ปฏิกิริยาเคมี ครูปฏิการ นาครอด

ปฏิกิริยาเคมี (chemical reaction) หมายถึง การเปลี่ยนแปลงที่ทำให้เกิดสารใหม่ที่มีสมบัติต่างจากสารเดิม เมื่อปฏิกิริยาเคมีเกิดขึ้นมักสังเกตได้จากหนึ่งหรือหลายข้อต่อไปนี้ มีฟองแก๊ส มีตะกอน สีเปลี่ยน มีกลิ่น อุณหภูมิเปลี่ยน สารตั้งแต่ 2 ชนิดขึ้นไปทำปฏิกิริยากัน

1. สมการเคมี สารเริ่มต้นก่อนเกิดปฏิกิริยา เรียกว่า สารตั้งต้น (reactant) และ สารที่เกิดใหม่เรียกว่า ผลิตภัณฑ์ (product) เขียนสมการเคมีในรูปแบบดังนี้ A(s) + B (l) C(g) + D(aq) สารตั้งต้น สารผลิตภัณฑ์

สถานะของสาร s = ของแข็ง (solid) l = ของเหลว (liquid) g = กาซ (gas) aq = สารละลายที่มีน้ำเปนตัวทําละลาย (aqueous)

จงบอกสถานะของสารต่อไปนี้ 1. 2Kl (aq) + Pb (NO3)2 (aq) PbI2 (s) + 2KNO3 (aq) 2. 2KClO3 (s) 2KCl (s) + 3O2(g) 3. H+(aq) + OH- (aq) H2O (l) 4. Zn (s) + 2Ag + (aq) Zn2+ (aq) + 2 Ag (s) 5. Mn2+(aq) + H2S (aq) MnS (aq) + 2 H +(aq)

การดุลสมการเคมี เปนการทําจํานวนอะตอมของสารตั้งตนและผลิตภัณฑให เทากัน โดยนับจํานวนอะตอมของแตละธาตุของสารตั้งตนและสาร ผลิตภัณฑ แลวหาตัวเลขไปเติมหนาสูตรหรือสัญลักษณ เพื่อทําใหจํานวนอะตอมของธาตุทางซายและขวาของแตละ ธาตุเทากัน

ตัวอย่างการดุลสมการ สมการการเกิดน้ำ H + O H2O H = 1 อะตอม O = 1 อะตอม H = 2 อะตอม O = 1 อะตอม จำนวนอะตอมของ H ในสารตั้งต้นและสารผลิตภัณฑ์ไม่เท่ากัน ต้องทำให้ เท่ากันโดย x 2 ที่อะตอมของ H ในสารตั้งต้น 2H + O H2O H = 2 อะตอม O = 1 อะตอม H = 2 อะตอม O = 1 อะตอม จะพบว่าจำนวนอะตอมของ H ในสารตั้งต้นและสารผลิตภัณฑ์เท่ากันแล้ว

ปฏิกิริยาเคมี ที่ควรทราบมีดังนี้ ปฏิกิริยาการเผาไหม้ของเชื้อเพลิง สารประกอบไฮโดรคาร์บอน + O2 CO2 + H2O เช่น CH4 + 2O2 CO2 + 2H2O การเผาไหม้อย่างสมบูรณ์ เกิดแล้วได้แก๊สคาร์บอนไดออกไซด์(CO2)และน้ำ การเผาไหม้ไม่สมบูรณ์ เกิดจากการเผาไหม้ที่มีปริมาณออกซิเจนไม่เพียงพอ เกิดแล้วได้แก๊สคาร์บอนมอนอกไซด์ (CO)และเขม่าควัน

ปฏิกิริยาเคมี ที่ควรทราบมีดังนี้ ปฏิกิริยาระหว่างโลหะกับออกซิเจน โลหะ + O2 โลหะออกไซด์ เช่น 2Mg + O2 2MgO (แมกนีเซียมออกไซด์) ปฏิกิริยาระหว่างโลหะกับน้ำ โลหะ + H2O โลหะไฮดรอกไซด์ + แก๊สไฮโดรเจน เช่น Mg + H2O Mg(OH)2 + 2H2 (แมกนีเซียมไฮดรอกไซด์)

ปฏิกิริยาเคมี ที่ควรทราบมีดังนี้ ปฏิกิริยาระหว่างกรดกับเบส (ปฏิกิริยาสะเทิน) กรด + เบส เกลือ + น้ำ เช่น HCl + NaOH NaCl + H2O (กรดไฮโดรคลอริก) (โซเดียมไฮดรอกไซด์) (โซเดียมคลอไรด์) ปฏิกิริยาระหว่างกรดกับสารประกอบคาร์บอเนต กรด + สารประกอบคาร์บอเนต เกลือ + CO2 + H2O เช่น 2HCl + CaCO3 CaCl2 + CO2 + H2O (หินปูน) (แคลเซียมคลอไรด์)

ปฏิกิริยาเคมี ที่ควรทราบมีดังนี้ ปฏิกิริยาระหว่างกรดกับโลหะ กรด + โลหะ เกลือของโลหะ + แก๊สไฮโดรเจน เช่น 2HCl + Zn ZnCl2 + H2

แบบฝึกหัด 2.1 จากสมการต่อไปนี้ จงระบุสารตั้งต้นและสารผลิตภัณฑ์ SO2(g) + H2O(l) H2SO3(l) 2. จากข้อที่ 1 จงระบุสถานะของแต่ละสาร จงดุลสมการต่อไปนี้ HCl + Mg MgCl2 + H2 4. ผลิตภัณฑ์จากการเผาไหม้สมบูรณ์แตกต่างจากการเผาไหม้ไม่สมบูรณ์ อย่างไร ปฏิกิริยาใดบ้างที่ได้ผลิตภัณฑ์เป็น H2 ปฏิกิริยาใดบ้างที่ได้ผลิตภัณฑ์เป็น CO2

สอบเก็บคะแนน เรื่องปฏิกิริยาเคมีที่ควรทราบ

2. มวล พลังงาน กับการเกิดปฏิกิริยาเคมี กฎทรงมวลของสาร “ ผลรวมของมวลของสารตั้งต้นในปฏิกิริยาเคมีหนึ่ง เท่ากับผลรวมของ มวลสารของผลิตภัณฑ์เสมอ ” ระบบ หมายถึง สิ่งที่อยู่ภายในขอบเขตที่ต้องการศึกษา สิ่งแวดล้อม หมายถึง สิ่งต่าง ๆ ที่อยู่นอกขอบเขตที่ต้องการศึกษา

ระบบมี 3 ประเภท ได้แก่ 1) ระบบเปิด (open system) คือ ระบบที่สามารถเกิดการถ่ายเท มวลสาร เข้า-ออก จากระบบไปสู่สิ่งแวดล้อมได้ มวลก่อนเกิดปฏิกิริยา ≠ มวลหลังเกิดปฏิกิริยา

2) ระบบปิด (closed system) คือ ระบบที่ไม่สามารถเกิดการถ่ายเท มวลสาร เข้า-ออก จากระบบไปสู่สิ่งแวดล้อมได้(แต่อาจเกิดการ ถ่ายเทพลังงานได้) มวลก่อนเกิดปฏิกิริยา = มวลหลังเกิดปฏิกิริยา ภาชนะปิด ภาชนะเปิด

3) ระบบโดดเดี่ยว (isolated system) คือ ระบบที่ไม่สามารถเกิดการ ถ่ายเทมวลสารและพลังงาน เข้า-ออก จากระบบไปสู่สิ่งแวดล้อมได้ (หรือระบบอิสระ) มวลก่อนเกิดปฏิกิริยา = มวลหลังเกิดปฏิกิริยา

สรุป

ขั้นตอนการเกิดปฏิกิริยาเคมี ประกอบด้วย 2 ขั้นตอน ขั้นที่ 1 ดูดพลังงาน เข้าไปเพื่อสลายพันธะของสารตั้งต้น ขั้นที่ 2 คายพลังงาน ออกมาเมื่อมีการสร้างพันธะในสารผลิตภัณฑ์ สรุป สร้าง คาย สลาย ดูด

พลังงานกับการเกิดปฏิกิริยาเคมี ปฏิกิริยาคายความร้อน (exothermic reaction) คือ ปฏิกิริยาที่เกิดขึ้น แล้ว ให้พลังงานความร้อนออกมา ทำให้สิ่งแวดล้อมมีอุณหภูมิสูงขึ้น แต่อุณหภูมิของสารลดลง เช่น การเผาไหม้ของเชื้อเพลิง การละลายน้ำ ของโซดาไฟ เป็นต้น (จับแล้วร้อน) ปฏิกิริยาดูดความร้อน (endothermic reaction) คือ ปฏิกิริยาที่เกิดขึ้น แล้ว ดูดความร้อนจากสิ่งแวดล้อมเข้าไป ทำให้อุณหภูมิสูงขึ้น แต่ สิ่งแวดล้อมอุณหภูมิลดลง เช่น การสังเคราะห์ด้วยแสงของพืช กรดซิตริกทำปฏิกิรยากับโซเดียมไฮโดรเจนคาร์บอเนต เป็นต้น (จับแล้วเย็น)

แบบฝึกหัด 2.2 1. “การศึกษาเรื่องการระเหิดของน้ำแข็งแห้งในบีกเกอร์” จงระบุว่าอะไรคือ ระบบ อะไรคือสิ่งแวดล้อม 2. ในปฏิกิริยาหนึ่งได้สารผลิตภัณฑ์มีสถานะเป็นแก๊ส(ภาชนะเปิด)จัดเป็น ระบบใด เพราะเหตุใด 3. ระบบใดที่ไม่มีการเปลี่ยนแปลงทั้งมวลและพลังงาน 4. หากน้ำเปลี่ยนสถานะเป็นไอน้ำ ต้องดูดพลังงานหรือคายพลังงานเพื่อสลาย พันธะ 5. จงยกตัวอย่างปฏิกิริยาดูดความร้อน และปฏิกิริยาคายความร้อนมาอย่างละ 1 ตัวอย่าง

3.ปัจจัยที่มีผลต่อการเกิดปฏิกิริยาเคมี ชนิดของสาร สารแต่ละตัวมีสมบัติต่างกัน ส่งผลต่ออัตราเร็วในการเกิดปฏิกิริยาเคมี เช่น จากการทดลองที่ 2.3 พบว่า Mg ทำปฏิกิริยากับกรด HCl ได้เร็วกว่าสังกะสี และทองแดง ความเข้มข้นของสาร สารที่มีความเข้มข้นมากจะเกิดปฏิกิริยาเร็ว เนื่องจากตัวถูกละลายมีโอกาส ชนกันมากขึ้นบ่อยขึ้น

พื้นที่ผิวสัมผัสของสาร กรณีที่สารตั้งต้นมีสถานะเป็นของแข็ง สารที่มีพื้นที่ผิวสัมผัสมากจะทำ ปฏิกิริยาได้เร็วขึ้น เนื่องจากสัมผัสกันมากขึ้น เช่น สารแบบผงเกิดปฏิกิริยา ได้เร็วกว่าแบบเม็ด อุณหภูมิ สารตั้งต้นที่มีอุณหภูมิสูง อัตราการเกิดปฏิกิริยาจะเพิ่มขึ้น เนื่องจากเมื่ออุณหภูมิ สูงขึ้น โมเลกุลของสารในระบบจะมีพลังงานจลน์สูงขึ้นและมีการชนกันของ โมเลกุลมากขึ้น ปฏิกิริยาที่อุณหภูมิต่ำ ปฏิกิริยาที่อุณหภูมิสูง  

ศึกษากิจกรรมที่ 2.3 – 2.6 ตัวเร่งปฏิกิริยา หมายถึง สารเคมีที่ช่วยปรับกลไกในการเกิดปฏิกิริยาให้เหมาะสมกว่าเดิม โดยจะ เข้าไปช่วยตั้งแต่เริ่มปฏิกิริยาแต่เมื่อสิ้นสุดปฏิกิริยาจะกลับมาเป็นสารเดิม เช่น ปกติทองแดงไม่ทำปฏิกิริยากับกรดไฮโดรคลอริก แต่สังกะสีทำปฏิกิริยากับ กรดไฮโดรคลอริก เมื่อเอาทองแดงไปพันสังกะสีพบว่าสังกะสีเกิดปฏิกิริยาได้เร็ว ขึ้น แสดงว่าทองแดงเป็น ตัวเร่ง ในปฏิกิริยานี้ ตัวหน่วง สารที่ทำให้อัตราการเกิดปฏิกิริยาช้าลง ศึกษากิจกรรมที่ 2.3 – 2.6

4.ผลกระทบของปฏิกิริยาเคมีต่อสิ่งมีชีวิตและสิ่งแวดล้อม 1. เกิดปรากฏการณ์เรือนกระจก แก๊สเรือนกระจก ได้แก่ CO2 CH4 CFCl3 ไอน้ำ เป็นต้น แก๊สเหล่านี้ในปริมาณมากจะป้องกันไม่ให้ความร้อนจากผิวโลกสะท้อนกลับออกไป โลกจึงมีอุณหภูมิสูงขึ้น ให้นักเรียนช่วยกันเสนอแนวทางการลดแก๊สเรือนกระจก

2. แก๊สโอโซนถูกทำลาย เกิดจากสารคลอโรฟลูออโรคาร์บอน CFCl3 (CFC) ที่ใช้ในอุตสาหกรรม เช่น เครื่องทำความเย็น การผลิตโฟม สารขับดันในกระป๋องสเปรย์ เป็นต้น ไปทำลาย โอโซน ที่ช่วยดูดกลืนรังสีอัลตราไวโอเลต  ถ้ามนุษย์ได้รับรังสีอัลตราไวโอเลตมากเกินไปจะทำให้เกิดโรคมะเร็งผิวหนัง ต้อกระจก เป็นต้น

3. ฝนกรด ฝนกรดมี pH ต่ำกว่า 5.6 เกิดจากน้ำฝนเป็นตัวทำละลายก๊าซซัลเฟอร์ได ออกไซด์ (SO2) และก๊าซไนโตรเจนไดออกไซด์ (NO2) ซึ่งถูกปล่อยมาจาก โรงงานอุตสาหกรรม การเผาไหม้จากเครื่องยนต์ หรือภูเขาไฟระเบิด เกิด เป็นสารละลายที่มีสมบัติเป็นกรด มีอันตรายต่อระบบทางเดินหายใจและเนื้อเยื่อต่าง ๆ ของร่างกาย และพืช นอกจากนี้สิ่งก่อสร้างที่เป็นโลหะและหินอ่อนจะถูกทำลาย

แบบฝึกหัด 2.3 - 2.4 1. จงขีดเส้นใต้สารที่เกิดปฏิกิริยาได้เร็วกว่า (กำหนดให้สภาวะอื่นๆเหมือนกัน) สารแบบผง กับ แบบเม็ด สารเจือจาง กับ สารเข้มข้น อุณหภูมิต่ำ กับ อุณหภูมิสูง ใส่ตัวเร่ง กับ ใส่ตัวหน่วง 2. จงยกตัวอย่างแก๊สเรือนกระจก 3. สารใดทำลายชั้นโอโซน 4. แก๊สใดเป็นตัวการทำให้เกิดฝนกรด