Upload
others
View
5
Download
0
Embed Size (px)
Citation preview
15/01/59
1
บทท 8 จลนศาสตรเคม
เนอหาประกอบการสอน รายวชา คม 100 เคมทวไป อ.ดร. เพชรลดา กนทาด 1
http://www.science.mju.ac.th/chemistry/staffs/p_kunthadee.htm
1) การเกดปฏกรยาเคม - การเปลยนแปลงทางเคมบางประเภท เกดขนอยางชาๆ เชน การเนาเปอยของพช การเกดสนมของเหลก
แตการเปลยนแปลงทางเคมบางประเภท เกดขนเรวมาก เชน การระเบด การเปลยนสของสารประกอบเชงซอน
- จลนศาสตรเคม บอกถงอตราเรวหรอความเรวของปฏกรยา และชวยใหสามารถท านายกลไก (mechanism) ของปฏกรยาเคมได
ทฤษฎทอธบายการเกดปฏกรยาของสาร ม 2 ทฤษฎ ดงน
(1) ทฤษฎการชน (The Collision Theory) ปฏกรยาเคมจะเกดขนไดกตอเมอ
- อนภาคชนกนในทศทางเหมาะสม
- การชนกนตองมพลงงานอยางนอยทสดเทากบ พลงงานกระตน (activation energy, Ea) ซงเปนคาเฉพาะของแตละปฏกรยา
2
การเกดปฏกรยาเคม จลนศาสตรเคม
เนอหาประกอบการสอน รายวชา คม 100 เคมทวไป อ.ดร. เพชรลดา กนทาด
15/01/59
2
• การชนกนแบบทศทางไมเหมาะสม ไมเกดผลตภณฑ
H-H Br-Br H-H Br-Br H-H Br-Br
• การชนกนแบบทศทางเหมาะสม ไดผลตภณฑ คอ HBr
3
การเกดปฏกรยาเคม จลนศาสตรเคม
เนอหาประกอบการสอน รายวชา คม 100 เคมทวไป อ.ดร. เพชรลดา กนทาด
(2) ทฤษฎแอคตเวเตดคอมเพลกซ (The Activated Complex Theory) หรอเรยกวา ทฤษฎสภาวะแทรนซชน (The Transition State Theory) หรอ ทฤษฎอตราสมบรณ (The Absolute Rate Theory)
- กลาวถง การเขาชนอยางมประสทธภาพของสารตงตนในลกษณะทเหมาะสม แอคตเวเตดคอมเพลกซ (activated complex) ผลตภณฑ (product)
- ตวอยางเชน การเกดปฏกรยาระหวางสาร A2 กบสาร B2
สารตงตน activated complex สารผลตภณฑ
(พนธะเกาเรมสลาย, พนธะใหมเรมสราง)
4
การเกดปฏกรยาเคม จลนศาสตรเคม
เนอหาประกอบการสอน รายวชา คม 100 เคมทวไป อ.ดร. เพชรลดา กนทาด
15/01/59
3
- activated complex อยในภาวะไมเสถยรและมพลงงานสงมาก เรยกสภาวะนวา สภาวะแทรนซชน (transition state, )
- จากทฤษฏการชน ปฏกรยาจะเกดขนไดตอเมอโมเลกลมพลงงานอยางนอยทสดเทากบ พลงงานกระตน
แสดงวา พลงงานของสภาวะแทรนซชน ≈ พลงงานกระตนของปฏกรยา
พลงงานการชนกนของอนภาค กบการเกดปฏกรยา
5
การเกดปฏกรยาเคม จลนศาสตรเคม
เกดปฏกรยา พลงงาน
พลงงานของสารผลตภณฑ พลงงานของสารตงตน
สารตงตน สารผลตภณฑ
ไมเกดปฏกรยา
การด าเนนไปของปฏกรยา
Ea
+ +
เนอหาประกอบการสอน รายวชา คม 100 เคมทวไป อ.ดร. เพชรลดา กนทาด
2) พลงงานกบการด าเนนไปของปฏกรยา
- เมออนภาคของสารชนกนและมพลงงานเทากบพลงงานกระตน (Ea) มการสลายพนธะเคมเดมและสรางพนธะใหมกบอะตอมคทเหมาะสม
- การเปลยนแปลงของพลงงาน จะมได 2 ลกษณะ ดงน
(1) พลงงานของสารผลตภณฑ < สารตงตน ปฏกรยาคายพลงงาน (exothermic reaction)
(2) พลงงานของสารผลตภณฑ > สารตงตน ปฏกรยาดดพลงงาน (endothermic reaction)
พลงงานทเปลยนแปลง = H = Hp – Hr
เมอ Hp = พลงงานของสารผลตภณฑ (product)
Hr = พลงงานของสารเขาท าปฏกรยา (reactant)
ดงนน ถา H = + ปฏกรยาดดความรอน
H = - ปฏกรยาคายความรอน
6
พลงงานกบการด าเนนไปของปฏกรยา จลนศาสตรเคม
เนอหาประกอบการสอน รายวชา คม 100 เคมทวไป อ.ดร. เพชรลดา กนทาด
15/01/59
4
(ก) ปฏกรยาคายความรอน (ข) ปฏกรยาดดความรอน
3) อตราการเกดปฏกรยาเคม - เมอปฏกรยาด าเนนไป ปรมาณสารตงตนลดลง, ปรมาณสารผลตภณฑเพมขน
- อตราเรวของปฏกรยา หาจาก จ านวนโมลของสารตงตนทลดลงตอหนวยเวลา หรอ จ านวนโมลของสารผลตภณฑทเพมขนตอหนวยเวลา ดงน
7
พลงงานกบการด าเนนไปของปฏกรยา จลนศาสตรเคม
พลงงาน
พลงงานทคายออกมา
สารตงตน
สารผลตภณฑ
การด าเนนไปของปฏกรยา
Ea,r
Ea,p
H
พลงงาน
พลงงานทดดเขาไป
สารตงตน
สารผลตภณฑ
การด าเนนไปของปฏกรยา
Ea,r Ea,p
H
เนอหาประกอบการสอน รายวชา คม 100 เคมทวไป อ.ดร. เพชรลดา กนทาด
อตราการเกดปฏกรยาเคม = ปรมาณของสารตงตนทลดลง
เวลา
หรอ อตราการเกดปฏกรยาเคม = ปรมาณของสารผลตภณฑทเพมขน
เวลา
การเปลยนแปลงความเขมขนของสารในปฏกรยา
- จะใชสญลกษณ [ ] แทนความเขมขนของสารเคมในหนวย mol/L (M)
8
อตราการเกดปฏกรยาเคม จลนศาสตรเคม
ความเขมขน
สารตงตน
สารผลตภณฑ
เวลา
เนอหาประกอบการสอน รายวชา คม 100 เคมทวไป อ.ดร. เพชรลดา กนทาด
15/01/59
5
- ถาสาร A เปลยนไปเปนสาร B
A B (8.1)
อตราการลดลงของสาร A = − 𝑑[𝐴]
𝑑𝑡 (เครองหมายเปน – เพราะปรมาณลดลงเมอ
เวลาผานไป)
อตราการเพมขนของสาร B = 𝑑[𝐵]
𝑑𝑡
จะไดวา อตราการลดลงของสาร A = อตราการเพมขนของสาร B
− 𝑑[𝐴]
𝑑𝑡 =
𝑑[𝐵]
𝑑𝑡
9
จลนศาสตรเคม
อตราการเกดปฏกรยาเคม
เนอหาประกอบการสอน รายวชา คม 100 เคมทวไป อ.ดร. เพชรลดา กนทาด
- ถาปฏกรยาเปน A + 2 B C (8.2)
จะเหนวา อตราการลดลงของ A เปนครงหนงของการลดลงของ B
ดงนน −𝑑[𝐴]
𝑑𝑡 =
−1
2
𝑑[𝐵]
𝑑𝑡 =
𝑑[𝐶]
𝑑𝑡
- การบอกอตราการเกดปฏกรยา อาจบอกได 2 ลกษณะ อตราเรวเฉลย และ อตราเรวขณะใดขณะหนง
อตราเรวเฉลย = ปรมาณสารผลตภณฑทเกดขนทงหมดเมอเสรจสนปฏกรยา
เวลาทงหมดทใชในการเกดปฏกรยา
หรอ อตราเรวเฉลย = ปรมาณสารตงตนทลดลงทงหมดเมอเสรจสนปฏกรยา
เวลาทงหมดทใชในการเกดปฏกรยา
10
จลนศาสตรเคม
อตราการเกดปฏกรยาเคม
เนอหาประกอบการสอน รายวชา คม 100 เคมทวไป อ.ดร. เพชรลดา กนทาด
15/01/59
6
อตราเรวขณะใดขณะหนง = ปรมาณสารผลตภณฑทเกดขนในขณะนน
เวลาขณะนน
หรอ อตราเรวขณะใดขณะหนง = ปรมาณสารตงตนทลดลงในขณะนน
เวลาขณะนน
ตวอยาง 8.1 จากการทดลองเตรยม H2(g) และ Br2(g) ดงปฏกรยา 2 HBr (g) H2 (g) + Br2 (g) ทอณหภม 50o C วดความเขมขนของ HBr ชวงเวลาตางๆ ไดดงน ชวงเวลา (s) [HBr] (M) 0 0.1056 9 0.0951 18 0.0856 27 0.0767 40 0.0645
11
จลนศาสตรเคม
อตราการเกดปฏกรยาเคม
เนอหาประกอบการสอน รายวชา คม 100 เคมทวไป อ.ดร. เพชรลดา กนทาด
จงหาอตราเรวเฉลยในชวงตางๆ ดงน
ก. วนาทท 0-9 ข. วนาทท 9-18 ค. วนาทท 18-27 ง. วนาทท 0-40
วธท า จาก อตราเรวเฉลย = ปรมาณสารตงตนทลดลง
เวลาทงหมดทใช
ก. วนาทท 0-9
อตราเรวเฉลย = 0.1056 −0.0951
9 −0 = 1.17 x 10-3 M s-1
ข. วนาทท 9-18
อตราเรวเฉลย = 0.0951 −0.0856
18 −9 = 1.06 x 10-3 M s-1
12
จลนศาสตรเคม
อตราการเกดปฏกรยาเคม
เนอหาประกอบการสอน รายวชา คม 100 เคมทวไป อ.ดร. เพชรลดา กนทาด
15/01/59
7
ค. วนาทท 18-27
อตราเรวเฉลย = 0.0856 −0.0767
27 −18 = 9.89 x 10-4 M s-1
ง. วนาทท 0-40
อตราเรวเฉลย = 0.1056 −0.0645
40 −0 = 1.03 x 10-3 M s-1
4) กฎอตรา - ถาสาร A ท าปฏกรยากบสาร B เกดเปนสาร C ดงสมการ
A + B C
ทอณหภมคงทและ [B] คงท แตเปลยนแปลง [A] พบวา
13
จลนศาสตรเคม
อตราการเกดปฏกรยาเคม
เนอหาประกอบการสอน รายวชา คม 100 เคมทวไป อ.ดร. เพชรลดา กนทาด
- ถาเพมความเขมขนของสาร A เปน 2 เทาและ 3 เทา อตราเรวของปฏกรยาจะเพมเปน 2 เทาและ 3 เทา ตามล าดบ
แสดงวา อตราเรวของปฏกรยาจะแปรผนตรงกบความเขมขนของสาร A
r [A] (8.3)
- แตถาให [A] คงท แลวเพมความเขมขนของสาร B เปน 2 เทาและ 3 เทา พบวาอตราเรวของปฏกรยาจะเพมเปน 4 เทาและ 9 เทา ตามล าดบ
แสดงวา อตราเรวของปฏกรยาจะแปรผนตามก าลงสองของความเขมขนของสาร B
r [B]2 (8.4)
จากสมการ (8.3) และ (8.4) จะไดความสมพนธรวมของอตราเรวของปฏกรยากบสาร A และ B
ดงน r [A] [B]2 (8.5)
r = k [A] [B]2 (8.6)
14
จลนศาสตรเคม
อตราการเกดปฏกรยาเคม
เนอหาประกอบการสอน รายวชา คม 100 เคมทวไป อ.ดร. เพชรลดา กนทาด
15/01/59
8
- สมการ r = k [A] [B]2 เรยกวา กฎอตรา (rate law) หรอ สมการอตรา (rate equation) ของปฏกรยา
- k เปนคาคงทขนกบอณหภม (อณหภมเปลยน k เปลยน)
- กฎอตราสามารถแสดงเปนสมการทวๆไป ดงน
r = k [A]x [B]y
เมอ [A] และ [B] = ความเขมขนของสาร A และ B ตามล าดบ
x และ y = เลขยกก าลงของความเขมขน (เปนจ านวนเตมหรอเศษสวนกได และหาไดจากการทดลองเทานน)
x = อนดบ (order) ของปฏกรยาเมอขนกบ A
y = อนดบ (order) ของปฏกรยาเมอขนกบ B
15
จลนศาสตรเคม
อตราการเกดปฏกรยาเคม
เนอหาประกอบการสอน รายวชา คม 100 เคมทวไป อ.ดร. เพชรลดา กนทาด
x + y = อนดบรวมของปฏกรยา (overall order of reaction)
ถา อนดบรวม = 0 ปฏกรยาอนดบศนย (zero-order reaction)
1 ปฏกรยาอนดบหนง (first-order reaction)
2 ปฏกรยาอนดบสอง (second-order reaction)
3
2 ปฏกรยาอนดบสามสวนสอง (three-halves order reaction)
ตวอยาง 8.2 จากการทดลองใช CaBr2 ท าปฏกรยากบน าท 250 C เกดปฏกรยาดงสมการ
CaBr2 (aq) + 2 H2O (l) Ca(OH)2 (aq) + 2 HBr (aq)
เมอท าการทดลองจ านวน 5 ครง ผลการทดลองเปนดงน
16
จลนศาสตรเคม
อตราการเกดปฏกรยาเคม
เนอหาประกอบการสอน รายวชา คม 100 เคมทวไป อ.ดร. เพชรลดา กนทาด
15/01/59
9
การทดลองท ความเขมขนสารตงตน (mol dm-3) อตราเรวของปฏกรยา
[CaBr2] [H2O] (mol dm-3 s-1)
1 0.1 0.1 12
2 0.1 0.2 24
3 0.1 0.3 36
4 0.2 0.1 48
5 0.3 0.1 108
จงหา ก. กฎอตรา
ข. คาคงทของปฏกรยา
ค. อนดบของปฏกรยา
17
จลนศาสตรเคม
อตราการเกดปฏกรยาเคม
เนอหาประกอบการสอน รายวชา คม 100 เคมทวไป อ.ดร. เพชรลดา กนทาด
วธท า ก. หากฎอตรา
กฎอตราโดยทวไป คอ r = k [H2O] x [CaBr2] y
1) การทดลองท 1, 2 และ 3 [CaBr2] คงท แต [H2O] เปลยนแปลง โดย
การทดลอง 1 แทนคา: 12 = k [0.1]x [0.1]y
การทดลอง 2 แทนคา: 24 = k [0.2]x [0.1]y
2/1 จะได 24 = [0.2]x 12 [0.1]x
2 = 2x จะได X = 1
การทดลอง 1 แทนคา: 12 = k [0.1]x [0.1]y การทดลอง 3 แทนคา: 36 = k [0.3]x [0.1]y
3/1 จะได 36 = [0.3]x 12 [0.1]x
3 = 3x จะได X = 1
18
จลนศาสตรเคม
อตราการเกดปฏกรยาเคม
เนอหาประกอบการสอน รายวชา คม 100 เคมทวไป อ.ดร. เพชรลดา กนทาด
15/01/59
10
วธท า ก. หากฎอตรา
กฎอตราโดยทวไป คอ r = k [H2O] x [CaBr2] y
2) การทดลองท 1, 4 และ 5 [H2O] คงท แต [CaBr2] เปลยนแปลง โดย
การทดลอง 1 แทนคา: 12 = k [0.1]x [0.1]y
การทดลอง 4 แทนคา: 48 = k [0.1]x [0.2]y
4/1 จะได 48 = [0.2]y 12 [0.1]y
4 = 2y จะได y = 2
การทดลอง 1 แทนคา: 12 = k [0.1]x [0.1]y การทดลอง 5 แทนคา: 108 = k [0.1]x [0.3]y
5/1 จะได 108 = [0.3]y 12 [0.1]y
9 = 3y จะได y = 2
19
จลนศาสตรเคม
อตราการเกดปฏกรยาเคม
เนอหาประกอบการสอน รายวชา คม 100 เคมทวไป อ.ดร. เพชรลดา กนทาด
วธท า ก. หากฎอตรา
โดยสรป
- การทดลอง 1 และ 2, [H2O] เพมเปน 2 เทา rate เพมเปน 2 เทา = 21
- การทดลอง 1 และ 3, [H2O] เพมเปน 3 เทา rate เพมเปน 3 เทา = 31
ดงนน อตราเรวของปฏกรยา [H2O]1
- การทดลอง 1 และ 4, [CaBr2] เพมเปน 2 เทา rate เพมเปน 4 เทา = 22
- การทดลอง 1 และ 5, [CaBr2] เพมเปน 3 เทา rate เพมเปน 9 เทา = 32
ดงนน อตราเรวของปฏกรยา [CaBr2]2
และสรปเปนกฎอตราไดวา r = k [H2O]1 [CaBr2]2 ____***
เมอ k เปนคาคงทของปฏกรยา
20
จลนศาสตรเคม
อตราการเกดปฏกรยาเคม
เนอหาประกอบการสอน รายวชา คม 100 เคมทวไป อ.ดร. เพชรลดา กนทาด
15/01/59
11
วธท า ข. หาคาคงทของปฏกรยา (k)
จากขอ ก เราไดวา r = k [H2O]1 [CaBr2]2
พจารณาการทดลองท 1,
[CaBr2] = 0.1 mol dm-3, [H2O] = 0.1 mol dm-3, และ rate of reaction (r) = 12 mol dm-3 s-1
แทนคาลงในสตรเพอหาคา k,
จะไดวา k = 12 mol dm-3 s-1 = 1.2 x 104 dm6 mol-2 s-1
[0.1 mol dm-3]1 [0.1 mol dm-3]2
ค. หาอนดบของปฏกรยา
หาไดจากการน าเลขยกก าลงของความเขมขนทแปรผนตามกฎอตรามารวมกน
ดงนน อนดบของปฏกรยา = 1 + 2 = 3
นนคอ ปฏกรยานเปนปฏกรยาอนดบ 3
21
จลนศาสตรเคม
อตราการเกดปฏกรยาเคม
เนอหาประกอบการสอน รายวชา คม 100 เคมทวไป อ.ดร. เพชรลดา กนทาด
การทดลอง [A] mol/dm3
[B] mol/dm3
[C] mol/dm3
อตราการเกดปฏกรยา mol/dm3.s
1 2 3 4 5
0.01 0.02 0.01 0.01 0.03
0.01 0.01 0.01 0.02 0.01
0.001 0.001 0.002 0.002 0.003
0.24 0.48 0.24 0.48 0.72
22
จลนศาสตรเคม
ตวอยาง 8.3 พจารณาขอมลของการเกดปฏกรยา A + B + 2C D + 2E ดงน อตราการเกดปฏกรยาขนกบความเขมขนของสารใดบาง
ตอบ อตราการเกดปฏกรยาขนกบความเขมขนของสาร A และ B (ไมขนกบสาร C) โดยท r = k [A]1 [B]1 คอ สมการอตรา
และอนดบของปฏกรยา = 1+1 = 2 second-order reaction เนอหาประกอบการสอน รายวชา คม 100 เคมทวไป
อ.ดร. เพชรลดา กนทาด
อตราการเกดปฏกรยาเคม
15/01/59
12
5) ปจจยทมผลตออตราการเกดปฏกรยา อตราเรวของปฏกรยาขนอยกบปจจยตางๆ ดงน
1. ธรรมชาตของตวท าปฏกรยา
- สารแตละชนดเกดปฏกรยาไดยากงายแตกตางกน
- ตวอยางเชน เหลกสามารถท าปฏกรยากบ O2 ในอากาศไดเรวกวา เงนและทองค า
2. ความเขมขนของตวท าปฏกรยา
- เมอความเขมขนเพม rate เพม (เกดปฏกรยาไดเรวขน)
ความเขมขนลด rate ลด (เกดปฏกรยาไดชาลง)
เนองจากการเพมความเขมขน เปนการ เพมอนภาคของตวท าปฏกรยาในระบบ อนภาคมโอกาสชนกนมากขน
23
จลนศาสตรเคม
ปจจยทมผลตออตราการเกดปฏกรยา
เนอหาประกอบการสอน รายวชา คม 100 เคมทวไป อ.ดร. เพชรลดา กนทาด
3. อณหภม
- เมอเพมอณหภม (เผาหรอตม) rate เพมขน
เนองจาก เพมอณหภม เพมพลงงานจลน เพมโอกาสการชนของอนภาค
เชน H2(g) ไมท าปฏกรยากบ O2(g) ทอณหภมหอง แต ถาจดไฟ ปฏกรยาเกดขนทนท
4. ขนาดของอนภาคของของแขงหรอของเหลวใน heterogeneous reaction
- heterogeneous reaction (ปฏกรยาววธพนธ = ปฏกรยาทตวท าปฏกรยาและสารผลตภณฑมมากกวา 1 วฏภาค (phase)
- ปฏกรยาจะเกดขนเฉพาะทผวของวฏภาค rate พนทผว
สารขนาดเลก พนทผวมาก rate เพมขน
เชน กอนถานหนตดไฟในอากาศไดยากมาก แตถาท าใหเปนอนภาคฝนขนาดเลกๆ กระจายในอากาศ จะเกดปฏกรยากบ O2 ในอากาศและเกดระเบดขนได
24
จลนศาสตรเคม
ปจจยทมผลตออตราการเกดปฏกรยา
เนอหาประกอบการสอน รายวชา คม 100 เคมทวไป อ.ดร. เพชรลดา กนทาด
15/01/59
13
5. ธรรมชาตของตวท าละลาย
- ส าหรบปฏกรยาทเกดในสารละลาย สมบตของตวท าละลาย เชน ความหนด ความหนาแนน ความถวงจ าเพาะ หรอสมบตทางเคมบางประการจะมผลตอ rate เชนกน
6. ตวเรงปฏกรยา (catalyst)
- catalyst = สารทท าใหอตราการเกดปฏกรยาเพมขน โดยทตวมนไมเกดการเปลยนแปลงอยางถาวร
6) ตวเรงปฏกรยา
- การเรงปฏกรยา (catalysis) เปนกลไกทชวยเพมอตราการเกดปฏกรยาโดยใชตวเรง
ปฏกรยา (catalyst) - เมอปฏกรยาสนสดลงจะไดตวเรงปฏกรยากลบคนมา
25
จลนศาสตรเคม
ปจจยทมผลตออตราการเกดปฏกรยา
เนอหาประกอบการสอน รายวชา คม 100 เคมทวไป อ.ดร. เพชรลดา กนทาด
- catalyst ไมเกยวของในสมการปรมาณสมพนธรวมของปฏกรยา
สามารถแยกออกไดหลงปฏกรยาสนสดลง โดยตวมนไมมการเปลยนแปลงอยางถาวร
- การเขยนสมการแสดงปฏกรยาทม catalyst เกยวของ จะนยมเขยนชอหรอสตรเคมของ catalyst ไวบนลกศร ตวอยางเชน
2 KClO3 (aq) MnO2 2 KCl (aq) + 3 O2 (g)
(บางปฏกรยา เมอเตมสารบางชนดลงไปในของผสมทน ามาท าปฏกรยาแลว
ปฏกรยาชาลง หรอยบยงปฏกรยาไดสนเชง เรยกสารนวา ตวยบยง (inhibitor))
- ปฏกรยาทใชตวเรงปฏกรยาจะมกลไกแตกตางจากปฏกรยาทไมใชตวเรง เชน โมเลกล X ท าปฏกรยากบ โมเลกล Y
26
จลนศาสตรเคม
ตวเรงปฏกรยา
catalyst
เนอหาประกอบการสอน รายวชา คม 100 เคมทวไป อ.ดร. เพชรลดา กนทาด
15/01/59
14
• เมอไมใชตวเรงปฏกรยา, X + Y XY
• เมอใชตวเรงปฏกรยา, จะเกดกลไก 2 ขนตอน ดงน (ก าหนดให C = ตวเรงปฏกรยา)
1) X + C XC
2) XC + Y XY + C
- ตวเรง C จะถกใชในขนตอนท 1 และไดกลบคนมาในขนตอนท 2
- ตวเรงจะถกใชซ าๆ ไดตลอด ไมจ าเปนตองเตมตวเรงลงไปในปรมาณมาก
- ตวเรงท าใหปฏกรยาเกดเรวขน เนองจากไปท าให เกดกลไกใหมทมพลงงานกระตนต ากวากลไกทไมไดใชตวเรงปฏกรยา ดงรปตอไปน
27
จลนศาสตรเคม
ตวเรงปฏกรยา
เนอหาประกอบการสอน รายวชา คม 100 เคมทวไป อ.ดร. เพชรลดา กนทาด
- การเรงปฏกรยา แบงไดโดยทวๆไป เปน 2 ชนด ดงน
1. การเรงปฏกรยาแบบเอกพนธ (homogeneous catalysis)
- ปฏกรยาเกดในวฏภาคเดยว สารตงตนและตวเรงปฏกรยาอยวฏภาคเดยวกน
- ตวอยางเชน การสลายตวของแกส N2O จะเกดไดดทอณหภม 600o C
แตถาใชแกส Cl2 เปนตวเรง ปฏกรยาจะเกดไดทอณหภมหอง
28
จลนศาสตรเคม
ตวเรงปฏกรยา
เตมตวเรงปฏกรยา (c)
พลงงาน
X + Y XY
การด าเนนไปของปฏกรยา
Ea
H
พลงงาน
X + C XY + C
การด าเนนไปของปฏกรยา
Ea,c XC + Y
H
“ไมใชตวเรง” “ใชตวเรง”
เนอหาประกอบการสอน รายวชา คม 100 เคมทวไป อ.ดร. เพชรลดา กนทาด
15/01/59
15
- ปฏกรยาทไมใชตวเรง, 2 N2O (g) 2 N2 (g) + O2 (g)
ปฏกรยาทใชตวเรง, Cl2 (g) แสง 2 Cl (g)
แกส Cl2 จะแตกตวดวยแสงเกดเปนอะตอม Cl ใชเปนตวเรงปฏกรยา
ขนท 1: N2O (g) + Cl (g) N2 (g) + ClO (g)
ขนท 2: 2 ClO (g) Cl2 (g) + O2 (g)
- ปฏกรยาทไมใชตวเรง พลงงานกระตน (Ea) ≈ 240 kJ/ mol
แต ถาใชตวเรง Ea = 140 kJ/ mol
2. การเรงปฏกรยาแบบววธพนธ (heterogeneous catalysis)
- เปนปฏกรยาทมมากกวา 1 วฏภาค ตวท าปฏกรยาและตวเรงปฏกรยาไมไดอยวฏภาคเดยวกน
- ตวอยางเชน ปฏกรยาการสลายตวของแกส N2O โดยใชโลหะทองค า เปนตวเรงปฏกรยา
29
จลนศาสตรเคม
ตวเรงปฏกรยา
เนอหาประกอบการสอน รายวชา คม 100 เคมทวไป อ.ดร. เพชรลดา กนทาด
- ปฏกรยาทไมใชตวเรง, 2 N2O (g) 2 N2 (g) + O2 (g)
ปฏกรยาทใชตวเรง, โลหะทองค า, Au (s) เปนตวเรงปฏกรยา (วฎภาคตางกบแกส N2O)
ขนท 1: โมเลกลของ N2O (g) ถกดดไวทผวของโลหะ Au
N2O (g) Au (s) N2O (บนผวของ Au)
30
จลนศาสตรเคม
ตวเรงปฏกรยา
เนอหาประกอบการสอน รายวชา คม 100 เคมทวไป อ.ดร. เพชรลดา กนทาด
Au
N
N
O
N
N
O
Au
N
N
O
N
N
O
15/01/59
16
ขนท 2: พนธะระหวางอะตอม O และ N ทอยตดกนในโมเลกลของ N2O ออนลง
เมออะตอมของ O เกดพนธะกบผวของ Au พนธะ N-O สลาย, N2 หลดออกไป N2O (บนผวของ Au) N2 (g) + O (บนผวของ Au)
31
จลนศาสตรเคม
ตวเรงปฏกรยา
เนอหาประกอบการสอน รายวชา คม 100 เคมทวไป อ.ดร. เพชรลดา กนทาด
Au
N
N
O
N
N
O
ขนท 3: เกดการรวมตวของ 2 อะตอมของ O บนผวของ Au ไดเปนแกส O2 หลดออกไป
O (บนผวของ Au) + O (บนผวของ Au) O2 (g)
- ปฏกรยาการสลายตวของ N2O ทไมใชตวเรง พลงงานกระตน (Ea) ≈ 240 kJ/ mol แต ถาใชโลหะ Au เปนตวเรง Ea = 120 kJ/ mol และต ากวากรณใชแกส Cl2 เปนตวเรง (140 kJ/ mol)
32
จลนศาสตรเคม
ตวเรงปฏกรยา
เนอหาประกอบการสอน รายวชา คม 100 เคมทวไป อ.ดร. เพชรลดา กนทาด
Au
O O Au
O O
15/01/59
17
• ประโยชนของตวเรงแบบววธพนธ
1) มความส าคญในการแกปญหามลพษทางอากาศ
เชน V2O5 เปน catalyst ชวยเรงปฏกรยา oxidation ของ SO2 SO3 กรด H2SO4
(น าไปใชประโยชนตอได)
2) น าความรทาง surface catalysis (การเรงปฏกรยาทผว) ชวยในการก าจดกาซ CO และสารไฮโดรคารบอนซงมาจากเชอเพลงทเผาไหมไมหมด และถกปลอยทางทอไอเสยรถหรอ
เครองจกรทใชน ามน เกดมลพษทางอากาศ
- การก าจดท าไดโดยการตดตง catalytic converter ไวในสวนเกบเสยงของทอไอเสยรถ
catalytic converter = ตวเรงปฏกรยาประเภทออกไซดของโลหะ
หลายๆ ชนด ชวยเปลยน CO CO2 และ H2O
แลวปลอยออกสบรรยากาศ
33
จลนศาสตรเคม
ตวเรงปฏกรยา
เนอหาประกอบการสอน รายวชา คม 100 เคมทวไป อ.ดร. เพชรลดา กนทาด
7) กลไกปฏกรยา (mechanism) ตามทฤษฎการชน, อนภาคไมวาจะเปนโมเลกล อะตอม หรอไอออน ตองชนกนจงจะ
เกดปฏกรยาไดสารใหมเกดขน
- ถาเปนปฏกรยาอยางงาย อนภาคทมพลงงานเพยงพอเขาชนกนเพยงครงเดยวไดสารใหม ปฏกรยาจะเกดเพยงขนเดยว
- แตมปฏกรยาอกมากมายทจ าเปนตองมการชนกนหลายขนตอนจงจะเกดเปนผลตภณฑทตองการ เนองจากการใหโมเลกลจ านวนมากมาชนกนในครงเดยวอยางมประสทธภาพ จะเกดไดยากและใชพลงงานสงมาก
34
จลนศาสตรเคม
กลไกปฏกรยา
เนอหาประกอบการสอน รายวชา คม 100 เคมทวไป อ.ดร. เพชรลดา กนทาด
15/01/59
18
ดงนน ในความเปนจรงจะมปฏกรยาเกดขน 3 ขนตอน และตองใชอณหภม ≈ 500o C
โดย ขนท 1: HBr + O2 HOOBr
ขนท 2: HBr + HOOBr 2 HOBr
ขนท 3: 2 HBr + 2 HOBr 2 H2O + 2 Br2
ปฏกรยารวม: 4 HBr + O2 2 H2O + 2 Br2
จะเหนวา แตละขนตอน 2 โมเลกลจะมาชนกนทละค ปฏกรยาจงเกดขนไดไมยาก
- ล าดบขนของปฏกรยาซงแสดงความเปนไปของปฏกรยา เรยกวา กลไกปฏกรยา (mechanism)
35
จลนศาสตรเคม
กลไกปฏกรยา
เนอหาประกอบการสอน รายวชา คม 100 เคมทวไป อ.ดร. เพชรลดา กนทาด