การเกิดปฏิกิริยาเคมีบางปฏิกิริยาเกิดได้อย่างรวดเร็ว เช่น การเผากระดาษ เป็นต้น แต่บางปฏิกิริยาเกิดค่อนข้างช้า เช่น การบูดของนม บางปฏิกิริยาเกิดช้ามาก เช่น การเกิดสนิมเหล็ก เป็นต้น การทราบว่าปฏิกิริยาใดเกิดได้ช้าหรือเร็วมีความสำคัญยิ่ง เพราะจะได้หาวิธีการรักษาและวิธีนำมาใช้ประโยชน์ได้อย่างเหมาะสม
นักเรียนทราบแล้วว่า การเกิดปฏิกิริยาเคมีต้องมีสารตั้งต้นเข้าทางปฏิกิริยากัน แล้วจึงเปลี่ยนไปเป็นสารใหม่ที่ผลิตภัณฑ์ ดังนั้นเมื่อพิจารณาตอนเริ่มปฏิกิริยาจึงมีเฉพาะสารตั้งต้นเท่านั้นยังไม่มีผลิตภัณฑ์เกิดขึ้น แต่เมื่อเวลาผ่านไป ปริมาณของสารตั้งต้นจะลดลงเรื่อยๆ ในขณะที่ปริมาณของผลิตภัณฑ์จะเพิ่มขึ้น การพิจารณาว่าปฏิกิริยาเคมีเกิดขึ้นช้าหรือเร็วเพียงใด อาจพิจารณาได้จากอัตราการลดลงของสารตั้งต้นหรืออัตราการเพิ่มขึ้นของผลิตภัณฑ์ซึ่งหาได้ดังสมการ
อัตราการลดลงของสารตั้งต้น=ปริมาณสารตั้งต้นที่ลดลง/ระยะเวลาที่เกิดปฏิกิริยา
อัตราการเพิ่มของผลิตภัณฑ์=ปริมาณผลิตภัณฑ์ที่เพิ่มขึ้น/ระยะเวลาที่เกิดปฏิกิริยา
นักเรียนจะวัดอัตราการเกิดปฏิกิริยาเคมีของสารต่างๆ ได้อย่างไร ศึกษาได้จากข้อมูลต่อไปนี้
โลหะแมกนีเซียม (Mg) ทำปฏิกิริยากับกดไฮโดรคลอริก (HCl) ได้ผลิตภัณฑ์เป็นแมกนีเซียมคลอไรด์ (MgCl
2) และแก๊สไฮโดรเจน (H
2) ดังสมการ
Mg(s) +2HCl(aq) →→→ MgCl2(aq)+H2(g)
เมื่อนำโลหะแมกนีเซียมมาทำปฏิกิริยากับกรดไฮโดรคลอริกความเข้มข้น 0.2 โมล ต่อลูกบาศก์เซนติเมตร แล้วจับแล้วลาเมื่อเกิดแก๊สไฮโดรเจนทุกๆ 1 ลูกบาศก์เซนติเมตร จนได้แก๊สไฮโดรเจนปริมาณ 7 ลูกบาศก์เซนติเมตร
ตาราง
ปริมาณแก๊สไฮโดรเจน (cm3) |
เวลาที่ใช้ (s) |
0.0 |
0 |
1.0 |
10 |
2.0 |
21 |
3.0 |
33 |
4.0 |
46 |
5.0 |
60 |
6.0 |
75 |
7.0 |
91 |
การหาอัตราการเกิดปฏิกิริยาเคมีของปฏิกิริยานี้สามารถหาได้จากอัตราการเกิดแก๊สไฮโดรเจนในช่วงเวลาต่างๆ ที่ต้องการ โดยใช้ความสัมพันธ์ดังนี้
อัตราการเกิดแก๊สไฮโดรเจน = ปริมาณเกิดไฮโดรเจนที่เกิดขึ้น(cm
3)/เวลา(s)
จากข้อมูลในตาราง สามารถคำนวณหาอัตราการเกิดแก๊สไฮโดรเจนที่เวลาต่างๆ ที่ต้องการได้ เช่น
อัตราการเกิดแก๊สไฮโดรเจนในช่วงเวลา 0-10 s = 1.0-0.0 (cm3)/10-0(s)
= 0.1 (cm3)/ (s)
อัตราการเกิดแก๊สไฮโดรเจนในช่วงเวลา 10-21 s = 2.0-1.0 (cm3)/21-10 (s)
= 0.091 (cm3)/ (s)
อัตราการเกิดแก๊สไฮโดรเจนในช่วงเวลา 21-33 s = 3.0-2.0 (cm3)/33-21 (s)
= 0.083 (cm3)/ (s)
อัตราการเกิดแก๊สไฮโดรเจนในช่วงเวลา 33-46 s = 4.0-3.0 (cm3)/46-33 (s)
= 0.077 (cm3)/(s)
จากข้อมูลที่คำนวณจะพบว่า อัตราที่เกิดแก๊สไฮโดรเจนในช่วงเริ่มต้นจะมีค่ามาก แต่เมื่อเวลาผ่านไปจะมีค่าลดลงตามลำดำ แสดงว่า อัตราการเกิดแก๊สไฮโดรเจนในช่วงแรกจะเกิดขึ้นเร็ว แต่เมื่อเวลาผ่านไปจะเกิดช้าลงเรื่อยๆ
นอกจากการหาอัตราการเกิดแก๊สไฮโดรเจนในช่วงเวลาต่างๆ แล้ว สามารถหาอัตราการเกิดแก๊สไฮโดรเจนเฉลี่ยตั้งแต่เริ่มจนสิ้นสุดการทดลองได้ดังนี้
อัตราการเกิดแก๊สไฮโดรเจนเฉลี่ยตั้งแต่เริ่มจนสิ้นสุดการทดลอง = 7.0 – 0.0 (cm3)/91-0(s)
= 0.08 cm3/s