การเร่งปฏิกิริยา

ตัวเร่งปฏิกิริยา (อังกฤษ: catalyst) คือ วัตถุที่เพิ่มเข้าไปในในปฏิกิริยาแล้วทำให้ปฏิกิริยาเกิดเร็วขึ้น แต่ไม่มีผลต่อผลิตภัณฑ์เมื่อสิ้นสุดปฏิกิริยาเช่น การใส่ยีสต์ในการหมักเหล้าเพื่อเร่งปฏิกิริยา มีทั้งตัวเร่งปฏิกิริยาทางเคมี เช่น โลหะ และตัวเร่งปฏิกิริยาทางชีวภาพ เช่นเอนไซม์

'ตัวเร่งปฏิกิริยา' (catalyst) ในบางกรณี การเพิ่มอัตราการเกิดปฏิกิริยาโดยเพิ่มอุณหภูมิหรือความเข้มข้นของสารตั้งต้นอาจไม่เหมาะในเชิงปฏิบัติ วิธีที่เหมาะที่สุดคือ การเติมตัวเร่งปฏิกิริยาลงไป เช่น การเตรียมแก๊สออกซิเจน (O2) จากการเผาโพแทสเซียมคลอเรต (KClO3) จะได ้O2 ค่อนข้างช้า ถ้าเราเติมแมงกานีสไดออกไซด์ (MnO2) ลงไปด้วย MnO2 จะช่วยเร่งให้เกิด O2 ได้เร็วขึ้น แต่สุดท้ายแล้วมันเองจะไม่มีการเปลี่ยนแปลง มีเพียง KClO3 เท่านั้นที่เปลี่ยนเป็นผลิตภัณฑ์ คือ KCl และ O2  เราจึงให้ความหมายของตัวเร่งปฏิกิริยาว่าเป็นสารที่ทำให้อัตราการเกิดปฏิกิริยาสูงขึ้นโดยที่สารตัวเร่งปฏิกิริยาสามารถกลับคืนสู่รูปเดิมได้ ตัวเร่งปฏิกิริยาอาจจะเข้าทำปฏิกิริยาแล้วเกิดเป็นสารมัธยันตร์ (intermediate) แต่ก็จะกลับคืนรูปเดิมได้ในปฏิกิริยาย่อยขั้นต่อๆ ไป
       รูปแรกเราคงคุ้นเคยกันดีแล้ว ส่วนรูปที่สองเป็นกราฟการแจกแจงพลังงานของอนุภาคเมื่อมีตัวเร่งปฏิกิริยา จะสังเกตได้ว่ามีบางอย่างเปลี่ยนไป สิ่งที่เปลี่ยนไปก็คือ ตำแหน่งของพลังงานก่อกัมมันต์เลื่อนมาทางซ้ายมากขึ้น จำนวนอนุภาคทางขวาของพลังงานก่อกัมมันต์มีมากขึ้น จึงเพิ่มโอกาสให้อนุภาคเกิดปฏิกิริยามากขึ้น ดังนั้นการใช้ตัวเร่งปฏิกิริยาจึงทำให้อัตราการเกิดปฏิกิริยาเพิ่มมากขึ้นนั่นเอง
      โปรดระวังว่า ตัวเร่งปฏิกิริยาไม่ได้เป็นตัวลดหรือทำให้พลังงานก่อกัมมันต์ลดลง แต่เป็นวิถี (pathway) หรือเส้นทางเลือกซึ่งมีพลังงานก่อกัมมันต์ต่ำกว่าพลังงานก่อกัมมันต์เดิม  ที่กล่าวเช่นนี้ได้ก็เพราะอนุภาคที่มีพลังงานสูง(อยู่แล้ว)ก็ยังสามารถชนกันแล้วเกิดปฏิกิริยาที่สภาวะเดิมที่ไม่มีตัวเร่งปฏิกิริยาได้ 
      ถ้าใส่ตัวเร่งปฏิกิริยาลงไปด้วย จะได้ค่าคงที่อัตราเป็น kc ซึ่งเรียกว่า ค่าคงที่อัตราเมื่อถูกเร่ง (catalytic rate constant)

อัตราการเกิดปฏิกิริยาที่ถูกเร่งจะสูงกว่าอัตราการเกิดปฏิกิริยาที่ไม่มีตัวเร่ง เพราะตัวเร่งปฏิกิริยาจะช่วยเพิ่มเส้นทางที่มีพลังงานก่อกัมมันต์ของปฏิกิริยาลดลง ทำให้อัตราการเกิดปฏิกิริยาสูงขึ้น แต่พลังงานรวมของสารตั้งต้นและสารผลิตภัณฑ์จะไม่เปลี่ยนแปลง ดังแสดงในกราฟ

การดำเนินไปของปฏิกิริยา

(reaction progress) การเปลี่ยนแปลงระหว่างสารตั้งต้นกับสารผลิตภัณฑ์ เมื่อเวลาดำเนินไป ซึ่งอาจเกิดขึ้นหลายขั้นตอนและอาจมีสารมัธยันตร์ (intermediate) เกิดขึ้นระหว่างปฏิกิริยาก็ได้

หมายเหตุ : ศึกษารายละเอียดเพิ่มเติมในเรื่อง การเร่งปฏิกิริยา

ดูเพิ่ม

• เอนไซม์

ข้อความตัวหนา