กฎอัตราของปฏิกิริยาเคมี
กฎอัตราเร็วของปฏิกิริยา (Rate Law)
ในการเกิดปฏิกิริยาต่าง ๆ พบว่าส่วนใหญ่แล้วอัตราเร็วของปฏิกิริยาจะสัมพันธ์กับความเข้มข้นของสารตั้งต้น แต่เป็นไปได้หลายรูปแบบ ความเข้มข้นของสารตั้งต้นแต่ละชนิดอาจมีผลต่ออัตราเร็วของปฏิกิริยาแตกต่างกัน และสารตั้งต้นบางชนิดอาจไม่มีผลต่ออัตราเร็วของปฏิกิริยาก็ได้ กฎอัตราเร็วคือการเขียนสมการเพื่อแสดงว่าอัตราเร็วของปฏิกิริยามีความสัมพันธ์กับความเข้มข้นของสารตั้งต้นแต่ละชนิดในรูปแบบใด
ถ้าปฏิกิริยาคือ A(aq) + B(aq) --------> AB(aq)
รูปแบบของกฎอัตราเร็วจะเป็นดังนี้
R = k[A]m[B]n
R หมายถึง อัตราเร็วของปฏิกิริยาต่าง ๆ
k หมายถึง ค่าคงที่ของอัตราเร็ว หาได้จาก
m , n หมายถึง เลขยกกำลังของจำนวนเท่าของความเข้มข้นของสารตั้งต้นแต่ละชนิด ที่มีค่าเท่ากับเลขยกกำลังของจำนวนเท่า ของ R ที่เพิ่มขึ้นอันมีผลมาจากความเข้มข้นของสารนั้น ๆ
การเขียนกฎอัตราเร็วทำได้ 3 วิธีคือ
1. สำหรับปฏิกิริยาขั้นตอนเดียว ให้เขียนกฎอัตราเร็วได้จากสมการแสดงปฎิกิริยาโดยตรง เช่น
A(aq) + B(aq) ---> AB(aq) กฎอัตราเร็วคือ R = k[A][B]
2A(aq) + 2B(aq) ---> 2AB(aq) กฎอัตราเร็วคือ R = k[A]2[B]2
2A(aq) + 3B(aq) ---> A2B3(aq) กฎอัตราเร็วคือ R = k[A]2[B]3
2. สำหรับปฏิกิริยาที่ประกอบด้วยขั้นตอนมากกว่า 1 ขั้นตอน แต่ทราบว่าขั้นตอนใดเป็นขั้นกำหนดอัตราเร็ว (ขั้นที่เกิดช้า ที่สุด คือมีค่า Ea สูงสุด เรียกว่าขั้นกำหนดอัตราเร็ว, Rate determining step) ให้เขียนกฎอัตราเร็วจากสมการแสดงปฏิกิริยาขัhนที่เกิดช้า เช่น
ปฏิกิริยา A(aq) ---> E(aq) ประกอบด้วยขั้นตอนย่อย ๆ ดังนี้
ขั้นที่ 1 A(aq) + B(aq) è C(aq) …… เกิดเร็ว
ขั้นที่ 2 C(aq) + 2D(aq) è E(aq) ………เกิดช้า
เขียนกฎอัตราเร็วจากสมการ ขั้นที่ 2 ; R = k[C][D]2
3. สำหรับปฏิกิริยาที่ไม่ทราบว่ามีกี่ขั้นตอนและไม่ทราบว่าขั้นตอนใดเป็นขั้นกำหนดอัตราเร็ว การเขียนกฎอัตราเร็วจะเป็นเรื่องยุ่งยาก เพราะจะต้องนำผลการทดลองมาพิจารณาว่าความเข้มข้นของสารตั้งต้นชนิดใดมีผลหรือไม่มีผลต่ออัตราเร็วของปฏิกิริยา สารตั้งต้นที่ไม่มีผลต่ออัตราเร็วของปฏิกิริยาไม่ต้องนำมาเขียนในกฎอัตราเร็ว หรือถ้าจะเขียนให้เขียนในรูป [ความเข้มข้น]0 เช่น ปฏิกิริยา A(aq) + B(aq) + C(aq) è D(aq) มีผลการทดลองดังนี้
|
การทดลองที่
|
[A] ,mol/dm3
|
[B] ,mol/dm3
|
[C] ,mol/dm3
|
เวลา (min)
|
[D],mol/dm3.s
|
|
1
|
1.0
|
1.0
|
1.0
|
10
|
1.0
|
|
2
|
2.0
|
1.0
|
1.0
|
10
|
2.0
|
|
3
|
1.0
|
2.0
|
1.0
|
10
|
4.0
|
|
4
|
1.0
|
1.0
|
2.0
|
10
|
1.0
|
|
5
|
2.0
|
2.0
|
2.0
|
10
|
เท่าไร
|
รูปแบบของกฎอัตราเร็วคือ ; R = k[A]m[B]n
ก่อนอื่นต้องพิจารณาว่าความเข้มข้นของสารตั้งต้นแต่ละชนิด มีผลต่ออัตราเร็วของปฏิกิริยาหรือไม่อย่างไร วิธีพิจารณาก็คือเปรียบเทียบระหว่างการทดลองต่าง ๆ ที่ความเข้มข้นของสารตั้งต้นชนิดนั้นเปลี่ยนไป ใขขณะที่ความเข้มข้นของสารอื่น ๆ คงที่ เช่นถ้าต้องการทราบว่า [A] มีผลต่ออัตราเร็วของปฏิกิริยาหรือไม่ ควรพิจารณาเปรียบเทียบระหว่างการทดลองที่ 1 กับ 2 ซึ่ง [A] เพิ่มขึ้นเป็น 2 เท่า ในขณะที่ [B] และ [C] คงที่ ซึ่งจะเห็นได้ว่ามีผลให้อัตราเร็วของปฏิกิริยา
( R) เพิ่มขึ้นเป็น 2 เท่าเช่นกัน นำความสัมพันธ์ระหว่างจำนวนเท่าของ [A] ที่เพิ่มขึ้น กับจำนวนเท่าของ R ที่เพิ่มขึ้นมาเขียนในรูปสมการ ดังนี้
[A]m = R
[2]m = 2
m = 1
เมื่อต้องการทราบว่า [B] มีผลต่ออัตราเร็วของปฏิกิริยาหรือไม่ เปรียบเทียบระหว่างการทดลองที่ 1 กับ 3 ซึ่งเพิ่ม [B] ขึ้นเป็น 2 เท่า ในขณะที่ความเข้มข้นของสารอื่น ๆ คงที่ พบว่าทำให้อัตราเร็วของปฏิกิริยา ( R) เพิ่มขึ้นเป็น 4 เท่า นำความสัมพันธ์ระหว่างจำนวนเท่าของ [A] ที่เพิ่มขึ้น กับจำนวนเท่าของ R ที่เพิ่มขึ้นมาเขียสสมการ ดังนี้
[B]n = R
[2]n = 4
[2]n = 22
n = 2
เมื่อต้องการทราบว่า [C] มีผลต่ออัตราเร็วของปฏิกิริยาหรือไม่ เปรียบเทียบการทดลองที่ 1 กับ 4 ซึ่งเพิ่ม [C] ขึ้นเป็น 2 เท่า แต่พบว่าอัตราเร็วของปฏิกิริยายังคงที่ แสดงว่า [C] ไม่มีผลต่ออัตราเร็ว นำความสัมพันธ์ระหว่างจำนวนเท่าของ [C] ที่เพิ่มขึ้น กับจำนวนเท่าของ R ที่เพิ่มขึ้นมาเขียนสมการ ดังนี้
[C]x = R0
x = 0
กฎอัตราเร็วเป็นดังนี้ ; R = k[A][B]2[C]0
หรือ R = k[A][B]2
** ค่า k เป็นค่าคงที่ของอัตราเร็วของปฏิกิริยานั้น ๆ ( ไม่ว่าจะคิดค่า k จากผลการทอลองใดก็จะได้ค่าเท่ากัน เช่น)
คิดจากการทดลองที่ 1 ; R = k[A][B]2
1 = k[1][1]2
k = 1
คิดจากการทดลองที่ 2 ; R = k[A][B]2
2 = k[2][1]2
k = 1
คิดจากการทดลองที่ 3 ; R = k[A][B]2
4 = k[1][2]2
k = 1
** สำหรับการทดลองที่ 5 ต้องการทราบว่า [D] เป็นเท่าไร จะหาได้ดังนี้
จากกฎอัตราเร็ว ; R = k[A][B]2
= k[2][2]2
= 1 x [2][2]2
= 8 mol/dm3 ตอบ
ความยุ่งยากในการหากฎอัตราเร็วจะอยู่ที่ปฏิกิริยาซึ่งการเพิ่มความเข้มข้นของสารตั้งต้น กับการเพิ่มขึ้นของอัตราเร็วไม่สัมพันธ์กันในรูปของเลขยกกำลังที่เป็นจำนวนเต็ม เพราะจะต้องใช้ log ในการคิดคำนวณ เช่น
ปฏิกิริยา ; A(aq) + B(aq) ---> AB(aq) มีผลการทดลองดังนี้
|
การทดลองที่
|
[A]
|
[B]
|
t(sec)
|
[AB]
|
|
1
|
1.00
|
1.00
|
10
|
1.00
|
|
2
|
2.00
|
1.00
|
10
|
3.00
|
|
3
|
1.00
|
2.00
|
10
|
5.300
|
รูปแบบของกฎอัตราเร็วคือ ; R = k[A]m[B]n
เมื่อต้องการทราบว่า [A] มีผลต่ออัตราเร็วของปฏิกิริยาอย่างไร ควรเปรียบเทียบระหว่างการทดลองที่ 1 กับ 2 เพราะมีการเพิ่ม [A] โดย [B] คงที่ ผลการเปรียบเทียบเป็นดังนี้
[A]m = R
[2]m = 3
log[2]m = log3
m(log2) = log3
0.301m = 0.477
m =
= 1.58
เมื่อต้องการทราบว่า [B] มีผลต่ออัตราเร็วของปฏิกิริยาอย่างไร ควรเปรียบเทียบระหว่างการทดลองที่ 1 กับ 3 เพราะมีการเพิ่ม [B] โดย [A] คงที่ ผลการเปรียบเทียบจะเป็นดังนี้
[B]n = R
[2]n = 5
log[2]n = log5
n(log2) = log5
0.301n = 0.699
n = 2.32
เพราะฉะนั้นกฎอัตราเร็วของปฏิกิริยาดังกล่าวนี้คือ ; R = k[A]1.58[B]2.32
ค่าคงที่ของอัตราเร็วจะเป็นดังนี้ (คิดจากการทดลองใดก็ได้ค่าเท่ากัน จะคิดจากการทดลองที่ 1 )
R = k[A]1.58[B]2.32
k = 1
รูปภาพที่เกี่ยวข้อง
|
ต้องการให้คะแนนบทความนี้่ ?
|
 
สถานะ : ผู้ใช้ลงทะเบียน
วิทยาศาสตร์
|
|
|
คะแนนโหวด