCl(aq) → CaCl₂(aq) + CO₂(g) + H₂O(l)

a) Calculate the average rate of reaction in mL CO₂ /min for the time interval 0 – 2 min.
(จงคำนวณหาอัตราเร็วเฉลี่ยของปฏิกิริยา ในหน่วย mL ของ CO₂/นาที ) ตอบ 17 mL/min

b) Calculate the average rate of reaction in mL CO₂ /min for the time interval 2 – 4 min.
(จงคำนวณหาอัตราเร็วเฉลี่ยของปฏิกิริยา ระหว่างนาทีที่ 2-4 ในหน่วย mL ของ CO₂/นาที ) (ตอบ
7.5 ml/min)

5. Ent.43 ต.ค. สาร X สามารถสลายตัวได้ดังสมการ 3X → 5Y + 6Z

วัดความเข้มข้นของสารละลาย X ที่เปลี่ยนไปในขณะที่เกิดปฏิกิริยาเป็นดังตารางต่อไปนี้

ถ้าอัตราการเกิดปฏิกิริยาเฉลี่ยในช่วง 15 ถึง 20 วินาที มีค่าคงที่ ความเข้มข้นของสาร X ในหน่วย mol/dm³ ที่เวลา 17 วินาที มีค่าเท่าไร

6. Ent.44 มี.ค. สาร X สลายตัวได้ดังสมการ 3X → 5Y + 6Z เมื่อวัดความเข้มข้นของสาร X ในขณะที่เกิดปฏิกิริยา
พบว่าได้ข้อมูลดังตารางต่อไปนี้

ที่เวลา 5 วินาที สาร Y จะมีความเข้มข้นกี่โมล/ลูกบาศก์ก์เดซิเมตร

7. Ent.47 ต.ค. A B และ C อยู่ในภาชนะเดียวกัน A ทำปฏิกิริยากับ B แล้วได้สาร X ดังสมการ

A + 2B è X และ A ทำปฏิกิริยากับ C ได้สาร Y การวัดมวลของสารที่เวลาต่าง ๆ ได้ผลดังนี้

^{เวลา(นาที)}

จำนวนโมล

20.0

18.5

17.0

10.0

9.0

8.0

2.0

1.5

1.0

0.0

0.5

1.0

0.0

0.5

1.0

A กับ C เกิดปฏิกิริยาตรงตามข้อใด และสิ้นสุดในเวลากี่นาที

8. O-Net 50 ปฏิกิริยาเคมีระหว่างลวดแมกนีเซียมกับสารละลายกรดซัลฟิวริกเป็นดังสมการ

บันทึกเวลาในการเกิดแก๊ส H₂ เริ่มต้นจนถึงปริมาตร 5 cm³ ดังตาราง

	อัตราการเกิดปฏิกิริยา (cm³/s)
	อัตราเฉลี่ย	อัตราช่วงเกิดแก๊ส H₂ ปริมาตร 3-5 cm³
1.	0.16	0.18
2.	0.25	0.18
3.	0.50	0.25
4.	0.25	0.27