บทท�� 4 ปฏิ�กิ�ริ�ยาเคมี�Chemical Reaction

ภาควิ�ชาเคมี� คณะวิ�ทยาศาสตริ� มีหาวิ�ทยาลั�ยเทคโนโลัย�มีหานคริ

ปฏิ�กิ�ริ�ยาเคมี� (Chemical Reaction)

กิาริเปลั��ยนแปลังทางเคมี� เริ�ยกิวิ า “ ปฏิ�กิ�ริ�ยาเคมี� ” (chemical

reaction) เริาสามีาริถเขี�ยนปฏิ�กิ�ริ�ยาเคมี�ในริ$ปขีอง สมีกิาริเคมี� เช น

2H2(g) + O2(g) 2H2O(l)

reactant product

สมีกิาริเคมี�บอกิให&เริาทริาบวิ า

2 H2(g) + O2(g) 2 H2O(l)

2 โมีเลักิ'ลั 1 โมีเลักิ'ลั 2 โมีเลักิ'ลั 2 โมีลั 1 โมีลั 2 โมีลั

2(2 1 g) = 4 g + 2 (16) = 32 g 2 (18)

(4 + 32 = 36 g) = 36 g

ในสมีกิาริเคมี� ต&องแสดงสถานะทางกิายภาพด&วิย g = gas l = liquid

s = solid aq = aqueous ( ในสาริลัะลัาย )

เช น2 CO (g) + O2 (g) 2 CO2 (g)

2 HgO (s) 2 Hg (l) + O2 (g)

KBr (aq) + AgNO3 (aq) KNO3 (aq) + AgBr (s)

กิาริด'ลัสมีกิาริเคมี� โดยจะท+าให&จ+านวินอะตอมีขีองสาริต�,งต&นเท ากิ�บจ+านวินอะตอมีขีองสาริผลั�ตภ�ณฑ์�ท'กิอะตอมี

ต�วิอย างท�� 1 จงด'ลัสมีกิาริเคมี�ต อไปน�, Fe2O3(s) + CO(g) Fe(s) + CO2(g)

NaHCO3(s) Na2CO3(s) + CO2(g) + H2O(l)

FeS(s) + HCl(aq) FeCl2(aq) + H2S(g)

Fe(s) + O2 (g) Fe2O3(s)

3 32

2

2

234

สาริลัะลัาย (Solution)

ค0อ ขีองผสมีเน0,อเด�ยวิขีองสาริต�,งแต 2 ชน�ดขี1,นไป ปริะกิอบด&วิย

ต�วิท+าลัะลัาย (Solvent) + ต�วิถ$กิลัะลัาย (Solute) ( ปริ�มีาณมีากิ ) ( ปริ�มีาณน&อย )

ในท��น�,จะกิลั าวิถ1งเฉพาะ “ ”สาริลัะลัายในน+,า (aqueous solution)

สาริลัะลัายในน+,า = ต�วิถ$กิลัะลัาย (s, l) + ต�วิท+าลัะลัาย ( H2O)

ใน aqueous solution จะมี�ตัวถู�กละลาย 2 ประเภทคื�อ 1. สารอ�เล�กโทรไลตั� (electrolyte) : สารซึ่ !งเมี�!อละลายน#$าแล&วจะให้& สารละลายท�!น#าไฟฟ)าได้& 2. สารนอนอ�เล�กโทรไลตั� (non– electrolyte) : สารซึ่ !งไมี+น#าไฟฟ)าเมี�!อ ละลายน#$า

Electrolyte : แบ่+งโด้ยใช้&คืวามีสามีารถูในการแตักตัวเป.นไอออนกิ. อ�เลั3กิโทริไลัต�แกิ (Strong electrolyte) : แตกิต�วิในน+,า 100 % - กรด้แก+ เช้+น H2SO4 , HCl , HNO3 , HClO4 , HI , HBr- เบ่สแก+ เช้+น NaOH , KOH , Ca(OH)2

- เกล�อ เช้+น NaCl , KCl

ขี. อ�เลั3กิโทริไลัต�อ อน (Weak electrolyte) : แตกิต�วิน&อยกิวิ า 100 % - กรด้อ+อน เช้+น CH3COOH , HF , HCOOH- เบ่สอ+อน เช้+น NH3

Non – Electrolyte ได้&แก+ C6H12O6 ( น#$าตัาลกล�โคืส ) C12H22O11 ( น#$าตัาลทราย ) (NH2)2CO ( ป/0ยย�เร�ย ) CH3OH ( เมีธานอล ) C2H5OH ( เอธานอล ) เป.นตั&น

เราสามีารถูเขี�ยนสมีการการแตักตัวในน#$าขีองสาร Electrolyte ได้&ด้งน�$

NaCl(s) Na+(aq) + Cl -(aq) แตักตัว 100 %CH3COOH(aq) CH3COO-(aq) + H+(aq) แตักตัว 5 %

และสาร Non – electrolyte : C6H12O6 สารละลายน#$าตัาล ไมี+แตักตัวสาริปริะกิอบไอออน�กิแลัะสมีกิาริไอออน�กิ ( Ionic compound and ionic equation)

สาริปริะกิอบไอออน�กิ หมีายถ1ง สาริท��เมี0�อลัะลัายน+,าแลั&วิโมีเลักิ'ลัสามีาริถ จะแตกิออกิเป4นไอออนบวิกิแลัะไอออนลับ เช น

Al2O3 มีาจากิ Al 3+ O 2- CaCl2 มีาจากิ Ca 2+ Cl -

สมีการไอออน�ก (Ionic equation) ห้มีายถู ง สมีการท�!แสด้งสารประกอบ่ไอออน�กท�!ละลายได้&ในร�ปขีอง

ไอออนอ�สระ เช้+น Pb 2+ (aq) + 2 I – (aq) PbI2(s) Ag +(aq) + Cl - (aq) AgCl(s) สภาพการละลาย (Solubility) : ปร�มีาณตัวถู�กละลายมีากท�!ส/ด้ท�!สามีารถูละลายได้&ในตัวท#าละลายท�!

ก#าห้นด้ ณ อ/ณห้ภ�มี�ท�!ก#าห้นด้ Ksp : Solubility product constant

สภาพการละลาย บ่อกให้&ทราบ่ถู ง 1. คืวามีสามีารถูในการละลายขีองสารประกอบ่ไอออน�กท�!ไมี+เท+ากน จ งเป.นคื/ณสมีบ่ตั�เฉพาะขีองแตั+ละสาร 2. สามีารถูก#าห้นด้ / บ่+งช้�$ได้&ว+า การละลายจะเก�ด้ตัะกอนเมี�!อไร

สริ'ป สภาพกิาริลัะลัายขีองสาริปริะกิอบไอออน�กิ ลัะลัายน+,าได& ( Soluble ) 1. สาริปริะกิอบท'กิชน�ดขีองโลัหะแอลัคาไลั ( หมี$ 1 ) 2. สาริปริะกิอบแอมีโมีเน�ยมี ( NH4

+) 3. สาริปริะกิอบท'กิชน�ดขีอง NO3

- , ClO3- , ClO4

- 4. สาริปริะกิอบส วินใหญ่ ขีอง Cl- , Br- , I - ยกิเวิ&นกิ�บ Ag+ , Hg 2

2+ แลัะ Pb2+

5. สาริปริะกิอบส วินใหญ่ ขีอง SO42 - ยกิเวิ&น BaSO4 , HgSO4 , PbSO4

ไมี ลัะลัายน+,า ( Insoluble ) 1. สาริปริะกิอบส วินใหญ่ ขีอง OH – ยกิเวิ&น OH – ขีองโลัหะแอลัคาไลั แลัะขีอง Ba(OH)2 ส วิน Ca(OH)2 ลัะลัายได&เลั3กิน&อย2. สาริปริะกิอบ CO3

2 - , PO43 - , S 2 –

ยกิเวิ&น สาริปริะกิอบขีองโลัหะแอลัคาไลั ( หมี$ 1 ) แลัะ NH4+

ต�วิอย างท�� 2 จงจ+าแนกิสาริปริะกิอบไอออน�กิต อไปน�,ออกิเป4นสาริท�� ลัะลัายได& ลัะลัายได&เลั3กิน&อย หริ0อไมี ลัะลัาย

กิ) Ag2SO4 ง) CuS ขี) CaCO3 จ) Ca(OH)2

ค) Na3PO4 ฉ) ZnSO4

ลัะลัาย

ลัะลัายลัะลัายได&เลั3กิน&อย

ลัะลัาย

ไมี ลัะลัายไมี ลัะลัาย

เลัขีออกิซิ�เดช�น (Oxidation number หริ0อ oxidation state) ค0อ ต�วิเลัขีสมีมีต�ท��ใช&กิ+าหนดแกิ ธาต'หริ0ออะตอมีในสาริปริะกิอบ เพ0�อแสดงปริะจ'ทางไฟฟ9า กิาริกิ+าหนดเลัขีออกิซิ�เดช�น1. เลัขีออกิซิ�เดช�นขีองธาต'อ�สริะ (ย�งไมี ริวิมีกิ�บธาต'ใด) = 0 เช น Na , K , Cl2 , P4 , S8 , Br2 , O2

2. เลัขีออกิซิ�เดช�นขีองไอออนท��มี�อะตอมีเด�ยวิมี�ค า = ปริะจ'ขีองไอออน เช น

Na+ มี�เลัขีออกิซิ�เดช�น เท ากิ�บ + 1Ba2+ มี�เลัขีออกิซิ�เดช�น เท ากิ�บ + 2Al 3+ มี�เลัขีออกิซิ�เดช�น เท ากิ�บ + 3Cl - มี�เลัขีออกิซิ�เดช�น เท ากิ�บ - 1S 2 - มี�เลัขีออกิซิ�เดช�น เท ากิ�บ - 2

3. เลัขีออกิซิ�เดช�นขีองโลัหะหมี$ 1 ในสาริปริะกิอบ = + 1 เช น NaCl เลัขีออกิซิ�เดช�นขีองโลัหะหมี$ 2 ในสาริปริะกิอบ = + 2 เช น MgCl2

4. เลัขีออกิซิ�เดช�นขีองธาต' H ในสาริปริะกิอบโดยท��วิไป = + 1 เช น NH3 , HCl ยกิเวิ&นโลัหะไฮไดด� = - 1 เช น NaH , CaH2

5. เลัขีออกิซิ�เดช�นขีองธาต' O ในสาริปริะกิอบโดยส วินใหญ่ = - 2 เช น H2O , MgO ยกิเวิ&นในสาริปริะกิอบ peroxide = -1 เช น H2O2 , Na2O2 แลัะเมี0�อริวิมีกิ�บ F เป4น OF2 มี�ค า = + 2 ( F มี�เลัขีออกิซิ�เดช�น -1 )6. ในอะตอมีท��เป4นกิลัางผลับวิกิขีองเลัขีออกิซิ�เดช�นท�,งหมีดต&อง เป4นศ$นย� แลัะในไอออนท��มี�หลัายอะตอมี ผลับวิกิขีองเลัขีออกิซิ�เดช�น ท�,งหมีดในไอออนต&องเท ากิ�บปริะจ'ส'ทธ�ขีองไอออนน�,น เช น

- ในสาริปริะกิอบ ( neutral ) เท ากิ�บ 0 เช น สาริปริะกิอบ KMnO4

มีาจากิ K + Mn + 4 O No. (+1) + ( ? ) + 4(-2) = 0 ด�งน�,น เลัขีออกิซิ�เดช�นขีอง Mn = + 7

- ในกิลั' มีอะตอมีท��เป4นไอออนจะเท ากิ�บปริะจ'ท��แสดงน�,น เช น NO3-

มีาจากิ N + 3O Ox. No. ( ? ) + 3 (-2) = - 1 ด�งน�,น เลัขีออกิซิ�เดช�นขีอง N = + 5

ต�วิอย างท�� 3 จงหาเลัขีออกิซิ�เดช�นขีองสาริปริะกิอบท��ขี�ดเส&นใต&ไวิ&ต อไปน�,

1. K2Cr2O7 4. Na3PO4

 2. CaCl2 5. H3AsO4

3. SO3

2 - 6. C2O4

2-

ปฏิ�กิ�ริ�ยาริ�ดอกิซิ� (Redox reaction) ค0อ ปฏิ�กิ�ริ�ยาท��มี�กิาริถ ายโอน ( –ให& ริ�บ)

อ�เลั3กิตริอน แบ งออกิเป4น 2 คริ1�งปฏิ�กิ�ริ�ยา (half – reaction)

ปฏิ�กิ�ริ�ยาออกิซิ�เดช�น (Oxidation reaction) ค0อ คริ1�งปฏิ�กิ�ริ�ยาท��มี� กิาริส$ญ่เส�ย (ให&)

อ�เลั3กิตริอน เลัขีออกิซิ�เดช�น เพ��มีขี1,น  ปฏิ�กิ�ริ�ยาริ�ด�กิช�น (Reduction reaction) ค0อ คริ1�งปฏิ�กิ�ริ�ยาท��มี�กิาริริ�บ อ�เลั3กิตริอน เลัขีออกิซิ�เดช�นลัดลัง

Reduction

Oxidationตัวร�ด้�วซึ่�

ตัวออกซึ่�ได้ซึ่�

Sn + Pb 2+

Sn2+

+ Pb

ออกิซิ�เดช�น : Sn Sn2+ + 2e-

ริ�ด�คช�น : Pb2+ + 2e- Pb

ต�วิออกิซิ�ไดซิ� (Oxidizing agent หริ0อ Oxidizer) : สาริ (atom, molecule, ion) ท��ท+าหน&าท��เป4นต�วิริ�บอ�เลั3กิตริอน แต ต�วิมี�นเองถ$กิริ�ด�วิซิ� ท+าให&เลัขีออกิซิ�เดช�นลัดลังต�วิริ�ด�วิซิ� (Reducing agent หริ0อ Reducer) : สาริ (atom, molecule, ion) ท��ท+าหน&าท��เป4นต�วิให&อ�เลั3กิตริอน ต�วิมี�นเองถ$กิออกิซิ�ไดซิ� ท+าให&เลัขีออกิซิ�เดช�นเพ��มีขี1,น

หมีายเหต' ท�,งปฏิ�กิ�ริ�ยา oxidation แลัะ reduction จะเกิ�ดขี1,นพริ&อมีๆ กิ�น จ+านวินอ�เลั3กิตริอนท��ต�วิริ�ด�วิซิ�ส$ญ่เส�ยไป จะเท ากิ�บจ+านวินอ�เลั3กิตริอน

ท��ต�วิออกิซิ�ไดซิ�ได&ริ�บมีา

ต�วิอย างท�� 4 จงเขี�ยนคริ1�งปฏิ�กิ�ริ�ยา แลัะริะบ'ต�วิออกิซิ�ไดซิ� แลัะต�วิริ�ด�วิซิ� 1) Zn + Cu 2+ Zn 2+ + Cu

ต�วิออกิซิ�ไดซิ� : …………….. ต�วิริ�ด�วิซิ� : ..….………..

คริ1�งปฏิ�กิ�ริ�ยาออกิซิ�เดช�น : ………………………………. คริ1�งปฏิ�กิ�ริ�ยาริ�ด�กิช�น : ……………………………….

2) 2Na + Cl2 2NaCl ต�วิออกิซิ�ไดซิ� : …………….. ต�วิริ�ด�วิซิ� : …………….. คริ1�งปฏิ�กิ�ริ�ยาออกิซิ�เดช�น : ………………………………. คริ1�งปฏิ�กิ�ริ�ยาริ�ด�กิช�น : ……………………………….

ต�วิอย างท�� 5 จงพ�จาริณาปฏิ�กิ�ริ�ยาต อไปน�, ปฏิ�กิ�ริ�ยาใดเป4นปฏิ�กิ�ริ�ยาริ�ดอกิซิ� 1. Cl2 + 2OH - Cl - + ClO - + H2O 2. Ca 2+ + 2F - CaF2

3. NH3 + H + NH4+

4. 2Li + H2 2LiH 5. Zn + 2HCl ZnCl2 + H2 6. 2FeCl2 + Cl2 2FeCl3

กิาริด'ลัสมีกิาริริ�ดอกิซิ� ใช&วิ�ธ� ion – electron method ต�วิอย างท�� 6 จงด'ลัสมีกิาริ Fe2+ + Cr2O7

2- Fe3+ + Cr 3+ ในสาริลัะลัายกิริดStep 1 แยกิเป4นส วิน oxidation, reduction ด'ลัอะตอมีท��มี�กิาริเปลั��ยนเลัขี

ออกิซิ�เดช�น แลัะแสดงกิาริให& - ริ�บ e- Oxidation : Fe2+ Fe3+ + e– Reduction : Cr2O7

2- + 6e- 2Cr 3+ Step 2 ในภาวิะกิริด - เต�มี H2O ด&านท��ขีาด O2 โดยโมีลัขีอง H2O ท��เต�มี เท ากิ�บ O2ท��ขีาด

- เต�มี H+ ด&านท��ขีาด H โดยโมีลัขีอง H+ ท��เต�มีเท ากิ�บ H ท��ขีาด

Oxidation : Fe2+ Fe3+ + e– Reduction : Cr2O7

2- + 14H + + 6e - 2Cr3+ + 7H2O

Step 3 ท+าจ+านวินอ�เลั3กิตริอน (e –) ขีอง oxidation = reductionOxidation : 6Fe2+ 6Fe3+ + 6e- Reduction : Cr2O7

2- + 14H+ + 6e- 2Cr3+ + 7H2O

Step 4 ริวิมีปฏิ�กิ�ริ�ยา oxidation + reduction Overall : 6Fe2+ + 14H + + Cr2O7

2- 2Cr3+ + 6Fe3+ + 7H2O

Step 5 ตริวิจสอบจ+านวินอะตอมี จ+านวิน e- แลัะ จ+านวินปริะจ'ให&เท ากิ�น

ต�วิอย างท�� 7 จงด'ลัสมีกิาริ S2- + MnO4 - S + MnO2 ในสาริลัะลัายด างStep 1 แยกิเป4นส วิน oxidation , reduction ด'ลัอะตอมีท��มี�กิาริเปลั��ยนเลัขี

ออกิซิ�เดช�น แลัะแสดงกิาริให& แลัะ ริ�บ e- oxidation : S2- S + 2 e–

reduction : MnO4- + 3 e - MnO2

Step 2 ในภาวิะด าง - เต�มี H2O ด&านท�� O เกิ�น โดยโมีลัขีอง H2O ท��เต�มีเท ากิ�บ Oท��เกิ�น

- เต�มี OH - ด&านตริงขี&ามี 2 เท าขีองโมีลั H2O ท��เต�มี oxidation : S2- S + 2 e– reduction : MnO4

- + 2 H2O + 3 e- MnO2 + 4OH -

Step 3 ท+าจ+านวินอ�เลั3กิตริอน (e -) ขีอง oxidation = reductionoxidation : 3S2- 3S + 6e– reduction : 2MnO4

- + 4H2O + 6e - 2MnO2 + 8OH –

Step 4 ริวิมีสมีกิาริ oxidation + reduction 3S2- + 2MnO4

- + 4H2O 3S + 2MnO2 + 8OH –

Step 5 ตริวิจสอบจ+านวินอะตอมี จ+านวิน e- แลัะจ+านวินปริะจ'ให&เท ากิ�น