จลนศาสตร์ของปฏิกิริยา

AP Chemistry · หัวข้อ 5

ดูสไลด์ ฝึกฝน

บทเรียนวิดีโอสำหรับหัวข้อนี้ เปิดหน้าวิดีโอ

5.1

ความเร็วของปฏิกิริยา

หลักสูตร

วัตถุประสงค์การเรียนรู้ 5.1.A: อธิบายความสัมพันธ์ระหว่างอัตราการเกิดปฏิกิริยาเคมีและพารามิเตอร์การทดลอง

5.1.A.1 จลนศาสตร์ของปฏิกิริยาเคมีนิยามว่าคืออัตราที่ปริมาณของสารตั้งต้นถูกแปลงเป็นผลิตภัณฑ์ต่อหน่วยเวลา
5.1.A.2 อัตราการเปลี่ยนแปลงของความเข้มข้นของสารตั้งต้นและผลิตภัณฑ์ถูกกำหนดโดยstoresichiometry_ในสมการเคมีที่สมดุล
5.1.A.3 อัตราการเกิดปฏิกิริยาได้รับอิทธิพลจากความเข้มข้นของสารตั้งต้น อุณหภูมิ พื้นที่ผิว ตัวเร่งปฏิกิริยา และปัจจัยสิ่งแวดล้อมอื่นๆ

แหล่งที่มา: คำอธิบายหลักสูตรและข้อสอบ College Board AP

เครื่อง catalytic converter: ตัวเร่งปฏิกิริยาช่วยเพิ่มอัตราการเกิดปฏิกิริยาโดยการลดพลังงานกระตุ้นโดยไม่ถูกใช้ไป

การกระจายแบบ Maxwell–Boltzmann

จลนศาสตร์ (Kinetics) ศึกษา อัตราการเกิดปฏิกิริยา – ว่าสารตั้งต้นเปลี่ยนเป็นผลิตภัณฑ์เร็วแค่ไหน อัตราคือการเปลี่ยนแปลงของความเข้มข้นต่อหน่วยเวลา และมัก ลดลง เมื่อสารตั้งต้นถูกใช้ไป อัตราเพิ่มขึ้นเมื่อมีความเข้มข้นสูงขึ้น อุณหภูมิสูงขึ้น พื้นที่ผิวมากขึ้น และมีตัวเร่งปฏิกิริยา

เมื่อมีอนุภาคมากขึ้นในพื้นที่เท่าเดิม จะชนกันบ่อยขึ้น ทำให้อัตราเพิ่มขึ้น

กระบอกฉีดยาแก๊ส: การวัดปริมาตรแก๊สตามเวลาให้ค่าอัตราปฏิกิริยາจากความชัน — แกลเลียงแก๊ส: การวัดปริมาตรแก๊สตามเวลาเพื่อให้ได้อัตราจากความชัน

สำรวจ

เปลี่ยนเงื่อนไขและดูอัตราการเกิดปฏิกิริยา

อัตราการเกิดปฏิกิริยา เพิ่มขึ้นตาม อุณหภูมิ, ความเข้มข้น และ ตัวเร่งปฏิกิริยา — ทุกอย่างช่วยเพิ่มจำนวนหรือประสิทธิภาพของการชนกัน เปลี่ยนแต่ละปัจจัยแล้วดูปฏิกิริยาเร็วขึ้น

คำศัพท์ ฝึกฝน

English	ไทย
Kinetics/kɪˈnetɪks/	จลนศาสตร์ของปฏิกิริยา
reaction rate/rɪˈækʃn reɪt/	อัตราการเกิดปฏิกิริยา
catalyst/ˈkætəlɪst/	ตัวเร่งปฏิกิริยา

5.2

การเขียนกฎอัตรา (Rate Law)

หลักสูตร

วัตถุประสงค์การเรียนรู้ 5.2.A: แสดงข้อมูลการทดลองด้วยนิพจน์กฎอัตราที่สอดคล้องกัน

5.2.A.1 วิธีการทดลองสามารถใช้ในการติดตามปริมาณสารตั้งต้นและ/หรือผลิตภัณฑ์ของปฏิกิริยาตามเวลา และเพื่อหาอัตราการเกิดปฏิกิริยา
5.2.A.2 กฎอัตราแสดงถึงอัตราการเกิดปฏิกิริยาที่แปรผันตรงกับความเข้มข้นของแต่ละสารตั้งต้นยกกำลังด้วยเลขชี้กำลังหนึ่ง
5.2.A.3 เลขชี้กำลังของแต่ละสารตั้งต้นในกฎอัตราคืออันดับของปฏิกิริยาสัมพันธ์กับสารตั้งต้นนั้น ผลรวมของเลขชี้กำลังของความเข้มข้นสารตั้งต้นในกฎอัตราคืออันดับโดยรวมของปฏิกิริยา
5.2.A.4 ค่าคงที่การแปรผันในกฎอัตราเรียกว่าค่าคงที่อัตรา (rate constant) ค่าของค่าคงที่นี้ขึ้นอยู่กับอุณหภูมิ และหน่วยจะสะท้อนอันดับโดยรวมของปฏิกิริยา
5.2.A.5 การเปรียบเทียบอัตราเริ่มต้นของปฏิกิริยาเป็นวิธีการหนึ่งในการหาอันดับของปฏิกิริยาสัมพันธ์กับแต่ละสารตั้งต้น

แหล่งที่มา: คำอธิบายหลักสูตรและข้อสอบ College Board AP

กฎอัตรา เชื่อมโยงอัตรากับความเข้มข้นของสารตั้งต้น:

$$\text{rate}=k[\text{A}]^m[\text{B}]^n,$$

โดยที่ $k$ คือ ค่าคงที่อัตรา (rate constant) และ $m,n$ คือ อันดับปฏิกิริยา (orders). อันดับปฏิกิริยาหาได้จาก การทดลอง (ไม่ใช่จากสัมประสิทธิ์ในสมการที่สมดุล) โดยการดูว่าอัตราเปลี่ยนอย่างไรเมื่อเราเปลี่ยนความเข้มข้นของสารหนึ่งอย่างเท่านั้น

อัตราปฏิกิริยาเทียบกับความเข้มข้นสำหรับปฏิกิริยาอันดับศูนย์ อันดับหนึ่ง และอันดับสอง — อัตราเทียบกับความเข้มข้นสำหรับปฏิกิริยาอันดับศูนย์, อันดับหนึ่ง, และอันดับสอง

ตัวอย่างวิธีทำ. ในการทดลอง การเพิ่ม $[\text{A}]$ เป็นสองเท่า ทำให้อัตรา เพิ่มขึ้นสี่เท่า ในขณะที่การเพิ่ม $[\text{B}]$ เป็นสองเท่า อัตรายังคงเดิม ดังนั้นปฏิกิริยานี้เป็น อันดับสอง ของ A ($2^2=4$) และเป็น อันดับศูนย์ ของ B ทำให้ได้ $\text{rate}=k[\text{A}]^2$. อันดับรวมคือ $2+0=2$. ห้ามอ่านอันดับจากสัมประสิทธิ์ในสมการที่สมดุลเลย – มีแต่การทดลองเท่านั้นที่จะบอกได้

คำศัพท์ ฝึกฝน

English	ไทย
rate constant/reɪt ˈkɒnstənt/	ค่าคงที่อัตรา
orders/ˈɔːdəz/	orders

5.3

ความเข้มข้นตามเวลา

หลักสูตร

วัตถุประสงค์การเรียนรู้ 5.3.A: ระบุรูปสมการกฎอัตราของปฏิกิริยาเคมีโดยใช้ข้อมูลที่แสดงถึงการเปลี่ยนแปลงความเข้มข้นของสปีชีส์ในปฏิกิริยาตามเวลา

5.3.A.1 อันดับของปฏิกิริยาสามารถสรุปได้จากกราฟแสดงความเข้มข้นของสารตั้งต้นเทียบกับเวลา
5.3.A.2 หากปฏิกิริยามีอันดับหนึ่งสัมพันธ์กับสารตั้งต้นที่กำลังติดตาม การพล็อตลอการิทึมธรรมชาติ (ln) ของความเข้มข้นของสารตั้งต้นเทียบกับเวลาจะเป็นเส้นตรง
5.3.A.3 หากปฏิกิริยามีอันดับสองสัมพันธ์กับสารตั้งต้นที่กำลังติดตาม การพล็อตส่วนกลับของความเข้มข้นของสารตั้งต้นนั้นเทียบกับเวลาจะเป็นเส้นตรง
5.3.A.4 ความชันของข้อมูลความเข้มข้นเทียบกับเวลาสำหรับปฏิกิริยาระดับศูนย์ ระดับหนึ่ง และระดับสอง สามารถใช้หาค่าคงที่อัตราของปฏิกิริยาได้
- ปฏิกิริยาระดับศูนย์:
- สมการ: $[\mathrm{A}]_t - [\mathrm{A}]_0 = -kt$
- ปฏิกิริยาระดับหนึ่ง:
- สมการ: $\ln[\mathrm{A}]_t - \ln[\mathrm{A}]_0 = -kt$
- ปฏิกิริยาระดับสอง:
- สมการ: $1/[\mathrm{A}]_t - 1/[\mathrm{A}]_0 = kt$
5.3.A.5 เวลาครึ่งชีวิตเป็นพารามิเตอร์ที่สำคัญสำหรับปฏิกิริยาระดับหนึ่ง เนื่องจากเวลาครึ่งชีวิตมีค่าคงที่และสัมพันธ์กับค่าคงที่อัตราของปฏิกิริยาโดยสมการ:
- สมการ: $t_{1/2} = 0.693/k.$
5.3.A.6 กระบวนการสลายตัวทางรังสีเป็นตัวอย่างที่สำคัญของการจลนศาสตร์อันดับหนึ่ง

แหล่งที่มา: คำอธิบายหลักสูตรและข้อสอบ College Board AP

กฎอัตรารวม (integrated rate laws) อธิบายว่าความเข้มข้นลดลงตามเวลาอย่างไร และให้กราฟเส้นตรง用来ทดสอบ:

ปฏิกิริยาลำดับแรกมีครึ่งชีวิตคงที่

อันดับศูนย์: $[\text{A}]$ เทียบกับ $t$ เป็นเส้นตรง
อันดับหนึ่ง: $\ln[\text{A}]$ เทียบกับ $t$ เป็นเส้นตรง; ครึ่งอายุ (half-life) คงที่
อันดับสอง: $\dfrac{1}{[\text{A}]}$ เทียบกับ $t$ เป็นเส้นตรง

กราฟใดที่เป็นเส้นตรง บอกได้ว่าอันดับปฏิกิริยาคืออะไร และให้ $k$ จากความชันของกราฟนั้น

ตัวอย่างวิธีทำ. ปฏิกิริยาอันดับหนึ่งมีค่าคงที่อัตรา $k=0.030\ \text{s}^{-1}$. ครึ่งอายุของมันคือ

$$t_{1/2}=\frac{0.693}{k}=\frac{0.693}{0.030}=23\ \text{s},$$

และเนื่องจากเป็นอันดับหนึ่ง ครึ่งอายุนั้นจะคงที่ไม่ว่าจะมีสารตั้งต้นเหลืออยู่เท่าไหร่ – ดังนั้นหลังจาก $46\ \text{s}$ ($2$ ครึ่งอายุ) จะเหลืออยู่เพียงหนึ่งในสี่

สำรวจ

ติดตามความเข้มข้นขณะปฏิกิริยากำลังดำเนิน

เมื่อสารตั้งต้นถูกใช้ไป อัตราการเกิดปฏิกิริยาลดลง กราฟความเข้มข้น-เวลาจึงชันมากในตอนแรกแล้วค่อยๆ เรียบเรียบ การเพิ่มอุณหภูมิหรือเติมตัวเร่งปฏิกิริยาจะทำให้กราฟชันขึ้น

คำศัพท์ ฝึกฝน

English	ไทย
rate law/reɪt lɔː/	กฎอัตรา
half-life/hɑːf laɪf/	ครึ่งอายุ (half-life)

5.4

ขั้นตอนจริงที่ปฏิกิริยาเกิดขึ้น

หลักสูตร

วัตถุประสงค์การเรียนรู้ 5.4.A: แสดงปฏิกิริยาย่อยในรูปสมการกฎอัตราโดยใช้storeschiometry

5.4.A.1 กฎอัตราของปฏิกิริยาย่อยสามารถสรุปได้จากstoreschiometryของอนุภาคที่มีส่วนร่วมในการชนกัน
5.4.A.2 ปฏิกิริยาย่อยที่เกี่ยวข้องกับการชนกันพร้อมกันของสามอนุภาคขึ้นไปมีน้อยมาก

แหล่งที่มา: คำอธิบายหลักสูตรและข้อสอบ College Board AP

กลไกปฏิกิริยา (reaction mechanism) คือลำดับของ ขั้นตอนย่อย (elementary steps) ที่เกิดขึ้นจริง โมเลกุลarity (molecularity) ของแต่ละขั้นตอน (จำนวนอนุภาคที่ชนกันในขั้นนั้น) กำหนดกฎอัตรานั้นโดยตรง สปีชีส์ที่ถูกสร้าง在某 step และถูกใช้在某 later stepเรียกว่า สารกลาง (intermediates)

คำศัพท์ ฝึกฝน

English	ไทย
reaction mechanism/rɪˈækʃn ˈmekənɪzəm/	กลไกของปฏิกิริยา
elementary steps/ˌelɪˈmentəri steps/	ขั้นตอนพื้นฐาน
intermediates/ˌɪntəˈmiːdɪəts/	สารตัวกลาง

5.5

ทำไมการชนถึงทำให้ปฏิกิริยาเกิดหรือไม่เกิด

หลักสูตร

วัตถุประสงค์การเรียนรู้ 5.5.A: อธิบายความสัมพันธ์ระหว่างอัตราการเกิดปฏิกิริยาย่อยกับความถี่ พลังงาน และการจัดวางตัวของอนุภาคในการชนกัน

5.5.A.1 เพื่อให้ปฏิกิริยาย่อยสร้างผลิตภัณฑ์ได้อย่างสำเร็จ สารตั้งต้นต้องชนกันอย่างมีประสิทธิภาพเพื่อบริหารการแตกและการสร้างพันธะ
5.5.A.2 ในปฏิกิริยาส่วนใหญ่ มีเพียงเศษเล็กfractionน้อยของการชน就会导致发生ปฏิกิริยา การชนอย่างสำเร็จต้องมีทั้งพลังงานเพียงพอที่จะ passphrase requirements ของพลังงานกระตุ้น และการจัดวางที่อนุญาตให้พันธะจัดเรียงใหม่ในลักษณะที่ต้องการ
5.5.A.3 กราฟการแจกแจงแมกซ์เวลล์-โบลต์ซมันน์อธิบายการแจกแจงพลังงานของอนุภาค; การแจกแจงนี้สามารถใช้ประมาณ fraction ของการชนที่มีพลังงานเพียงพอที่จะนำไปสู่ปฏิกิริยาในเชิงคุณภาพ และแสดงว่า fraction นั้นขึ้นอยู่กับอุณหภูมิอย่างไร

แหล่งที่มา: คำอธิบายหลักสูตรและข้อสอบ College Board AP

ทฤษฎีการชน

ทฤษฎีการชน: โมเลกุลต้องชนกันด้วยพลังงานเพียงพอ (พลังงานกระตุ้น, $E_a$) และมี ทิศทาง (orientation) ที่ถูกต้องเพื่อให้เกิดปฏิกิริยา อุณหภูมิที่สูงขึ้นหมายถึงมีโมเลกุลจำนวนมากเกิน $E_a$ มากกว่าเดิม ดังนั้นปฏิกิริยาจึงเร่งขึ้นอย่างรวดเร็ว

การชนจะเกิดปฏิกิริยาได้ก็ต่อเมื่อมีทิศทางที่ถูกต้องและมีพลังงานเพียงพอ

สำรวจ

โมเลกุลใดผ่านพลังงานกระตุ้นได้

เฉพาะการชนกันที่มีพลังงานเกิน พลังงานกระตุ้น จึงเกิดปฏิกิริยาได้ การให้ความร้อนทำให้การกระจายความเร็ว SHIFT ไปทางขวา ทำให้มีสัดส่วนของโมเลกุลที่สามารถเกิดปฏิกิริยาได้มากขึ้นอย่างมาก

คำศัพท์ ฝึกฝน

English	ไทย
Collision theory/kəˈlɪʒn ˈθɪəri/	ทฤษฎีการชน
activation energy/ˌæktɪˈveɪʃn ˈenədʒi/	พลังงานก่อกวน (activation energy)
energy profile/ˈenədʒi ˈprəʊfaɪl/	โปรไฟล์พลังงาน

5.6

การอ่านกราฟพลังงาน (Energy Profile)

หลักสูตร

วัตถุประสงค์การเรียนรู้ 5.6.A: แสดงพลังงานกระตุ้นและการเปลี่ยนแปลงพลังงานโดยรวมในปฏิกิริยาย่อยโดยใช้โปรไฟล์พลังงานของปฏิกิริยา

5.6.A.1 ปฏิกิริยาย่อยมักเกี่ยวข้องกับการแตกของพันธะบางส่วนและการสร้างพันธะใหม่
5.6.A.2 พิกัดปฏิกิริยาเป็นแกนที่ชุดการเคลื่อนไหวที่ซับซ้อนที่เกี่ยวข้องในการจัดเรียงสารตั้งต้นเพื่อสร้างผลิตภัณฑ์สามารถพล็อตได้
5.6.A.3 โปรไฟล์พลังงานให้พลังงานตามพิกัดปฏิกิริยา ซึ่งมักดำเนินจากสารตั้งต้น ผ่านสถานะเปลี่ยนผ่าน ไปยังผลิตภัณฑ์ ส่วนต่างของพลังงานระหว่างสารตั้งต้นกับสถานะเปลี่ยนผ่านคือพลังงานกระตุ้นสำหรับปฏิกิริยาไปข้างหน้า
5.6.A.4 อัตราของปฏิกิริยาย่อยขึ้นอยู่กับอุณหภูมิเนื่องจากสัดส่วนของการชนของอนุภาคที่มีพลังงานเพียงพอที่จะถึงสถานะเปลี่ยนผ่านแปรผันตามอุณหภูมิ สมการอาร์เรเนียสเชื่อมโยงการพึ่งพาอุณหภูมิของอัตราการเกิดปฏิกิริยาย่อยกับพลังงานกระตุ้นที่จำเป็นสำหรับการชนของโมเลกุลเพื่อถึงสถานะเปลี่ยนผ่าน
- ข้อควรระวัง: การคำนวณที่เกี่ยวข้องกับสมการอาร์เรเนียสจะไม่ถูกทดสอบในข้อสอบ AP

แหล่งที่มา: คำอธิบายหลักสูตรและข้อสอบ College Board AP

กราฟพลังงานของปฏิกิริยา

กราฟพลังงานython พลังงานตามเส้นทางปฏิกิริยา จุดยอดคือ สถานะผ่าน (transition state); การปีนจากสารตั้งต้นสู่จุดยอดคือ $E_a$; ส่วนต่างระหว่างพลังงานของสารตั้งต้นและผลิตภัณฑ์คือ enthalpy change $\Delta H$ (ลงสำหรับ exothermic)

ปฏิกิริยาคายความร้อนสิ้นสุดต่ำกว่าสารตั้งต้น; ปฏิกิริยาสอบความร้อนสิ้นสุดสูงกว่า — ปฏิกิริยา exothermic ลงต่ำกว่าสารตั้งต้น; endothermic ขึ้นสูงกว่า

สำรวจ

อ่านค่าพลังงานกระตุ้นจากกราฟพลังงาน

กราฟพลังงาน แสดงพลังงานตามแนวปฏิกิริยา ยอดเขาคือ พลังงานกระตุ้น; การลดลงจากสารตั้งต้นไปสู่ผลิตภัณฑ์คือ $\Delta H$. ตัวเร่งปฏิกิริยาช่วยลดยอดเขาลง

คำศัพท์ ฝึกฝน

English	ไทย
transition state/trænˈsɪʃn steɪt/	สถานะทรานซิชัน

5.7

ลำดับขั้นตอน

หลักสูตร

วัตถุประสงค์การเรียนรู้ 5.7.A: ระบุองค์ประกอบของกลไกปฏิกิริยา

5.7.A.1 กลไกปฏิกิริยาประกอบด้วย سلسلةของปฏิกิริยาย่อย หรือขั้นตอน ที่เกิดขึ้นตามลำดับ องค์ประกอบอาจรวมถึงสารตั้งต้น中间体 ผลิตภัณฑ์ และตัวเร่งปฏิกิริยา
5.7.A.2 ขั้นตอนย่อยเมื่อรวมกันแล้วควรสอดคล้องกับสมการเคมีที่ดุลแล้วโดยรวม
5.7.A.3中间体被某些步骤产生并被其他步骤消耗，因此它仅在反应进行时存在
5.7.A.4 การตรวจจับ中间体通过实验是支持某一反应机理而非替代机理的常见方法
- ข้อควรระวัง: การเก็บข้อมูลเกี่ยวกับการตรวจจับ中间体 จะไม่ถูกทดสอบในข้อสอบ AP

แหล่งที่มา: คำอธิบายหลักสูตรและข้อสอบ College Board AP

ในกลไกหลายขั้นตอน ขั้นตอนต่างๆ ต้อง บวกกัน ได้เป็นสมการรวมที่สมดุล (สารกลางหักล้างกัน) แต่ละขั้นตอนมีเนินพลังงานของตัวเอง; เนินที่สูงที่สุดคือขั้นตอนที่ช้าที่สุด

ขั้นตอนช้าที่มีกำแพงพลังงานสูงกว่าคือขั้นกำหนดอัตรา — ขั้นตอนที่ช้าและมีกำแพงสูงคือตัวกำหนดอัตรา

คำศัพท์ ฝึกฝน

English	ไทย
rate-determining step/reɪt dɪˈtɜːmɪnɪŋ step/	ขั้นกำหนดอัตรา

5.8

การหากฎอัตราจากกลไก

หลักสูตร

วัตถุประสงค์การเรียนรู้ 5.8.A: ระบุกฎอัตราของปฏิกิริยาจากกลไกที่ขั้นตอนแรกเป็นขั้นจำกัดอัตรา

5.8.A.1 สำหรับกลไกปฏิกิริยาที่แต่ละขั้นตอนย่อยเป็นแบบไม่สามารถย้อนกลับได้ หรือที่ขั้นตอนแรกเป็นขั้นตอนกำหนดอัตรา แล้วกฎอัตราของปฏิกิริยานั้นจะถูกกำหนดโดยโมเลกุลarity ของขั้นตอนย่อยที่ช้าที่สุด (นั่นคือ ขั้นตอนกำหนดอัตรา)
- ข้อควรระวัง: การเก็บข้อมูลเกี่ยวกับการตรวจจับ中间体 จะไม่ถูกทดสอบในข้อสอบ AP

แหล่งที่มา: คำอธิบายหลักสูตรและข้อสอบ College Board AP

ขั้นตอนที่กำหนดอัตรา (rate-determining step) คือขั้นตอนที่ช้าที่สุด; โมเลกุลarity ของขั้นนี้กำหนดกฎอัตรารวม กลไกที่ถูกต้องต้อง (1) บวกกันได้ปฏิกิริยารวม และ (2) ทำนายกฎอัตราที่สังเกตจากการทดลองได้

ตัวอย่างวิธีทำ. สมมติว่าขั้นตอนที่ช้า (ตัวกำหนดอัตรา) คือการชนกันแบบ bimolecular $\text{NO}_2+\text{NO}_2\rightarrow\text{NO}_3+\text{NO}$. โมเลกุลarity ของขั้นนี้กำหนดกฎอัตราโดยตรง: $\text{rate}=k[\text{NO}_2]^2$. หากการทดลองแสดงผลลัพธ์เช่นนี้ กลไกที่เสนอมาสอดคล้องกัน; หากการทดลองได้ $\text{rate}=k[\text{NO}_2]$ กลไกนั้นจะผิด

5.9

เมื่อขั้นตอนแรกเร็ว

หลักสูตร

จุดประสงค์การเรียนรู้ 5.9.A: ระบุกฎอัตราจากกลไกปฏิกิริยาที่ขั้นตอนแรกไม่ใช่ขั้นตอนกำหนดอัตรา

5.9.A.1 หากขั้นตอนย่อยแรกไม่ใช่ขั้นตอนกำหนดอัตรา จำเป็นต้องมีการประมาณค่า (เช่น การประมาณการก่อนสมดุล) เพื่อหาสมการกฎอัตรา

แหล่งที่มา: คำอธิบายหลักสูตรและข้อสอบ College Board AP

หากมีขั้นตอนเร็วนำหน้าขั้นตอนช้า สารกลางจะปรากฏในกฎอัตราของขั้นที่ช้า ให้ใช้ สมดุลก่อนหน้าแบบเร็ว (fast pre-equilibrium) เพื่อเขียนใหม่สารกลางนั้นในรูปของสารตั้งต้น เพื่อให้กฎอัตราส่งท้ายมีเพียงสปีชีส์ที่วัดได้เท่านั้น

5.10

กราฟพลังงานสำหรับหลายขั้นตอน

หลักสูตร

วัตถุประสงค์การเรียนรู้ 5.10.A: แสดงพลังงานก่อกวนและการเปลี่ยนแปลงพลังงานรวมในปฏิกิริยาแบบหลายขั้นตอนด้วยโปรไฟล์พลังงานปฏิกิริยา

5.10.A.1 ความรู้เกี่ยวกับอุณหพลศาสตร์ของแต่ละปฏิกิริยาขั้นพื้นฐานในกลไกช่วยให้สามารถสร้างโปรไฟล์พลังงานสำหรับปฏิกิริยาแบบหลายขั้นตอนได้

แหล่งที่มา: คำอธิบายหลักสูตรและข้อสอบ College Board AP

โปรไฟล์ของปฏิกิริยาหลายขั้นตอนแสดงยอดเขาหลายจุด (หนึ่งจุดต่อหนึ่งขั้นตอน) พร้อมหุบเขา (สารกลาง) อยู่ระหว่างยอดเขาเหล่านั้น ยอดเขาที่สูงที่สุด คือสถานะเปลี่ยนผ่านที่กำหนดอัตราการเกิดปฏิกิริยา – ซึ่งเป็นตัวควบคุมอัตราการเกิดปฏิกิริยารวม

5.11

วิธีที่ตัวเร่งปฏิกิริยาช่วยให้ปฏิกิริยาดำเนินการเร็วขึ้น

หลักสูตร

วัตถุประสงค์การเรียนรู้ 5.11.A: อธิบายความสัมพันธ์ระหว่างผลของตัวเร่งปฏิกิริยากับปฏิกิริยาและการเปลี่ยนแปลงในกลไกปฏิกิริยา

5.11.A.1 เพื่อให้ตัวเร่งปฏิกิริยาเพิ่มอัตราการเกิดปฏิกิริยา การเพิ่มตัวเร่งปฏิกิริยาต้องเพิ่มจำนวนการชนที่มีประสิทธิผลและ/หรือให้เส้นทางปฏิกิริยากsWith_พลังงานก่อกวนต่ำกว่าเมื่อเทียบกับเส้นทางการเกิดปฏิกิริยาเดิม
5.11.A.2 ในกลไกปฏิกิริยาที่มีตัวเร่งปฏิกิริยา ความเข้มข้นสุทธิของตัวเร่งปฏิกิริยานั้นคงที่ อย่างไรก็ตาม ตัวเร่งปฏิกิริยามักจะถูกบริโภคในขั้นตอนกำหนดอัตราการเกิดปฏิกิริยา ของปฏิกิริยา แล้วถูกสร้างใหม่ในขั้นตอนถัดไปของกลไก
5.11.A.3 ตัวเร่งปฏิกิริยาบางชนิดเร่งปฏิกิริยาโดยการจับกับสารตั้งต้น(们) สารตั้งต้นถูกจัดวางในทิศทางที่ดีขึ้นหรือทำปฏิกิริยากับพลังงานก่อกวนต่ำลง มักมีตัวกลางปฏิกิริยารุ่นใหม่ในซึ่งตัวเร่งปฏิกิริยาจับกับสารตั้งต้น(们) เอนไซม์จำนวนมากทำงานในลักษณะนี้
5.11.A.4 ตัวเร่งปฏิกิริยาบางชนิดเกี่ยวข้องกับการเกิดพันธะโคแวลันต์ระหว่างตัวเร่งปฏิกิริยากับสารตั้งต้น ตัวอย่างคือการเร่งปฏิกิริยากรด-เบส ซึ่งสารตั้งต้นหรือตัวกลาง либо gaining or losing a proton This introduces a new reaction intermediate and new elementary reactions involving that intermediate.
5.11.A.5 ในการเร่งปฏิกิริยาบนพื้นผิว สารตั้งต้นหรือตัวกลางจะจับกับหรือสร้างพันธะโคเวเลนต์กับพื้นผิว สิ่งนี้引入了 elementary reactions involving these new bound reaction intermediate(s).

แหล่งที่มา: คำอธิบายหลักสูตรและข้อสอบ College Board AP

ตัวเร่งปฏิกิริยา ช่วยเพิ่มอัตราการเกิดปฏิกิริยาโดยการสร้างเส้นทางใหม่ที่มี พลังงานกระตุ้นต่ำกว่า โดยไม่ถูกใช้ไปเอง มันไม่เปลี่ยน $\Delta H$ หรือตำแหน่งสมดุล – แต่ทำให้ถึงจุดสมดุลได้เร็วขึ้น ในโปรไฟล์พลังงาน ตัวเร่งปฏิกิริยาจะลดความสูงของยอดเขา(s)

ตัวเร่งปฏิกิริยาให้เส้นทางที่มีพลังงานกระตุ้นต่ำกว่า; การเปลี่ยนแปลงเอนทาลปีไม่เปลี่ยน

5.11

ข้อแนะนำสำหรับการสอบ

อัตราการเกิดปฏิกิริยาเพิ่มขึ้นตาม ความเข้มข้น อุณหภูมิ พื้นที่ผิว และตัวเร่งปฏิกิริยา — อธิบายแต่ละปัจจัยด้วย ทฤษฎีการชนกัน (มีการชนกันที่ประสบความสำเร็จมากขึ้น หรือมีพลังงานสูงขึ้นในการชนกัน),
อุณหภูมิทำงานโดยทำให้มี อนุภาคจำนวนมากที่มีพลังงานเกินกว่าพลังงานกระตุ้น ไม่ใช่แค่การชนกันมากขึ้นเท่านั้น
อันดับของปฏิกิริยามาจากการทดลอง ไม่ใช่จากสัมประสิทธิ์ในสมการที่ปรับแล้ว – ดูว่าอัตราเปลี่ยนแปลงอย่างไรเมื่อเปลี่ยนความเข้มข้นของสารตั้งต้นหนึ่งชนิด
ใน โปรไฟล์พลังงาน ความสูงของภูเขาคือพลังงานกระตุ้น ส่วนช่องว่างระหว่างสารตั้งต้นและผลิตภัณฑ์คือ $\Delta H$
ตัวเร่งปฏิกิริยา ลดพลังงานกระตุ้น (สร้างเส้นทางใหม่) แต่คง $\Delta H$ และตำแหน่งสมดุลไว้ไม่เปลี่ยนแปลง

บทเรียนเชิงโต้ตอบสำหรับหัวข้อนี้

ทำทีละขั้นตอน พร้อมแบบฝึกหัดตรวจสอบผลทันที

ข้อสอบย้อนหลัง

หัวข้อเพิ่มเติมใน AP Chemistry