การคำนวณปริมาณสารจากสมการเคมี การเกิดปฏิกิริยาเคมีต่าง ๆ เราเขียนแสดงได้ด้วยสมการเคมี สิ่งที่ แสดงอยู่ในสมการเคมีจะประกอบด้วยสารเคมีที่เกี่ยวข้องกับการเกิดปฏิกิริยาเคมีนั้น ๆ รวมทั้งภาวะต่าง ๆ ของการเกิดปฏิกิริยาด้วย สมการเคมีจะช่วยให้เราคิดคำนวณค่าต่าง ๆ ของการเกิดปฏิกิริยาเคมีที่เกิดขึ้น เช่น มวลหรือน้ำหนักของสารเคมีที่ถูกใช้ไป หรือที่เกิดขึ้นใหม่ แต่ก่อนอื่นควรทำความเข้าใจเบื้องต้นเกี่ยวกับสิ่งต่อไปนี้ให้ดีเสียก่อน ระบบกับสิ่งแวดล้อม (system and surrounding) ระบบ หมายถึง สิ่งที่เกิดการเปลี่ยนแปลง โดยอาจเป็นการเปลี่ยนสถานะ การละลายหรือการเกิดปฏิกิริยาเคมีก็ได้ สิ่งแวดล้อม หมายถึง สิ่งที่อยู่รอบ ๆ ของสิ่งที่เกิดการเปลี่ยนแปลงนั้น ซึ่งก็คือทุกสิ่งทุกอย่างที่สัมผัสอยู่กับระบบ ปฏิกิริยาเคมี คือ กระบวนการเปลี่ยนของสารตั้งต้นไปเป็นสารใหม่ โดยปริมาณสารตั้งต้นจะลดลง และปริมาณสารใหม่จะเกิดขึ้น และเพิ่มปริมาณขึ้นเรื่อยๆ เมื่อเวลาผ่านไป โดยสามารถเขียนให้เข้าใจง่ายด้วยสมการเคมี ปฏิกิริยาเคมีจำแนกเป็น 2 ประเภท คือ ทฤษฎีที่เกี่ยวข้องกับปฏิกิริยาเคมี สถานะการเกิดปฏิกิริยาเคมี ศาสตร์ทางเคมีที่เกี่ยวข้องกับการศึกษาอัตราการเกิดปฏิกิริยาเคมี เรียกว่า จลนศาสตร์เคมี (chemical kinetics) โดยคำว่า จลนศาสตร์ มีความหมายเกี่ยวข้องกับการเคลื่อนที่ของสาร ซึ่งเกี่ยวข้องกับอัตราการเกิดปฏิกิริยาเคมี (Rate of chemical reaction) โดยการเกิดปฏิกิริยาหนึ่งๆที่อยู่ในสภาวะเดียวกันจะมีอัตราการเกิดปฏิกิริยาเฉพาะค่า โดยขึ้นอยู่กับสภาวะธรรมชาติของสารนั้นๆ เช่น อัตราการเกิดปฏิกิริยาของก๊าซไฮโดรเจนกับก๊าซฟลูออรีน และก๊าซไนโตรเจนH2 (g) + F2 (g) = 2HF
อัตราการเกิดปฏิกิริยาเร็ว อัตราการเกิดปฏิกิริยาเคมี อัตราการเกิดปฏิกิริยาเคมี (Rate of chemical reaction) หมายถึง การเปลี่ยนแปลงปริมาณสารในหนึ่งหน่วยเวลาของการเกิดปฏิกิริยาของสารนั้น อัตราการเกิดปฏิกิริยาเคมี = ปริมาณสารตั้งต้นที่ลดลง อัตราการเกิดปฏิกิริยาเคมี = ปริมาณสารที่เปลี่ยนไป อัตราการเกิดปฏิกิริยาเคมี = ปริมาณสารที่เพิ่มขึ้น ชนิดอัตราการเกิดปฏิกิริยาเคมี แบ่งเป็น 2 ชนิด สรุปประเด็นที่เกี่ยวข้อง 2. ขณะที่การเกิดปฏิกิริยาเคมีดำเนินไป ปฏิกิริยาเคมีในขั้นเริ่มต้นจะมีอัตราการเกิดที่รวดเร็ว เนื่องจากปริมาณสารตั้งต้นมีมาก และเมื่อปฏิกิริยาผ่านไประยะหนึ่ง อัตราการเกิดปฏิกิริยาจะช้าลงเมื่อเทียบกับในช่วงเริ่มต้น เนื่องจากปริมาณสารตั้งต้นมีปริมาณลดลง 5. การหาอัตราการเกิดปฏิกิริยาเคมี สามารถหาได้จากสารตัวใดตัวหนึ่งก็ได้ ซึ่งจะให้ค่าที่เท่ากัน ตามสูตรด้านล่าง อัตราการเปลี่ยนแปลงของสาร = ΔA***** ↔*****ΔB***** ↔*****ΔC***** ↔*****ΔD อัตราการเกิดปฏิกิริยาเคมี = ΔA***** ↔*****ΔB***** ↔*****ΔC***** ↔*****ΔD หมายเหตุ: Δ = ผลต่าง, t = เวลา, + = การเพิ่มขึ้น, – = การลดลง 6. อัตราการเกิดปฏิกิริยาเคมีจะเท่ากับอัตราการเปลี่ยนแปลงของโมลสารหารด้วยหารด้วยสัมประสิทธิ์จำนวนโมลของสารนั้นที่ได้จากการดุลสมการแล้ว กฏอัตรา กฏอัตรา คือ สมการที่แสดงความสัมพันธ์ระหว่างอัตราการเกิดปฏิกิริยาเคมีกับความเข้มข้นของสารตั้งต้นหรือสารที่เข้าทำปฏิกิริยา เช่น 2A + 3B + C = 2D อัตรา (Rate) = -1 d(A) = -1 d(B) = –d(C) = -1 d(D) อัตราการเกิดปฏกิริยาเคมี (rate) = k(A)x (B)y (C)z หมายเหตุ: ทั้งนี้ ลำดับปฏิกิริยาจะหาได้จากการทดลองเท่านั้น โดยไม่มีความสัมพันธ์กับตัวเลขด้านหน้าของสารของสสมการเคมีที่ดุลแล้ว ปัจจัยที่มีผลต่อการเกิดปฏิกิริยาเคมี 1. ธรรมชาติของสารตั้งต้น และผลิตภัณฑ์ สมการเคมี สมการเคมี (chemical equation) คือ สัญลักษณ์ที่เขียนขึ้นแทนปฏิกิริยาเคมีของการทำปฏิกิริยาเคมีของสารตั้งต้น ทำให้เกิดสารผลิตภัณฑ์ใหม่เมื่อเวลาผ่านไป หลักการดุลสมการเคมี 2KMnO4 (s) + 16HCl (aq) → 2KCl (aq) + 2MnCl (aq) + 8H2O (l) + 5Cl2 (g) การทดสอบว่าการดุลสมการถูกต้องหรือไม่ เพื่อให้ทราบผลที่แน่ชัด และถูกต้องนั้น สามารถทดสอบด้วยวิธีการทดลองทางเคมี ที่เรียกว่า การไทเตรต (titration) เช่น การทำปฏิกิริยาระหว่างกรดกับเบส ณ จุดที่ทำปฏิกิริยากันพอดีจะอยู่ที่จุดอุณหภูมิสูงสุด การทำปฏิกิริยาระหว่างหว่างออกซิเจน (O2) กับแมกนีเซียมซัลเฟต (MnSO4) และโพแทสเซียมไฮดรอกไซด์ (2KOH) ในการฟิกออกซิเจนจนเกิดตะกอนน้ำตาลแดงของ 2MnO(OH)2 สมการเคมีที่สมดุลแล้วจะสามารถแสดงความสัมพันธ์ของปริมาณ สารในสมการ ได้แก่ จำนวนโมล จำนวนมวลสาร จำนวนโมเลกุล และจำนวนปริมาตร ตัวอย่างเช่น ตัวอย่างที่ 1 ****************2KMnO4 (s) + 16HCl (aq) → 2KCl (aq) + 2MnCl (aq) + 8H2O (l) + 5Cl2 (g) จำนนวนโมล: 2 โมล 16 โมล 2โมล 2 โมล
8 โมล 5 โมล ตัวอย่างที่ 2 ************ ****Al (s) + 6HCl (aq) → 2AlCl (aq) + 3H2 (g) จำนนวนโมล: 1 โมล 6 โมล 2โมล 3
โมล กฏทรงมวล สิ่งแวดล้อม หมายถึง ส่วนที่อยู่ภายนอกขอบเขตการศึกษา เช่น ภาชนะ อุปกรณ์ เตรื่องมืดวัด อากาศโดยรอบ เป็นต้น หากมวลสารทำปฏิกิริยาในระบบปิดจะทำให้ปริมาณสารก่อนทำปฏิกิริยา และหลังทำปฏิกิรยามีปริมาณเท่ากัน สมมติฐานนี้ถูกอธิบายด้วยกฏของอองตวน-โลรอง ในปี พ.ศ. 2317 ที่ได้ทำการทดลองเผาสารในหลอดที่ปิดสนิท ซึ่งพบว่า มวลรวมของสารก่อนการเกิดปฏิกิริยา และหลังการเกิดปฏิกิริยามีปริมาณเท่ากัน จึงตั้งกฏนี้ว่า “กฏทรงมวล” ปริมาตรก๊าซในปฏิกิริยาเคมี ก๊าซ มีสมบัติในการฟุ้งกระจาย และมีมวลน้อย ดังนั้น การวัดมวลสารโดยตรงจึงทำได้ยาก ปัจจุบันจึงนิยมวัดในหน่วยปริมาตรแทน โดยใช้กฎต่อไปในการอธิบาย 1. กฎของเกย์ลุสแซก 2. กฎอาโวกาโดร ปฏิกิริยาของก๊าซไฮโดรเจนกับออกซิเจนเกิดเป็นน้ำ ******H2
+ O2 = H2O YouTube Video |