ความเข้มข้นมีผลต่ออัตราการเกิดปฏิกิริยาอย่างไร?

การเพิ่มความเข้มข้นของสารตั้งต้นโดยทั่วไปจะเพิ่มอัตราการเกิดปฏิกิริยาเนื่องจากมีโมเลกุลหรือไอออนที่ทำปฏิกิริยามากขึ้นเพื่อสร้างผลิตภัณฑ์จากปฏิกิริยา โดยเฉพาะอย่างยิ่งเมื่อมีความเข้มข้นต่ำและมีโมเลกุลหรือไอออนทำปฏิกิริยาน้อย เมื่อความเข้มข้นสูงอยู่แล้ว มักจะถึงขีดจำกัดซึ่งการเพิ่มความเข้มข้นมีผลเพียงเล็กน้อยต่ออัตราการเกิดปฏิกิริยา เมื่อมีสารตั้งต้นหลายตัวเกี่ยวข้อง การเพิ่มความเข้มข้นของสารตัวใดตัวหนึ่งอาจไม่ส่งผลต่ออัตราการเกิดปฏิกิริยา ถ้าสารตั้งต้นอื่นๆ มีไม่เพียงพอ โดยรวมแล้ว ความเข้มข้นเป็นเพียงปัจจัยหนึ่งที่ส่งผลต่ออัตราการเกิดปฏิกิริยา และความสัมพันธ์มักจะไม่เรียบง่ายหรือเป็นเส้นตรง

ทีแอล; DR (ยาวเกินไป; ไม่ได้อ่าน)

อัตราการเกิดปฏิกิริยาโดยทั่วไปจะแปรผันโดยตรงกับการเปลี่ยนแปลงความเข้มข้นของสารตั้งต้น เมื่อความเข้มข้นของสารตั้งต้นทั้งหมดเพิ่มขึ้น โมเลกุลหรือไอออนจะมีปฏิกิริยาต่อกันเพื่อสร้างสารประกอบใหม่ และอัตราการเกิดปฏิกิริยาจะเพิ่มขึ้น เมื่อความเข้มข้นของสารตั้งต้นลดลง จะมีโมเลกุลหรือไอออนนั้นน้อยลง และอัตราการเกิดปฏิกิริยาจะลดลง ในกรณีพิเศษ เช่น สำหรับความเข้มข้นสูง สำหรับปฏิกิริยาเร่งปฏิกิริยา หรือสำหรับสารตั้งต้นเดี่ยว การเปลี่ยนแปลงความเข้มข้นของสารตั้งต้นอาจไม่ส่งผลต่ออัตราการเกิดปฏิกิริยา

ในปฏิกิริยาเคมีทั่วไป สารหลายชนิดทำปฏิกิริยาเพื่อสร้างผลิตภัณฑ์ใหม่ สารอาจถูกนำมารวมกันเป็นก๊าซ ของเหลว หรือในสารละลาย และปริมาณของสารตั้งต้นแต่ละชนิดจะมีผลต่อความเร็วของปฏิกิริยา บ่อยครั้งมีสารตั้งต้นหนึ่งตัวมากเกินพอ และอัตราการเกิดปฏิกิริยาขึ้นอยู่กับสารตั้งต้นอื่นๆ ที่มีอยู่ บางครั้งอัตราการเกิดปฏิกิริยาขึ้นอยู่กับความเข้มข้นของสารตั้งต้นทั้งหมด และบางครั้งมีตัวเร่งปฏิกิริยาและช่วยกำหนดความเร็วของปฏิกิริยา ขึ้นอยู่กับสถานการณ์เฉพาะ การเปลี่ยนความเข้มข้นของสารตั้งต้นหนึ่งตัวอาจไม่มีผลใดๆ

ตัวอย่างเช่น ในปฏิกิริยาระหว่างแมกนีเซียมกับกรดไฮโดรคลอริก แมกนีเซียมจะถูกทำให้เป็นของแข็งในขณะที่กรดไฮโดรคลอริกอยู่ในสารละลาย โดยปกติกรดจะทำปฏิกิริยากับอะตอมของแมกนีเซียมจากโลหะ และเมื่อโลหะถูกกินออกไป ปฏิกิริยาก็จะดำเนินต่อไป เมื่อกรดไฮโดรคลอริกอยู่ในสารละลายมากขึ้นและความเข้มข้นสูงขึ้น ไอออนของกรดไฮโดรคลอริกจะกินโลหะมากขึ้นและปฏิกิริยาจะเร็วขึ้น

ในทำนองเดียวกัน เมื่อแคลเซียมคาร์บอเนตทำปฏิกิริยากับกรดไฮโดรคลอริก การเพิ่มความเข้มข้นของกรดจะเร่งอัตราการเกิดปฏิกิริยาตราบเท่าที่มีแคลเซียมคาร์บอเนตเพียงพอ แคลเซียมคาร์บอเนตเป็นผงสีขาวที่ผสมกับน้ำแต่ไม่ละลาย เมื่อทำปฏิกิริยากับกรดไฮโดรคลอริก จะเกิดแคลเซียมคลอไรด์ที่ละลายน้ำได้และปล่อยคาร์บอนไดออกไซด์ออกมา การเพิ่มความเข้มข้นของแคลเซียมคาร์บอเนตเมื่อมีสารละลายมากอยู่แล้วจะไม่มีผลต่ออัตราการเกิดปฏิกิริยา

บางครั้งปฏิกิริยาขึ้นอยู่กับตัวเร่งปฏิกิริยาที่จะดำเนินการ ในกรณีนั้น การเปลี่ยนความเข้มข้นของตัวเร่งปฏิกิริยาสามารถเร่งหรือชะลอปฏิกิริยาได้ ตัวอย่างเช่น เอนไซม์เร่งปฏิกิริยาทางชีวภาพ และความเข้มข้นของเอนไซม์ส่งผลต่ออัตราการเกิดปฏิกิริยา ในทางกลับกัน หากเอนไซม์ถูกใช้จนหมด การเปลี่ยนแปลงความเข้มข้นของสารอื่นๆ จะไม่มีผลใดๆ

ปฏิกิริยาเคมีใช้ตัวทำปฏิกิริยาจนหมดและสร้างผลิตภัณฑ์จากปฏิกิริยา เป็นผลให้สามารถกำหนดอัตราการเกิดปฏิกิริยาได้โดยการวัดความเร็วของการใช้สารตั้งต้นหรือปริมาณการสร้างผลิตภัณฑ์ปฏิกิริยา การวัดสารที่เข้าถึงได้ง่ายและสังเกตได้ง่ายที่สุดชนิดหนึ่ง ขึ้นอยู่กับปฏิกิริยานั้นขึ้นอยู่กับปฏิกิริยา

ตัวอย่างเช่น ในปฏิกิริยาของแมกนีเซียมและกรดไฮโดรคลอริกด้านบน ปฏิกิริยาจะผลิตไฮโดรเจนที่สามารถรวบรวมและวัดค่าได้ สำหรับปฏิกิริยาของแคลเซียมคาร์บอเนตและกรดไฮโดรคลอริกเพื่อผลิตก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์และแคลเซียมคลอไรด์ ก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์ก็สามารถสะสมได้เช่นกัน วิธีที่ง่ายกว่านั้นอาจเป็นการชั่งน้ำหนักภาชนะที่ทำปฏิกิริยาเพื่อกำหนดปริมาณการปล่อยก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์ การวัดความเร็วของปฏิกิริยาเคมีในลักษณะนี้สามารถระบุได้ว่าการเปลี่ยนแปลงความเข้มข้นของสารตั้งต้นตัวใดตัวหนึ่งได้เปลี่ยนอัตราการเกิดปฏิกิริยาสำหรับกระบวนการเฉพาะหรือไม่