รอบๆ ตัวเราและในร่างกายเรามีปฏิกิริยาเคมีเกิดขึ้นอยู่ตลอดเวลา ปฏิกิริยาเคมีเกิดจากกระบวนการเปลี่ยนแปลงโครงสร้างของสารต่างๆ มีผลให้พลังงานของระบบเปลี่ยนไป และให้ผลิตภัณฑ์หรือสารใหม่เกิดขึ้น ปฏิกิริยาเคมีบางชนิดเกิดขึ้นเอง แต่บางชนิดต้องได้รับพลังงานจำนวนหนึ่งก่อนจึงจะเกิดปฏิกิริยาได้ ปฏิกิริยาเคมีหลายชนิดสามารถนำมาใช้ประโยชน์ในชีวิตประจำวัน ในอุตสาหกรรม เกษตรกรรมและทางการแพทย์ ในขณะเดียวกันปฏิกิริยาบางชนิดก็ให้ผลลบต่อสิ่งแวดล้อมและชีวิตของมนุษย์เอง ปฏิกิริยาเคมีแต่ละชนิดมีอัตราการเกิดปฏิกิริยาที่แตกต่างกัน ขึ้นอยู่กับปัจจัยหลัก 5 ประการ ได้แก่ ความเข้มข้น พื้นที่ผิว อุณหภูมิ ตัวเร่งปฏิกิริยา และธรรมชาติของสาร ผลของปัจจัยดังกล่าวสามารถหาได้จากการทดลอง การที่มนุษย์สามารถปรับเปลี่ยนและควบคุมปัจจัยต่างๆ ดังกล่าวได้ ทำให้มนุษย์สามารถใช้ประโยชน์จากปฏิกิริยาได้อย่างกว้างขวาง สาร ต่าง ๆ ในโลก รวมทั้งสิ่งของเครื่องใช้ต่าง ๆ ล้วนแต่เป็นผลผลิตที่เกิดจากการทำปฏิกิริยาเคมีของสารที่มีอยู่บนพื้นโลก เกือบทั้งสิ้น เมื่อเราทราบวิธีการเกิดปฏิกิริยาเคมีแล้ว เราก็สามารถนำความรู้มาใช้ในการสร้างผลิตภัณฑ์ต่าง ๆ และป้องกันการเกิดปฏิกิริยาเคมีที่ไม่ต้องการกับสิ่งต่าง ๆ ในชีวิตประจำวัน เพื่อรักษาสภาพของสิ่งนั้นให้สามารถใช้งานได้นานขึ้น
ปฏิกิริยาในชีวิตประจำวันเรามีมากมาย เราไปดูกันดีกว่าคะว่ามีอะไรบ้าง
ปฏิกิริยาการเกิดสนิมเหล็ก
เป็นปฏิกิริยาที่พบเห็นได้ง่ายๆ กับสิ่งก่อสร้างต่างๆ ที่มีเหล็กเป็นองค์ประกอบ แต่เป็นปฏิกิริยาที่ แก๊ส NO2 ในอากาศ เมื่อถูกแสดงอาทิตย์จะสลายตัวเป็นแก๊ส NO และอะตอมอิสระของออกซิเจน เกิดขึ้นอย่างช้าๆ อาจจะกินเวลายาวนาน เกิดขึ้นเมื่อมีเหล็กสัมผัสกับน้ำและความชื้น โดยจะค่อยๆ สึกกร่อน ซึ่งสามารถรวมตัวกับแก๊ส O2 เป็น O3กลายเป็นเหล็กออกไซด์ หรือที่เรารู้จักกันว่า สนิมเหล็ก (Fe2O3.H2O) สังเกตได้จากสีและลักษณะอื่นๆ ที่แตกต่างจากเหล็ก (Fe)
1. การผุกร่อนของโลหะ คือปฏิกิริยาเคมีที่เกิดระหว่างโลหะกับภาวะแวดล้อม
2. ภาวะแวดล้อมที่ทำให้ผุกร่อน คือ ความชื้น และออกซิเจน (H2O, O2) หรือ H2O กับอากาศ
3. ปฏิกิริยาเคมีที่เกิดในการผุกร่อน เป็นปฏิกิริยารีดอกซ์
3.1 โลหะที่เกิดปฏิกิริยา Oxidation (ให้อิเล็กตรอน)
3.2 ภาวะแวดล้อมเป็นฝ่ายรับอิเล็กตรอน เกิดปฏิกิริยา Reduction
4. สมการแสดงปฏิกิริยาการผุกร่อน
โลหะ + ภาวะแวดล้อม Ion ของโลหะ + เบส
Fe(s) + H2O(l) + O2(g) Fe2+(aq) + OH-(aq)
4Fe(s) + 3O2 (g) + 3H2O (l) 2Fe2O3.3H2O(s)
ปฏิกิริยาการเผาไหม้เชื้อเพลิง
ปฏิกิริยาเคมีการเผาไหม้เชื้อเพลิงต่างๆ เช่น แก๊สหุงต้ม แก๊ส NGV น้ำมันเบนซิน น้ำมันดีเซล น้ำมันก๊าด และถ่านหิน เป็นต้น เชื้อเพลิงเหล่านี้ใช้ในยานยนต์ และโรงงานอุตสาหกรรม ซึ่งนอกจากจะให้พลังงานที่นำไปใช้ประโยชน์แล้ว ยังก่อให้เกิดผลเสียต่อสภาวะแวดล้อม ด้วย เช่น ปรากฏการณ์เรือนกระจก
สำหรับถ่านหินซึ่งมีกำมะถันร้อยละ 1-4 อยู่ในรูป FeS2 (ไอร์ออน (IV)ซัลไฟด์ หรือไพไรต์ (pyrite)) เมื่อนำถ่านหินมาเผาไหม้จะเกิดปฏิกิริยา ดังนี้
4FeS2(s) + 11O2(g) 2Fe2O3 (s) + 8SO2(g)
แก๊สซัลเฟอร์ไดออกไซด์
โรงงานไฟฟ้าแม่เมาะ ตั้งอยู่ที่อำเภอแม่เมาะ จังหวัดลำปาง มีกำลังผลิตกระแสไฟฟ้า 2,625 MW ใช้ถ่านลิกไนต์เป็นเชื้อเพลิง ปีละประมาณ 17.5 ล้านตัน มีแก๊สซัลเฟอร์ไดออกไซด์ (SO2) ถูกปล่อยออกมา ประมาณ 1,300 ไมโครกรัมต่อลูกบาศก์เมตร
แก๊สซัลเฟอร์ไดออกไซด์ ที่ถูกปล่อยออกมาจะทำปฏิกิริยากับแก๊สออกซิเจนในอากาศ ได้แก๊สซัลเฟอร์ไตรออกไซด์ (SO3) ดังสมการ
2SO2(g) + O2(g) 2SO3(g)
เมื่อแก๊สซัลเฟอร์ไตรออกไซด์ ถูกกับความชื้นในอากาศจะเกิดปฏิกิริยารวมตัวกับละอองน้ำได้กรดกำมะถัน (กรดซัลฟิวริก H2SO4) ดังสมการ
SO3(g) + H2O(l) H2SO4(aq)
ถ้ากรดกำมะถัน (H2SO4) ที่เกิดขึ้นมีปริมาณมาก เมื่อฝนตกลงมาก็จะชะลงมากับฝน เรียกว่า ฝนกรด (acid rain)
คำว่า ฝนกรด (acid rain) ถูกใช้ครั้งแรกในปี 1872 โดย Robert Angus Smith ชาวอังกฤษ เขานำมาอธิบายถึงการตกสะสมของกรดในเมืองแมนเชสเตอร์ ประเทศอังกฤษ ซึ่งตอนนั้นมีการปฏิวัติทางด้านอุตสาหกรรม
ฝนกรด (Acid Rain) หมายถึง น้ำฝนที่มีค่า pH ต่ำกว่า 5.6 วัดได้จากการใช้สเกลที่เรียกว่า pH ซึ่งค่ายิ่งน้อยแสดงความเป็นกรดที่แรงขึ้น น้ำบริสุทธิ์มี pH เท่ากับ 7 น้ำฝนปกติมีความเป็นกรดเล็กน้อย ส่วนฝนกรดจะมี pH ต่ำกว่า 5.6
สาเหตุของการเกิดฝนกรด
ในบริเวณศูนย์กลางอุตสาหกรรมได้แก่ ทวีปยุโรป อเมริกา ญี่ปุ่น และจีน ที่มีการเผาไหม้เชื้อเพลิงในเครื่องยนต์และโรงงานต่างๆ จะมีแก๊สซัลเฟอร์ไดออกไซด์ (SO2) และออกไซด์ของไนโตรเจน เช่น แก๊สไนโตรเจนมอนอกไซด์ (NO) ไนโตรเจนไดออกไซด์ (NO2) โอโซน (O3) แก๊สคาร์บอนไดออกไซด์ (CO2) ถูกปล่อยสู่บรรยากาศ เกิดการทำปฏิกิริยากับน้ำ ออกซิเจน และสารเคมีอื่นๆ ก่อให้เกิดสารประกอบที่เป็นกรดซัลฟิวริกและกรดไนตริก มีแสงอาทิตย์เป็นตัวเร่งปฏิกิริยาเหล่านี้ให้มากขึ้น เรียกว่า ขบวนการออกซิเดชัน
N2(g) + O2(g) 2NO(g)
2NO(g) + O2(g) 2NO2(g)
แก๊ส NO2 ในอากาศ เมื่อถูกแสดงอาทิตย์จะสลายตัวเป็นแก๊ส NO และอะตอมอิสระของออกซิเจน ซึ่งสามารถรวมตัวกับแก๊ส O2 เป็น O3
O3(g) + O O3(g)
การเกิดปฏิกิริยาเคมี
ถ้านักเรียนสังเกตรอบๆตัวเรา จะพบว่ามีการเปลี่ยนแปลงเกิดขึ้นตลอดเวลา เราจะรู้ได้อย่างไรว่าการเปลี่ยนแปลงใด เป็นการเกิดปฏิกิริยาเคมี … มีข้อสังเกตในการเกิดปฏิกิริยาเคมี คือจะต้องมีสารใหม่เกิดขึ้นเสมอ สารใหม่ที่เกิดขึ้นจะต้องมีสมบัติเปลี่ยนไปจากสารเดิม… เช่น การเผาไหม้ของวัตถุที่เป็นเชื้อเพลิง การย่อยอาหารในกระเพาะอาหาร การสึกกร่อนของอาคารบ้านเรือน การบูดเน่าของอาหาร เป็นต้น
ปฏิริยาเคมีคืออะไร
ปฏิกิริยาเคมี หมายถึง การเปลี่ยนแปลงที่เกิดขึ้นกับสารแล้วส่งผลให้ได้สารใหม่ที่มีคุณสมบัติเปลี่ยนไปจากเดิม โดยในการเกิดปฏิกิริยาเคมี จะต้องเกิดจากสารตั้งต้น (reactant) ทำปฏิกิริยากัน แล้วเกิดเป็นสารใหม่ เรียกว่า ผลิตภัณฑ์ (product)
ปฏิกิริยาเคมีแบ่งออกได้ 5 ชนิด ได้แก่
1. ปฏิกิริยาการรวมตัว A +Z ——-> AZ
2. ปฏิกิริยาการสลายตัว AZ ——-> A +Z
3. ปฏิกิริยาการแทนที่เชิงเดี่ยว A + BZ ——-> AZ + B
4. ปฏิกิริยาการแทนที่เชิงคู่ AX+BZ ——-> AZ + BX
5. ปฏิกิริยาสะเทิน HX+BOH ——-> BX + HOH