ឧទាហរណ៍នៃសំណួរពិភាក្សាអំពីទ្រឹស្តីការប៉ះទង្គិចគ្នា
Pendahuluan
ទ្រឹស្តីការប៉ះទង្គិចគឺជាគោលគំនិតមូលដ្ឋានមួយក្នុងគីមីវិទ្យា ដែលពន្យល់ពីរបៀប និងមូលហេតុដែលប្រតិកម្មគីមីកើតឡើង។ វាត្រូវបានស្នើឡើងដំបូងដោយ Max Trautz និង William Lewis នៅដើមសតវត្សរ៍ទី 20។ យោងតាមទ្រឹស្តីនេះ ប្រតិកម្មគីមីកើតឡើងនៅពេលដែលភាគល្អិតសារធាតុប្រតិកម្មប៉ះទង្គិចគ្នាដោយមានថាមពលគ្រប់គ្រាន់ និងក្នុងទិសដៅត្រឹមត្រូវ។
អត្ថបទនេះនឹងពិភាក្សាអំពីឧទាហរណ៍នៃបញ្ហាមួយចំនួនដែលទាក់ទងនឹងទ្រឹស្តីប៉ះទង្គិច និងដំណោះស្រាយរបស់វា ដើម្បីផ្តល់នូវការយល់ដឹងកាន់តែស៊ីជម្រៅអំពីគោលគំនិតនេះ។ នៅចុងបញ្ចប់នៃអត្ថបទ អ្នកអានគួរតែអាចយល់ពីយន្តការជាមូលដ្ឋាននៃទ្រឹស្តីប៉ះទង្គិច និងរបៀបអនុវត្តវាចំពោះស្ថានភាពបញ្ហាគីមីវិទ្យាផ្សេងៗ។
ទ្រឹស្តីការប៉ះទង្គិចមូលដ្ឋាន
ទ្រឹស្ដីការប៉ះទង្គិចគ្នាស្នើថា កត្តាសំខាន់ពីរកំណត់ថាតើការប៉ះទង្គិចគ្នានឹងបណ្តាលឱ្យមានប្រតិកម្មគីមីឬអត់៖
១. ថាមពលធ្វើឱ្យសកម្ម (Ea)៖ ថាមពលអប្បបរមាដែលត្រូវការសម្រាប់ការប៉ះទង្គិចគ្នារវាងម៉ូលេគុលសារធាតុប្រតិកម្មដើម្បីបង្កើតផលិតផល។
២. ទិសដៅម៉ូលេគុល៖ ទីតាំងរបស់ម៉ូលេគុលនៅពេលដែលពួកវាប៉ះទង្គិចគ្នាក៏សំខាន់ខ្លាំងណាស់ដែរ។ ការប៉ះទង្គិចគ្នានឹងបណ្តាលឱ្យមានប្រតិកម្មលុះត្រាតែម៉ូលេគុលត្រូវបានតម្រង់ទិសត្រឹមត្រូវ។
កត្តាដែលជះឥទ្ធិពលដល់ទ្រឹស្តីការប៉ះទង្គិច
១. កំហាប់៖ កំហាប់នៃសារធាតុប្រតិកម្មកាន់តែខ្ពស់ លទ្ធភាពដែលម៉ូលេគុលសារធាតុប្រតិកម្មនឹងប៉ះទង្គិចគ្នាកាន់តែខ្ពស់។
២. សីតុណ្ហភាព៖ ការកើនឡើងសីតុណ្ហភាពជាធម្មតាបង្កើនថាមពលចលនានៃម៉ូលេគុល ដែលអាចនាំឱ្យមានការប៉ះទង្គិចកាន់តែច្រើនដែលមានថាមពលលើសពីថាមពលធ្វើឱ្យសកម្ម។
៣. កាតាលីករ៖ មុខងាររបស់កាតាលីករគឺបន្ថយថាមពលធ្វើឱ្យសកម្ម ដើម្បីឱ្យការប៉ះទង្គិចកាន់តែច្រើនទទួលបានជោគជ័យ។
សំណួរ និងការពិភាក្សាគំរូ
ឧទាហរណ៍សំណួរទី 1: ឥទ្ធិពលនៃការផ្តោតអារម្មណ៍
សំណួរ៖
ប្រសិនបើកំហាប់ម៉ូលេគុល A នៅក្នុងប្រតិកម្ម `A + B -> C` កើនឡើងទ្វេដង តើអត្រាប្រតិកម្មនឹងផ្លាស់ប្តូរយ៉ាងដូចម្តេចទៅតាមទ្រឹស្តីការប៉ះទង្គិចគ្នា?
ការពិភាក្សា៖
យោងតាមទ្រឹស្តីនៃការប៉ះទង្គិចគ្នា អត្រាប្រតិកម្មអាស្រ័យលើភាពញឹកញាប់នៃការប៉ះទង្គិចគ្នារវាងភាគល្អិត A និង B។ ប្រសិនបើកំហាប់នៃ A កើនឡើងទ្វេដង ចំនួននៃការប៉ះទង្គិចគ្នារវាងម៉ូលេគុល A និង B ក៏នឹងកើនឡើងផងដែរ។ ជាទូទៅ យើងអាចនិយាយបានថាអត្រាប្រតិកម្មនឹងកើនឡើងទ្វេដង។
ទោះជាយ៉ាងណាក៏ដោយ ក្នុងករណីជាច្រើន ប្រតិកម្មមានលំដាប់ស្មុគស្មាញជាង។ ចំពោះប្រតិកម្មលំដាប់ទីមួយទាក់ទងនឹង A ការបង្កើនកំហាប់ A ទ្វេដងនឹងបណ្តាលឱ្យអត្រាប្រតិកម្មកើនឡើងទ្វេដង៖
\[ r = k[A][B] \rightarrow r' = k[2A][B] = 2r \]
ឧទាហរណ៍សំណួរទី 2: ឥទ្ធិពលនៃសីតុណ្ហភាព
សំណួរ៖
ប្រតិកម្មមួយមានថាមពលធ្វើឱ្យសកម្ម 50 kJ/mol។ ប្រសិនបើសីតុណ្ហភាពត្រូវបានបង្កើនពី 300 K ដល់ 310 K តើអត្រាប្រតិកម្មនឹងផ្លាស់ប្តូរយ៉ាងដូចម្តេចយោងទៅតាមទ្រឹស្តីប៉ះទង្គិច និងកត្តា Arrhenius?
ការពិភាក្សា៖
ការកើនឡើងនៃសីតុណ្ហភាពធ្វើឱ្យថាមពលចលនារបស់ម៉ូលេគុលកើនឡើង ដែលបណ្តាលឱ្យម៉ូលេគុលកាន់តែច្រើនមានថាមពលធំជាង ឬស្មើនឹងថាមពលធ្វើឱ្យសកម្ម។ ជាធម្មតានេះត្រូវបានពិពណ៌នាដោយសមីការ Arrhenius៖
\[
k = Ae^{-\frac{Ea}{RT}}
\]
ឌីម៉ាណា៖
–\(k\) គឺជាអត្រាថេរនៃប្រតិកម្ម
–\( A\) គឺជាកត្តាមុនអិចស្ប៉ូណង់ស្យែល
–\(Ea\) គឺជាថាមពលធ្វើឱ្យសកម្ម
–\( R\) គឺជាថេរឧស្ម័ន (8.314 J/mol·K)
–\(T\) គឺជាសីតុណ្ហភាពនៅក្នុង Kelvin
យើងអាចយកលោការីតធម្មជាតិនៃសមីការ Arrhenius៖
\[
\ln k = \ln A – \frac{Ea}{RT}
\]
ដើម្បីគណនាការប្រែប្រួលអត្រាប្រតិកម្ម យើងយកសមាមាត្រនៃថេរអត្រានៅសីតុណ្ហភាពពីរផ្សេងគ្នា៖
\[
\frac{k_2}{k_1} = \frac{Ae^{-\frac{Ea}{R \cdot T2}}}{Ae^{-\frac{Ea}{R \cdot T1}}} = e^{-\frac{Ea}{R}\left(\frac{1}{T2} – \frac{1}{T1}\right)\right)}
\]
ការបញ្ចូលតម្លៃដែលបានផ្តល់ឱ្យ៖
\[
k_1 = Ae^{-\frac{50000}{8.314 \ដង 300}}
\]
\[
k_2 = Ae^{-\frac{50000}{8.314 \ដង 310}}
\]
ការគណនាការផ្លាស់ប្តូរ៖
\[
\frac{k_2}{k_1} = e^{\left(-\frac{50000}{8.314}\left(\frac{1}{310} – \frac{1}{300}\right)\right)}
\]
\[
= e^{\left(-6012.9 \x0.00010753)\right)}
\]
\[
= អ៊ី^{០.៦៤៦}
\]
\[
ប្រហែល ១,៩១
\]
ដូច្នេះ ការបង្កើនសីតុណ្ហភាពពី 300 K ដល់ 310 K ស្ទើរតែបង្កើនអត្រាប្រតិកម្មទ្វេដង ប្រហែល 91%។
ឧទាហរណ៍សំណួរទី 3: ឥទ្ធិពលនៃកាតាលីករ
សំណួរ៖
នៅក្នុងប្រតិកម្មមួយ ការបន្ថែមកាតាលីករបង្កើនល្បឿនប្រតិកម្មដោយបន្ថយថាមពលធ្វើឱ្យសកម្មពី 75 kJ/mol មក 50 kJ/mol នៅ 298 K។ គណនាសមាមាត្រនៃអត្រាប្រតិកម្មជាមួយ និងគ្មានកាតាលីករ។
ការពិភាក្សា៖
ប្រើសមីការ Arrhenius ដើម្បីគណនាថេរអត្រាពីរ៖
\[
k_{uncat} = Ae^{-\frac{75000}{8.314 \ដង 298}}
\]
\[
k_{cat} = Ae^{-\frac{50000}{8.314 \ដង 298}}
\]
បន្ទាប់មក សមាមាត្ររវាងអត្រាប្រតិកម្មទាំងពីរនេះគឺ៖
\[
\frac{k_{cat}}{k_{uncat}} = \frac{e^{-\frac{50000}{8.314 \ដង 298}}}{e^{-\frac{75000}{8.314 \ដង 298}}}
\]
\[
= e^{\left(\frac{75000 – 50000}{8.314 \x298}\right)}
\]
\[
= អ៊ី^{០.៦៤៦}
\]
\[
ប្រហែល ១,៩១
\]
សមាមាត្រនេះបង្ហាញថា ដោយបន្ថែមកាតាលីករ អត្រាប្រតិកម្មអាចកើនឡើងរហូតដល់រាប់ពាន់ដង ដែលមានសារៈសំខាន់ខ្លាំងណាស់។
សេចក្តីសន្និដ្ឋាន
តាមរយៈឧទាហរណ៍ខាងលើ យើងអាចទទួលបានការយល់ដឹងកាន់តែស៊ីជម្រៅអំពីរបៀបដែលទ្រឹស្តីប៉ះទង្គិចពន្យល់ពីផលប៉ះពាល់នៃកំហាប់ សីតុណ្ហភាព និងកាតាលីករលើអត្រានៃប្រតិកម្មគីមី។ កត្តានីមួយៗទាំងនេះមានឥទ្ធិពលដាច់ដោយឡែក និងសំខាន់ទៅលើភាពញឹកញាប់ និងថាមពលនៃការប៉ះទង្គិច ដែលនៅទីបំផុតមានឥទ្ធិពលលើល្បឿននៃប្រតិកម្មគីមីកើតឡើង។ តាមរយៈការអនុវត្តទ្រឹស្តីប៉ះទង្គិច យើងអាចរចនាការពិសោធន៍ និងដំណើរការឧស្សាហកម្មគីមីដែលមានប្រសិទ្ធភាពជាងមុន។
