สมดุลเคมี

 สมดุลเคมี

(Chemical Equilibrium)



ที่มารูปภาพ: https://favpng.com/png_view/chemistry-icon-png/TEt2uL8S
        
        สมดุลเคมี (Chemical Equilibrium) คือสภาวะที่เกิดขึ้นในระบบที่สามารถเกิดการเปลี่ยนแปลงแบบผันกลับ (reversible) ได้โดยที่อัตราเร็วของการเปลี่ยนแปลงไปข้างหน้าเท่ากับอัตราเร็วของการเปลี่ยนแปลงย้อนกลับ

        กระบวนการเปลี่ยนแปลงทางวิทยาศาสตร์มี 3 รูปแบบคือ


ที่มารูปภาพ: https://www.trueplookpanya.com/learning/detail/33150
💥การเปลี่ยนสถานะ (คลิกที่ข้อความ)💥


ที่มารูปภาพ: https://tuemaster.com/blog
✨การละลาย (คลิกที่ข้อความ)✨



ที่มารูปภาพ: https://www.trueplookpanya.com/learning/detail/33823
💞การเกิดปฏิกิริยาเคมี (คลิกที่ข้อความ)💞


ซึ่งกระบวนการเปลี่ยนแปลงทางวิทยาศาสตร์ สามารถจำได้เป็น 2 ประเภท ได้แก่
  1. Inreversible reaction (การเปลี่ยนแปลงที่เกิดขึ้นทางเดียวไม่ย้อนกลับ) 
  2. Reversible reaction (การเปลี่ยนแปลงที่ย้อนกลับได้) คือ ปฏิกิริยาเคมีที่สารตั้งต้นทำปฏิกิริยาเปลี่ยนไปเป็นผลิตภัณฑ์แล้ว สารผลิตภัณฑ์นั้นทำปฏิกิริยากันเปลี่ยนกลับมาเป็นสารตั้งต้น 

        ภาวะสมดุล หมายถึง ภาวะที่ระบบสมบัติคงที่ หรือภาวะที่สารตั้งต้นและสารผลิตภัณฑ์ทุกชนิดมีปริมาณหรือความเข้มข้นคงที่ หรือภาวะที่อัตราการเปลี่ยนแปลงไปข้างหน้าเท่ากับอัตราการเปลี่ยนแปลงย้อนกลับ

ลักษณะทั่วไปของภาวะสมดุล
  1. ที่อุณหภูมิหนึ่ง เมื่อเข้าสู่ระบบภาวะสมดุล สมบัติต่างๆของระบบจะคงที่ (แต่ไม่จำเป็นต้องเท่ากัน)  
  2. ณ ภาวะสมดุล การเปลี่ยนแปลงของปฏิกิริยายังคงเกิดขึ้นตลอดเวลาเรียกว่า ภาวะสมดุลไดนามิก (dynamic equilibrium) โดย อัตราการเกิดปฏิกิริยาไปข้างหน้า = อัตราการเกิดปฏิกิริยาย้อนกลับ
  3. ภาวะสมดุลจะเกิดขึ้นในระบบปิด และเกิดการเปลี่ยนแปลงแบบผันกลับได้ ดังนั้น ที่ภาวะสมดุลจะพบสารตั้งต้นและผลิตภัณฑ์ทุกชนิดอยู่ในระบบ
  4. ระบบสามารถเข้าสู่สมดุลได้เอง ไม่ว่าจะเริ่มจากการเปลี่ยนแปลงไปข้างหน้าหรือย้อนกลับ
สมดุลไดนามิก แบ่งออกเป็น 2 ประเภท ได้แก่
  1. สมดุลเนื้อเดียว (Homogeneous Chemical Equilibrium)
  2. สมดุลเนื้อผสม (Heterogeneous Chemical Equilibrium)
        ภาวะสมดุลระหว่างสถานะ สารต่างๆสามารถเปลี่ยนสถานะได้ โดยมีการเปลี่ยนพลังงานควบคู่ไปด้วย ดังแผนภาพนี้


ที่ภาวะสมดุลของปฏิกิริยาเคมีระบบยังมิได้หยุดนิ่ง ยังมีทั้งการเกิดปฏิกิริยาไปข้างหน้า และเกิดปฏิกิริยาย้อนกลับตลอดเวลาโดยเกิดในอัตราที่เท่ากัน เรียกภาวะสมดุลนี้ว่า ภาวะสมดุลไดนามิก

        ภาวะสมดุลในสารละลายอิ่มตัว เมื่อให้ตัวถูกละลาย ละลายในตัวทำละลาย ตัวถูกละลายก็จะละลายได้รวดเร็วในตอนแรกแล้วละลายได้ช้าลงและเมื่อเกิดสารละลายอิ่มตัว เราจะพบว่าตัวละลายไม่ละลายต่อไปอีก ไม่ว่าจะคนสารละลายเป็นเวลานานเท่าใดถ้าอุณหภูมิคงที่ เมื่อตั้งสารละลายอิ่มตัวไว้จนตกผลึกขึนและปริมาณของผลึกจะเพิ่มเรื่อยๆจนคงที่ เรายังดูว่าไม่เกิดผลึกอีก แต่ในระบบผลึกยังคงเกิดขึ้นเรื่อยๆแล้วก็ละลายในสารละลายเรื่อยๆ

        สมดุลในปฏิกิริยาเคมี คือ ปฏิกิริยาเคมีที่เกิดภาวะสมดุลจะต้องเป็นปฏิกิริยาผันกลับได้ และสมบัติของระบบต้องคงที่การศึกษาภาวะสมดุลของปฏิกิริยาเคมี ตรวจสอบดังนี้

  • ทดสอบปฏิกิริยาไปข้างหน้า (สารตั้งต้นทำปฏิกิริยาแล้วเกิดสารผลิตภัณฑ์หรือไม่)
  • ทดสอบปฏิกิริยาย้อนกลับ (นำสารผลิตภัณฑ์มาทำปฏิกิริยากันแล้วกลับเป็นสารตั้งต้นหรือไม่)
  • สังเกตุสมบัติของระบบว่าคงที่หรือไม่ (อาจสังเกตว่าสีคงที่หรือไม่)

กราฟของสมดุลเคมี

กราฟสมดุลเคมีที่เขียนขึ้นระหว่างอัตราการเกิดปฏิกิริยากับเวลา



กราฟสมดุลเคมีที่เขียนขึ้นระหว่างความเข้มข้นของสารกับเวลา
แบบที่ 1 ที่สมดุลความเข้มข้นของสารตั้งต้นที่เหลือน้อยกว่าความเข้มข้นของผลิตภัณฑ์


แบบที่ 2 ที่สมดุลความเข้มข้นของสารตั้งต้นที่เหลือมากกว่าความเข้มข้นของผลิตภัณฑ์


แบบที่ 3 ที่สมดุลความเข้มข้นของสารตั้งต้นที่เหลือเท่ากับความเข้นข้นของผลิตภัณฑ์


    ค่าคงที่สมดุล
        ที่สาภาวะสมดุล [สารตั้งต้น] และ [สารผลิตภัณฑ์] จะคงที่ทำให้อัตราส่วนของความเข้มข้นของสารแต่ละชนิดคงที่ด้วย “ค่าคงที่ของสมดุลใด ๆ จะมีค่าเท่ากับผลคูณของความ เข้มข้นของผลิตภัณฑ์ หารด้วยผลคูณของสารตั้งต้น ณ สภาวะสมดุลซึ่งความเข้มข้นของสารแต่ ละชนิดจะตอ้งยกกำลังสัมประสิทธิ์บอกจำนวนโมลของสารนั้น ๆ”

    ข้อสังเกตเกี่ยวกับค่าคงที่สมดุล
  1. ค่า K จะบอกถึงปฏิกิริยาไปข้างหน้ามมากเท่าใด
  2. ค่า K จะบอกปริมาณของผลิตภัณฑ์ที่เกิดขึ้นมากน้อยเพียงใด
  3. ค่า K ขึ้นอยู่กับอุณหภูมิเท่านั้น ความเข้มข้นและความดันไม่มีผล แต่จะมากขึ้นหรือน้อยลงขึ้นอยู่กับชนิดของปฏิกิริยา
  4. ค่า K อาจมีหน่วย หรือไม่มีหน่วยก็ได้ขึ้นอยู่กับสมการเคมี
  5. ค่า K มิได้เกี่ยวข้องกับอัตราเร็วในการเกิดปฏิกิริยา กล่าวคือ ค่า K มากอัตราของปฏิกิริยาอาจจะเร็วหรือช้าก็ได้
  6. ค่า K อาจมีค่ามากกว่า น้อยกว่าหรือเท่ากับหนึ่งก็ได้ ขึ้นอยู่กับปฏิกิริยานั้น
ค่าคงที่สมดุลกับสมการเคมี
  • เมื่อเขียนสมการของปฏิกิริยาเคมีกลับกันกับสมการเดิม ค่า K ที่จะได้มีค่าเป็นส่วนกลับกับค่า K เดิม คือกลับเศษเป็นส่วนและส่วนเป็นเศษ
  • เมื่อคูณตัวเลขใดเข้าไปในสมการของปฏิกิริยา ค่า K ใหม่ที่ได้จะต้องนำค่า K เดิมมายกกำลังด้วยตัวเลขที่คูณนั้น
  • ถ้าปฏิกิริยารวม เกิดจากปฏิกิริยาย่อยรวมกัน ค่าคงที่สมดุลจะเท่ากับค่าคงที่สมดุลของปฏิกิริยาย่อยคูณกัน
  • เมื่อหารตัวเลขใดๆ เข้าไปในสมการของปฏิกิริยา ค่า K ใหม่ที่ได้จะต้องนำค่า K เดิมมาถอดรากลำดับที่เท่ากับตัวเลขที่หารนั้น
ขั้นตอนการหาค่าคงที่สมดุล
  1. เขียนสมการเคมี
  2. ดุลสมการเคมี
  3. ณ จุดสมดุล หาความเข้มข้นของผลิตภัณฑ์
  4. ณ จุดสมดุล หาความเข้มข้นของสารตั้งต้นที่เหลือ
  5. เขียนค่า K และแทนค่าความเข้มข้นของสารผลิตภัณฑ์และสารตั้งต้นลงในค่า K
หลักของเลอชาเตอลิเยร์

ภาพอ็องรี หลุยส์ เลอ ชาเตอลิเยร์
ที่มารูป: https://commons.wikimedia.org/wiki/File:Lechatelier.jpg ,

        ใน พ.ศ. 2427  อ็องรี หลุยส์ เลอ ชาเตอลิเยร์ (Le  Chatelier,  Henry-louis)  ได้ให้ข้อมูลสรุปการศึกษาการค้นคว้าเกี่ยวกับการเปลี่ยนแปลงสภาสมดุลของปฏิกิริยาต่างๆไว้ดังนี้  “เมื่อระบบที่อยู่ในภาวะสมดุลถูกรบกวนโดยการเปลี่ยนแปลงปัจจัยที่มีผลต่อภาวะสมดุลของระบบ  ระบบจะเกิดการเปลี่ยนแปลงไปในทิศทางที่จะลดผลของการรบกวนนั้น  เพื่อให้ระบบเข้าสู่ภาวะสมดุลอีกครั้ง”

ผลของการเปลี่ยนแปลงความเข้มข้น ความดันและอุณหภูมิ

  1. ผลของการเปลี่ยนแปลงความเข้มข้นที่มีต่อภาวะสมดุล
    • ถ้าเพิ่มความเข้มข้นสารตั้งต้นหนึ่งสาร การเคลื่อนที่สมดุลจะไปทางด้านขวา และสารผลิตภัณฑ์จะมีความเข้มข้นเพิ่มขึ้นด้วยและสารตั้งต้นสารที่ 2 จะมีความเข้มข้นลดลง
    • ถ้าลดความเข้มข้นสารตั้งต้นหนึ่งสาร การเคลื่อนที่ของสมดุลจะไปทางด้านซ้าย และสารผลิตภัณฑ์จะมีความเข้มข้นลดลงด้วยและสารตั้งต้นที่ 2 จะมีความเข้มข้นเพิ่มขึ้น
    • ถ้าเพิ่มความเข้มข้นสารผลิตภัณฑ์หนึ่งสาร การเคลื่อนที่ของสมดุลจะไปทางด้านซ้าย และสารตั้งต้นจะมีความเข้มข้นเพิ่มขึ้นด้วย และสารผลิตภัณฑ์สารที่ 2 จะมีความเข้มข้นลดลง
    • ถ้าลดความเข้มข้นสารผลิตภัณฑ์หนึ่งสาร การเคลื่อนที่ของสมดุลจะไปทางด้านขวา และสารตั้งต้นจะมีความเข้มข้นลดลงด้วย และสารผลิตภัณฑ์สารที่ 2 จะมีความเข้มข้นเพิ่มขึ้น
  2. ผลของการเปลี่ยนแปลงความดันที่มีผลต่อภาวะสมดุล
    • เพิ่มความดัน สมดุลจะเคลื่อนที่ไปทางที่มีโมลรวมน้อย
    • ลดความดัน สมดุลจะเคลื่อนที่ไปทางที่มีโมลรวมมาก
  3. ผลของการเปลี่ยนแปลงอุณหภูมิที่มีผลต่อภาวะสมดุล
    • ลดอุณหภูมิ สมดุลจะเคลื่อนไปทางด้านที่เป็นปฏิกิริยาคายความร้อน 
      • หลักสังเกต ค่าเดลต้าจะติดลบ หรือมีค่าพลังงานรวมอยู่กับสารผลิตภัณฑ์
    • เพิ่มอุณหภูมิ สมดุลจะเคลื่อนไปทางด้านที่เป็นปฏิกิริยาดูดความร้อน
      • หลักสังเกต ค่าเดลต้าจะเป็นบวก หรือมีค่าพลังงานรวมอยู่กับสารตั้งต้น

📢สามารถเรียนรู้เพิ่มเติมจากคลิปได้ที่นี่

สมดุลเคมี 1 : ภาวะสมดุล และปัจจัยที่มีผลต่อสมดุล
ที่มา: https://youtu.be/-rQFEGKf4lY


สมดุลเคมี 2 : คำนวณค่าคงที่สมดุล
ที่มา: https://youtu.be/YyxDT5Rfl1w


สมดุลเคมี 3 : ค่าคงที่สมดุล กับ สมการเคมี
ที่มา: https://youtu.be/aRuffDva_FQ
              

แหล่งที่มา  

                            













ความคิดเห็น

แสดงความคิดเห็น