กลมสาระการเรยนรวทยาศาสตร โรงเรยนจฬาภรณราชวทยาลย ชลบร เขตพนทการศกษาชลบร เขต 1 หนา 1

ใบความรท 2 เรอง แนวคดเกยวกบการเกดปฏกรยาเคม

วชาเคมเพมเตม 2 (ว 32222 ) ชนมธยมศกษาปท 5 ผสอน ครหวานใจ โบบทอง

ชอ…………………………………สกล...............................................ชน.....................เลขท. .......................

แนวคดเกยวกบการเกดปฏกรยาเคม

ปฏกรยาเคมเกดขนไดอยางไร นกวทยาศาสตรพยายามหาค าอธบาย ในการอธบายนจะใชทฤษฎ 2 ทฤษฏ คอ ทฤษฎการชน (Collision Theory) และ ทฤษฏทรานซชนสเตด(Transition State Theory)

1 ทฤษฎการชน (Collision Theory)

นกวทยาศาสตรเชอวาในการเกดปฏกรยาเคมอนภาคของสารตงตนซงอาจเปน โมเลกล อะตอม หรอไอออนจะตองชนกน ถาการชนกนทกครงท าใหเกดปฏกรยา เคม จะมผลท าใหปฏกรยาเคมเกดขนไดเรว แตจากการทดลองพบวา การชนกนของ อนภาค ไมสามารถท าใหเกดปฏกรยาทกครง มเพยงบางครงเทานนทมปฏกรยาเกดขน

จากทฤษฎจลน อธบายไดวา ณ อณหภมหนง โมเลกลของแกสชนดเดยวกน เคลอนทดวยอตราเรวแตกตางกน โมเลกลทเคลอนทชาจะมพลงงานจลนต า สวนโมเลกลทเคลอนทเรว จะมพลงงานจลนสง ถาโมเลกลทมพลงงานจลนสง หรอมอตราเรวสงชนกน พลงงานทเกดจากการชนกจะมคาสงดวย ถามพลงงานสงพอกจะเกดการสลายพนธะในสารตงตน แลวสรางพนธะใหมขนเปนสารผลตภณฑ ซงกคอ การเกดปฏกรยาเคม แตถาโมเลกลทมพลงงานจลนต าเกดการชนกน และพลงงานมคาไมสงพอกจะไมเกดปฏกรยาเคมขน

กลมสาระการเรยนรวทยาศาสตร โรงเรยนจฬาภรณราชวทยาลย ชลบร เขตพนทการศกษาชลบร เขต 1 หนา 2

เมออนภาคของสารชนกนแลวจะมปฏกรยาเคมเกดขนหรอไม ยงขนอยกบทศทางในการชนกนดวย เชน ปฏกรยาระหวางแกสไฮโดรเจนกบแกสไอโอดน ดงสมการ

การทจะไดแกสไฮโดรเจนไอโอไดดเกดขน โมเลกลของแกสไฮโดรเจนกบแกสไอโอดนจะตองมการชนกนและอาจจดตวขณะชนกนไดดงรป

ภาพท 1 การจดตวของโมเลกล H2 และ I2 (สสวท, 2544) เมอพจารณาการชนกนของโมเลกล H2 และ I2 พบวาการชนกนแบบ ข. มโอกาสทจะเกดปฏกรยาเคมได มากกวาแบบ ก เนองจากมทศทางในการชนกนของทงสองโมเลกลมความเหมาะสม

ตวอยางการชนเพมเตม 1 ปฏกรยาระหวาง H2O (g) กบ CO (g) ไดผลตภณฑเปน H2 (g) และ CO (g)

ตามสมการ H2O (g) + CO (g) H2 (g) + CO2 (g)

กลมสาระการเรยนรวทยาศาสตร โรงเรยนจฬาภรณราชวทยาลย ชลบร เขตพนทการศกษาชลบร เขต 1 หนา 3

ภาพท 2 แสดงการจดตวของโมเลกล H2O และ CO2

การชนกนในแบบท I ออกซเจนใน H2O ชนกบคารบอนใน CO ซงถามพลงงานสงพอจะไดเปน CO2 และ H2 แสดงวาทศทางของการชนเหมาะสม สามารถเกดปฏกรยาได

การชนกนในแบบท II ออกซเจนใน H2O และใน CO ชนกน ซงเปนทศทางของการชนทไมเหมาะสม ถงแมวาจะมพลงงานสงกจะไมเกดปฏกรยา ไมได CO2 และ H2

การชนกนในแบบท III ไฮโดรเจนใน H2O ชนกบคารบอนใน CO ซงกเปนทศทางการชนทไมเหมาะสมเชนเดยวกน ดงนนการชนแบบนจะไมมปฏกรยาเกดขน

2 CO2 + H2O H2CO3 + HCO3- + H+

กาซ CO2 และ H2O อาจจะชนกนไดหลายแบบ ดงในรป

กลมสาระการเรยนรวทยาศาสตร โรงเรยนจฬาภรณราชวทยาลย ชลบร เขตพนทการศกษาชลบร เขต 1 หนา 4

ภาพท 3 ทศทางการชนกนของ CO2 และ H2O

เฉพาะการชนกนในรป (a) เทานน ถาพลงงานของโมเลกลสงมากพอ จะท าใหเกดปฏกรยาเคมได เนองจากมทศทางการชนทเหมาะสม ส าหรบการชนแบบอนๆ ถงแมวาจะมพลงงานสงกไมเกดปฏกรยา เพราะทศทางการชนไมเหมาะสม

จากขอมลทกลาวมาสรปไดวาปฏกรยาเคมเกดขนไดเมอ 1. อนภาคของสารตงตนชนกน

2. ชนในทศทางทเหมาะสม

3. พลงงานทเกดจากการชนกนอยางนอยทสดปรมาณหนงซงเทากบ พลงงาน กอกมมนต ใชสญลกษณยอเปน Ea

พลงงานกอกมมนต (activation energy, Ea)

หมายถง หมายถงพลงงานตาทสดททาใหเกดปฏกรยาเคมได พลงงานกอกมมนตเปนคาทค านวณจากผลการทดลอง ซงในแตละปฏกรยา จะมคาพลงงานกอกมมนตไมเทากน โดยปกตโมเลกลทมพลงงานเทากบหรอ มากกวาพลงงานกอกมมนตมจ านวนนอยมาก เพอใหเขาใจดขนจงอาจเปรยบเทยบ การเกดปฏกรยาเคมกบการเดนทางขามภเขาดงรป

กลมสาระการเรยนรวทยาศาสตร โรงเรยนจฬาภรณราชวทยาลย ชลบร เขตพนทการศกษาชลบร เขต 1 หนา 5

ภาพท 4 เปรยบเทยบการเกดปฏกรยาเคมกบการเดนทางขามภเขา จากรป คนทจะเดนขามภเขาไดภายในเวลาทก าหนดขนอยกบองคประกอบ 2 ประการ คอ (1) ........................................................................................................ (2) ........................................................................................................................

1 จากภาพท 4 คนทเดนทางขามภเขา และภเขาเปรยบไดกบสงใดในการเกดปฏกรยาเคม o ............................................................................................................

2 พลงงานทไดจากการสลายพนธะและพลงงานกอกมมนตเหมอนกนหรอไมอยางไร ............................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................

3 พจารณาภาพเปรยบเทยบการเลนบาสเกตบอลกบการเกดปฏกรยาเคม ภาพใดทสามารถเกดปฏกรยาเคมขนได เพราะเหตใด

...................................................................................................................................................................

...................................................................................................................................................................

.

ชวยตอบค าถามดวยครบ

กลมสาระการเรยนรวทยาศาสตร โรงเรยนจฬาภรณราชวทยาลย ชลบร เขตพนทการศกษาชลบร เขต 1 หนา 6

สรปเรองพลงงานกอกมมนต ในปฏกรยาเคมตางๆจะมคาพลงงานกอกมมนตไมเทากน จงท าใหอตราการเกดปฏกรยาเคมไมเทากน ความสมพนธระหวางอตราการเกดปฏกรยาเคมกบคาพลงงานกอกมมนตเปนดงน

1. ถาพลงงานกอกมมนตมคานอยปฏกรยาจะเกดเรว 2. ถาพลงงานกอกมมนตมคามากปฏกรยาจะเกดชา

พลงงานกอกมมนตส าหรบปฏกรยาคายความรอน และดดความรอน ภาพท 5 แสดงพลงงานกอกมมนตส าหรบปฏกรยาคายความรอน (a) และดดความรอน (b)

กลมสาระการเรยนรวทยาศาสตร โรงเรยนจฬาภรณราชวทยาลย ชลบร เขตพนทการศกษาชลบร เขต 1 หนา 7

ทบทวนเรองพลงงานกอกมมนต

1 พลงงานกอกมมนตหมายถง......................................................................................................................

2 ปฏกรยาเคมในแตละปฏกรยาจะมคาพลงงานกอกมมนตไมเทากน ถาพลงงานกอกมมนตมคามาก ปฏกรยาเคมจะเกด.......................ถาพลงงาน กอกมมนตมคานอย ปฏกรยาเคมจะเกด............

ปฏกรยาเคมจะเกดขนไดนนจะตองประกอบดวย

1. ......................................................... 2. ......................................................... 3. พลงงานทไดจากการชนกนของอนภาคสารตงตนจะตอง ..................

พลงงานกอกมมนต

จากภาพท 5 อธบายไดวา 1 พลงงานกอกมมนตในรป ......... มากกวา รป........... 2 ปฏกรยาเคมในรป.........เกดไดดกวารป............

จากทฤษฎการชน (Collision Theory)

กลมสาระการเรยนรวทยาศาสตร โรงเรยนจฬาภรณราชวทยาลย ชลบร เขตพนทการศกษาชลบร เขต 1 หนา 8

ทฤษฎสารเชงซอนกมมนต(Activated-complex theory) ทฤษฎเเอกตเวเตคคอมเพลซ เปนผลงานของเฮนร ไอยรง (Henry Eyring) และ ผรวมงานมชอเรยกอน ๆ วา ทฤษฎสภาวะทรานลซน (The Transition

State Theory) และทฤษฎอตราสมบรณ (The Absolute Rate Theory)

อธบายวาในการเกดปฏกรยาจะตองมการเปลยนแปลงทพนธะบางพนธะ ซงพนธะอาจยดและแตกออก ไปแลวเกดพนธะใหม ชวขณะหนงทอนภาคเขามาปะทะกนมนจะรวมกนเกดเปนสารเชงซอนชนดหนง เรยกวา แอกตเวเตดคอมเพลก(activate complex) ซงไมเสถยร และปรากฏอยบนสดยอดของเสนโคงของแผนภาพแสดงพลงงานศกยกบการด าเนนไปของปฏกรยา แอกตเวเตดคอมเพลกนไมใชสารตงตนหรอสารผลต ภณฑ แตเปนการเขารวมกนของอะตอมของสารทเขาท าปฏกรยา ดงน

เสน ----- ระหวางอะตอมในแอกตเวเตดคอมเพลก แสดงใหเหนวาพนธะระหวาง

X-X และ Y-Y เรมสลายลง และพนธะ X – Y ของผลตภณฑเรมเกดขน และวงเลบหมาย ความวาแอกตเวเตดคอมเพลกนไมเสถยร ซงอาจเกดการเปลยนแปลงได 2 อยาง คออาจเปน ผลตภณฑ หรอสารตงตนกได บรเวณสงสดของยอดเสนโคงพลงงานศกยทพบ แอกตเวเตดคอมเพลก เรยกวา ทรานสชนสเตด (transition state แปลวาสภาวะทเกดการเปลยนแปลง)

ภาพท 6 แสดงทรานสชนสเตด และแอกตเวเตดคอมเพลก

กลมสาระการเรยนรวทยาศาสตร โรงเรยนจฬาภรณราชวทยาลย ชลบร เขตพนทการศกษาชลบร เขต 1 หนา 9

ถาสารตงตนมพลงงานจลนสงไมมาก การปะทะกนจะใหพลงงานศกยสง ไมพอทจะท าใหเกดแอกตเวเตดคอมเพลก โมเลกลทงสองอาจแยกออกจากกนไปเลยโดย ไมเกดอะไรขน ความแตกตางระหวางพลงงานแอกตเวเตดคอมเพลก (พลงงานทเปนคาสงสด) กบพลงงานของตวท าปฏกรยา(สารตงตน)คอพลงงานกอกมมนตนนเอง แอกตเวเตดคอมเพลกซเปนแบบจ าลองของทฤษฎและไมมเกดขนในธรรมชาต จงไมสามารถตรวจสอบได

ศกษาตวอยางไดอะแกรม แสดงการเปลยนแปลงพลงงาน ของปฏกรยา A + BC AB + C

จากรป สารตงตน A และ BC ชนกนแลวเปลยนเปน สารเชงซอนกมมนต (A----B----C) และในทสดไดเปนสารผลตภณฑ AB และ C โดยมพลงงานกอกมมนต = Ea และพลงงานของปฏกรยา คอ E

จบหนวยการเรยนรท 2

กลมสาระการเรยนรวทยาศาสตร โรงเรยนจฬาภรณราชวทยาลย ชลบร เขตพนทการศกษาชลบร เขต 1 หนา 10

ท าแบบฝกหดกนนะครบ แบบฝกหดท 2 เรอง แนวคดเกยวกบการเกดปฏกรยาเคม 1 พลงงานกอกมมนตคออะไร และมบทบาทในปฏกรยาเคมอยางไร ................................................................................................................................................................................ ............................................................................................................................................................................... ................................................................................................................................................................................ ................................................................................................................................................................................ 2. จงระบปจจยทท าใหอนภาคชนกนแลวเกดปฏกรยาเคมได ................................................................................................................................................................................ ............................................................................................................................................................................... ................................................................................................................................................................................ ................................................................................................................................................................................ 3.จงเขยนรปแสดงการจดตวของโมเลกลและทศทางการชนกนของโมเลกลทนาจะท าใหเกดปฏกรยาเคมได ในปฏกรยาตอไปน 3.1 H2O (g) + CO (g) H2(g) + CO2(g) ................................................................................................................................................................................ ............................................................................................................................................................................... ................................................................................................................................................................................ ................................................................................................................................................................................

3.2 NO2 (g) + CO (g) NO (g) + CO2(g) ................................................................................................................................................................................ ............................................................................................................................................................................... ................................................................................................................................................................................ ................................................................................................................................................................................

กลมสาระการเรยนรวทยาศาสตร โรงเรยนจฬาภรณราชวทยาลย ชลบร เขตพนทการศกษาชลบร เขต 1 หนา 11

1 ใหนกเรยนท าเครองหมาย / หนารปการจดตวของโมเลกลและทศทางการชนกนของโมเลกลทนาจะท าใหเกดปฏกรยาเคมของปฏกรยา CH2=CH2 + HCl CH 3CH 2Cl

หมายเหต แทนอะตอมของ C แทนอะตอมของ ไฮโดรเจน แทนอะตอมของ Cl 5 จากภาพใหนกเรยนเปรยบเทยบการเลนสนกเกอรกบการเกดปฏกรยาเคม (อธบายโดยใชทฤษฎการชน)

........................................................................................... ........................................................................................... ............................................................................................ ............................................................................................ ............................................................................................ ............................................................................................

กลมสาระการเรยนรวทยาศาสตร โรงเรยนจฬาภรณราชวทยาลย ชลบร เขตพนทการศกษาชลบร เขต 1 หนา 12