ความเข้มข้นมีผลต่ออัตราการเกิดปฏิกิริยาอย่างไร

เนื้อหา

• TL; DR (ยาวเกินไปไม่ได้อ่าน)
• อัตราการเกิดปฏิกิริยาเปลี่ยนแปลงอย่างไร
• วิธีการกำหนดอัตราการเกิดปฏิกิริยา

การเพิ่มความเข้มข้นของสารตั้งต้นมักจะเพิ่มอัตราการเกิดปฏิกิริยาเพราะมีโมเลกุลหรือไอออนที่ทำปฏิกิริยามากขึ้นเพื่อสร้างผลิตภัณฑ์ที่ทำปฏิกิริยานี่เป็นเรื่องจริงโดยเฉพาะอย่างยิ่งเมื่อความเข้มข้นต่ำและมีโมเลกุลหรือไอออนน้อยที่ทำปฏิกิริยา เมื่อความเข้มข้นสูงแล้วขีด จำกัด มักจะถึงเมื่อการเพิ่มความเข้มข้นมีผลต่ออัตราการเกิดปฏิกิริยาเพียงเล็กน้อย เมื่อมีสารตั้งต้นหลายชนิดเข้ามาเกี่ยวข้องการเพิ่มความเข้มข้นของสารตัวหนึ่งอาจไม่ส่งผลต่ออัตราการเกิดปฏิกิริยาถ้ามีตัวทำปฏิกิริยาอื่นไม่เพียงพอ โดยรวมแล้วความเข้มข้นเป็นเพียงปัจจัยเดียวที่มีผลต่ออัตราการเกิดปฏิกิริยาและความสัมพันธ์มักไม่ง่ายหรือเป็นเส้นตรง

TL; DR (ยาวเกินไปไม่ได้อ่าน)

อัตราการเกิดปฏิกิริยาโดยทั่วไปจะแตกต่างกันไปตามการเปลี่ยนแปลงในความเข้มข้นของสารตั้งต้น เมื่อความเข้มข้นของสารตั้งต้นเพิ่มขึ้นโมเลกุลหรือไอออนจะมีปฏิกิริยาต่อกันเพื่อสร้างสารประกอบใหม่และอัตราการเกิดปฏิกิริยาเพิ่มขึ้น เมื่อความเข้มข้นของสารตั้งต้นลดลงจะมีโมเลกุลหรือไอออนอยู่น้อยลงและอัตราการเกิดปฏิกิริยาจะลดลง ในกรณีพิเศษเช่นสำหรับความเข้มข้นสูงสำหรับปฏิกิริยาตัวเร่งปฏิกิริยาหรือสำหรับตัวเร่งปฏิกิริยาเดียวการเปลี่ยนความเข้มข้นของสารตั้งต้นอาจไม่ส่งผลต่ออัตราการเกิดปฏิกิริยา

อัตราการเกิดปฏิกิริยาเปลี่ยนแปลงอย่างไร

ในปฏิกิริยาเคมีทั่วไปสารหลายชนิดตอบสนองเพื่อสร้างผลิตภัณฑ์ใหม่ สารอาจรวมตัวกันเป็นก๊าซของเหลวหรือในสารละลายและปริมาณของสารตั้งต้นแต่ละตัวมีผลต่อความรวดเร็วของการเกิดปฏิกิริยา บ่อยครั้งที่มีมากกว่าหนึ่งสารตั้งต้นและอัตราของปฏิกิริยาขึ้นอยู่กับสารตั้งต้นอื่น ๆ ที่มีอยู่ บางครั้งอัตราการเกิดปฏิกิริยาขึ้นอยู่กับความเข้มข้นของสารตั้งต้นทั้งหมดและบางครั้งก็มีตัวเร่งปฏิกิริยาและช่วยกำหนดความเร็วของปฏิกิริยา ขึ้นอยู่กับสถานการณ์ที่เฉพาะเจาะจงการเปลี่ยนแปลงความเข้มข้นของสารตั้งต้นหนึ่งอาจไม่มีผลกระทบ

ตัวอย่างเช่นในการทำปฏิกิริยาระหว่างแมกนีเซียมและกรดไฮโดรคลอริกแมกนีเซียมจะถูกนำมาใช้เป็นของแข็งในขณะที่กรดไฮโดรคลอริกอยู่ในสารละลาย โดยทั่วไปแล้วกรดจะทำปฏิกิริยากับอะตอมของแมกนีเซียมจากโลหะและเมื่อโลหะถูกกลืนไปปฏิกิริยาก็จะเกิดขึ้น เมื่อกรดไฮโดรคลอริกอยู่ในสารละลายมากขึ้นและความเข้มข้นสูงขึ้นไอออนของกรดไฮโดรคลอริกจะยิ่งกินเข้าไปในโลหะและจะเกิดปฏิกิริยาเร็วขึ้น

ในทำนองเดียวกันเมื่อแคลเซียมคาร์บอเนตทำปฏิกิริยากับกรดไฮโดรคลอริกการเพิ่มความเข้มข้นของกรดจะเร่งอัตราการเกิดปฏิกิริยาตราบใดที่มีแคลเซียมคาร์บอเนตเพียงพอ แคลเซียมคาร์บอเนตเป็นผงสีขาวที่ผสมกับน้ำ แต่ไม่ละลาย เมื่อทำปฏิกิริยากับกรดไฮโดรคลอริกจะเกิดแคลเซียมคลอไรด์ที่ละลายน้ำได้และปล่อยคาร์บอนไดออกไซด์ออกมา การเพิ่มความเข้มข้นของแคลเซียมคาร์บอเนตเมื่อมีสารละลายอยู่มากจะไม่มีผลต่ออัตราการเกิดปฏิกิริยา

บางครั้งปฏิกิริยาขึ้นอยู่กับตัวเร่งปฏิกิริยาที่จะดำเนินการต่อไป ในกรณีดังกล่าวการเปลี่ยนความเข้มข้นของตัวเร่งปฏิกิริยาสามารถเร่งหรือชะลอปฏิกิริยา ตัวอย่างเช่นเอนไซม์เร่งปฏิกิริยาทางชีววิทยาและความเข้มข้นของพวกเขามีผลต่ออัตราการเกิดปฏิกิริยา ในทางกลับกันหากใช้เอนไซม์อย่างเต็มที่แล้วการเปลี่ยนความเข้มข้นของวัสดุอื่นจะไม่มีผลใด ๆ

วิธีการกำหนดอัตราการเกิดปฏิกิริยา

ปฏิกิริยาเคมีจะใช้สารตั้งต้นและสร้างผลิตภัณฑ์ที่เกิดปฏิกิริยา เป็นผลให้อัตราการเกิดปฏิกิริยาสามารถกำหนดได้โดยการวัดปริมาณการใช้สารตั้งต้นอย่างรวดเร็วหรือปริมาณของผลิตภัณฑ์ที่เกิดปฏิกิริยา ขึ้นอยู่กับปฏิกิริยามักจะง่ายที่สุดในการวัดหนึ่งในสารที่สามารถเข้าถึงได้และสังเกตได้ง่ายที่สุด

ตัวอย่างเช่นในปฏิกิริยาของแมกนีเซียมและกรดไฮโดรคลอริกด้านบนปฏิกิริยาจะผลิตไฮโดรเจนที่สามารถรวบรวมและตรวจวัดได้ สำหรับปฏิกิริยาของแคลเซียมคาร์บอเนตและกรดไฮโดรคลอริกในการผลิตคาร์บอนไดออกไซด์และแคลเซียมคลอไรด์ก็สามารถเก็บคาร์บอนไดออกไซด์ได้เช่นกัน วิธีที่ง่ายกว่าคือการชั่งน้ำหนักภาชนะบรรจุปฏิกิริยาเพื่อกำหนดปริมาณการปล่อยก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์ การวัดความเร็วของปฏิกิริยาเคมีด้วยวิธีนี้สามารถกำหนดได้ว่าการเปลี่ยนความเข้มข้นของสารตั้งต้นตัวใดตัวหนึ่งได้เปลี่ยนอัตราการเกิดปฏิกิริยาสำหรับกระบวนการเฉพาะหรือไม่