สมดุลเคมี

ใน ปฏิกิริยาเคมีที่สารตั้งต้นเกิดการเปลี่ยนแปลงไปเป็นสารผลิตภัณฑ์แล้วเมื่อ เวลาผ่านไปสารผลิตภัณฑ์เกิดการเปลี่ยนแปลงย้อนกลับกลับมาเป็นสารตั้งต้นได้ อีก เรียกปฏิกิริยาเคมีประเภทนี้ว่านี้ว่าเกิดการ เปลี่ยนแปลงผ่านสภาวะสมดุลเคมี

สภาวะสมดุล

ใน ปฏิกิริยาที่ผันกลับได้นั้น เมื่อระบบเข้าสู่สภาวะ สมดุล สมบัติของระบบไม่ว่าจะเป็นความเข้มข้น สี หรือ ความดัน (ถ้า เป็นแก๊ส) จะคงที่เสมอ และ เรียกสภาวะสมดุลที่ ระบบไม่หยุดนิ่ง แต่ มีการเกิดปฏิกิริยาไปข้างหน้าและย้อนกลับตลอดเวลานี้ว่า สมดุล ไดนามิก

ปัจจัยที่มีผลต่อสภาวะสมดุล

ที่สภาวะสมดุลสมบัติของสารต่างๆในระบบ สามารถถูกรบกวนได้จากปัจจัยภายนอก อันได้แก่ ความเข้มข้น อุณหภูมิ และ ความดัน ทำให้ระบบเกิดการเสียสมดุล ดัง นั้นระบบจึงต้องมีการปรับตัวเข้าสู่สภาวะสมดุลใหม่อีกครั้งหนึ่ง เพื่อลดผล ของการรบกวนนั้น โดยผู้ที่ศึกษาในเรื่อง ของการรบกวนสมดุลและสรุปไว้เป็นหลักเกณฑ์ไว้คือ เลอชา เตอริเย

ความ เข้มข้นกับภาวะสมดุล

ถ้า ให้สมการเคมีทั่วไปเป็น A + B C + D

หากมีการไปรบกวนสภาวะสมดุลของ ระบบ โดยการไปเปลี่ยนความเข้มข้นของสารตัวใดตัวหนึ่ง จะ ทำให้ระบบมีการปรับตัวเข้าสู่สภาวะสมดุลใหม่ได้ดังนี้

ก. ถ้า เพิ่มความเข้มข้นของสารตั้งต้น (A หรือ B)

ระบบ จะปรับตัวเข้าสู่สภาวะสมดุลใหม่ เพื่อ ลดความเข้มข้นของสารที่เติมเข้าไป (A หรือ B) โดยสารตั้งต้นจะทำปฏิกิริยากันมากขึ้น ส่ง ผลให้ปฏิกิริยาเกิดไปข้างหน้าเพิ่มมากขึ้น จึง ได้สารผลิตภัณฑ์ C และ D เข้มข้นมากขึ้น (สมดุล เลื่อนไปทางขวา)

ข. ถ้า เพิ่มความเข้มข้นของสารผลิตภัณฑ์ (C หรือ D)

ระบบ จะปรับตัวเข้าสู่สภาวะสมดุลใหม่ เพื่อ ลดความเข้มข้นของสารที่เติมเข้าไป (C หรือ D) โดยสารผลิตภัณฑ์ คือ C และ D ทำ ปฏิกิริยากันมากขึ้น ส่งผลให้เกิดปฏิกิริยา ย้อนกลับได้มากขึ้น ทำให้ได้สารตั้งต้น A และ B เข้มข้นมากขึ้น (สมดุลเลื่อนไปทางซ้าย)

ค. ถ้าลดความเข้มข้นของสารตั้งต้น (A หรือ B)

ระบบ จะปรับตัวเข้าสู่สภาวะสมดุลใหม่ เพื่อ เพิ่มความเข้มข้นของสารตั้งต้นให้มากขึ้น โดยสาร ผลิตภัณฑ์ C และ D ทำปฏิกิริยากันเกิดปฏิกิริยาย้อนกลับได้มากขึ้น (สมดุล เลื่อนไปทางซ้าย)

ง. ถ้า ลดความเข้มข้นของสารผลิตภัณฑ์ (C หรือ D)

ระบบ จะปรับตัวเข้าสู่สภาวะสมดุลใหม่ เพื่อ เพิ่มความเข้มข้นของสารผลิตภัณฑ์ให้มากขึ้น โดยสารตั้งต้น A และ B ทำปฏิกิริยากันเกิดปฏิกิริยาไปข้างหน้าเพิ่มมากขึ้น (สมดุล เลื่อนไปทางขวา)

EX. ใน ปฏิกิริยา Fe³⁺ + SCN^- [FeSCN]²⁺

เกิดการ เปลี่ยนแปลงเช่นใด

¬ หาก เติม NH₄SCN ลงไปในปฏิกิริยา

k หากดึง [FeSCN]²⁺ ออกจากปฏิกิริยา

ทำ ¬ เติม NH₄SCN

เกิด ปฏิกิริยาไปข้างหน้าเพิ่มมากขึ้น สมดุล เลื่อนไปทางขวา

k ลด [FeSCN]²⁺

เกิด ปฏิกิริยาไปข้างหน้าเพิ่มมากขึ้น สมดุล เลื่อนไปทางขวา

อุณหภูมิ กับสภาวะสมดุล

ใน สมดุลเคมีของปฎิกิริยาดูดหรือคายความร้อนการ เปลี่ยนแปลงอุณหภูมิของระบบจะมีผลต่อสภาวะสมดุลของระบบดังนี้

ดูด

กรณีที่เป็นปฏิกิริยาดูด ความร้อน Þ A + B C + D

คาย

หากมีการเพิ่มอุณหภูมิให้กับระบบ จะทำให้ระบบปรับตัว เข้าสู่สภาวะสมดุลใหม่โดยเกิดปฏิกิริยาไปข้างหน้าได้ มากขึ้น ส่งผลให้สมดุลเลื่อน ไปทางขวา คือเกิด C และ D มากขึ้น (A และ B ลดลง)

หาก เป็นการลดอุณหภูมิของระบบ จะ ทำให้ระบบปรับตัวเข้าสู่สภาวะสมดุลใหม่โดยเกิดปฏิกิริยาย้อนกลับ ส่ง ผลให้สมดุลเลื่อนไปทางซ้าย เกิดสารตั้งต้น A และ B มากขึ้น (C และ D ลดลง)

คาย

กรณีที่เป็นปฏิกิริยาคาย ความร้อน Þ A + B C + D

ดูด

หาก มีการลดอุณหภูมิให้กับระบบ ระบบจะปรับตัวโดยการเกิด ปฏิกิริยาไปข้างหน้า เกิดสารผลิตภัณฑ์

C และ D มากขึ้น (A และ B ลดลง)

หาก เป็นการเพิ่มอุณหภูมิของระบบ ระบบจะปรับตัวโดยการเกิด ปฏิกิริยาย้อนกลับเกิดสาร A และ B

มากขึ้น (C และ D ลดลง)

ความ ดันกับสภาวะสมดุล

การ เปลี่ยนแปลงความดัน มีผลกับสภาวะสมดุลใน ปฏิกิริยาที่มีแก๊สเข้ามาเกี่ยวข้องเท่านั้น

กรณี ที่ 1 การเพิ่มความดัน

ที่ สภาวะสมดุล เมื่อมีการเพิ่มความดันให้กับระบบ ระบบ จะปรับตัวโดยการลดความดัน โดยสมดุลจะเลื่อนไปในทิศ ทางที่ลดความดัน โดยลดจำนวนโมลของสาร

กรณี ที่ 2 การลดความดัน

เมื่อ มีการลดความดันให้กับระบบที่สภาวะสมดุล ระบบ จะปรับตัวโดยเพิ่มความดัน โดยสมดุลจะเลื่อนไปในทิศ ทางที่เพิ่มความดัน โดยเพิ่มจำนวนโมล

*** การ เพิ่มหรือลดความดันจะไม่มีผลกับสภาวะสมดุล เมื่อ จำนวนโมลของแก๊สตั้งต้นเท่ากับจำนวนโมลของแก๊สผลิตภัณฑ์ ***

EX. ใน ปฏิกิริยา PCl₅(g) PCl₃(g) + Cl₂(g) เมื่อเพิ่มความดัน ระบบมีการเปลี่ยนแปลงอย่างไร

ค่าคงที่สมดุล (Equilibrium Constant)

หาก ให้สมการทั่วไปเป็น aA + bB cC + dD

ที่ สภาวะสมดุล Þ ความสัมพันธ์ระหว่างความเข้มข้นของสารตั้งต้นกับผลิตภัณฑ์ เป็นดังนี้

K =

เรียก K ว่าค่าคงที่สมดุล ซึ่งเป็นค่าคงที่ที่ไม่เปลี่ยนแปลงที่อุณหภูมิคงที่

ค่า K ที่คิดผ่านความเข้มข้นอาจเขียนเป็น K_C ก็ได้

หากสารที่อยู่ในระบบเป็นก๊าซ ค่าของ K เขียนในรูปของ K_P ได้ หากทราบความดันย่อยของแก๊สแต่ละตัว

K_P =

โดย K_C และ K_P มีความสัมพันธ์กันดังนี้ Þ K_P = K_C(RT) ^Dⁿ

เมื่อ R = 0.0821 L.atm.mol^-1.K^-1 T = อุณหภูมิ หน่วยเคลวิน Dn = ผลต่างโมล (Product กับ Reactant)

การวิเคราะห์ค่า K

จาก ในปฏิกิริยา aA + bB cC + dD

พบ ว่า หาก K มากกว่า 1 หมาย ความว่า สมดุลเลื่อนไปทางขวา เกิดปฏิกิริยาไปข้างหน้ามาก

หาก K น้อยกว่า 1 หมาย ความว่า สมดุล เลื่อนไปทางซ้าย เกิดปฏิกิริยาย้อนกลับมาก

หาก K เท่ากับ 1 หมาย ความว่า Rate_{ข้าง หน้า} = Rate_{ย้อน กลับ}

ตัวอย่างการเขียนค่า K ที่ภาวะสมดุล

การเขียนค่า K จะไม่นำสารที่อยู่ในรูปของของแข็งหรือของเหลวมาเขียนโดยเด็ดขาด

EX. N₂(g) + 3H₂(g) 2NH₃(g) Þ (mol /lit)^-2

EX. CaCO₃(s) CaO(s) + CO₂(g) Þ K = [CO₂] (mol /lit)

ความสัมพันธ์ของค่าคงที่สมดุล

1. หาก เป็นปฏิกิริยาเดียวกัน แต่เขียนสมการกลับกัน

เช่น H₂(g) + Cl₂(g) 2HCl(g) ; K₁

2HCl(g) H₂(g) + Cl₂(g) ; K₂

จะเห็นว่า

\ หาก มีการกลับสมการ ®

2. หากเป็นปฏิกิริยาเดียวกัน แต่จำนวนโมลต่างกัน

เช่น H₂(g) + Cl₂(g) 2HCl(g) ; K₁

2H₂(g) + 2Cl₂(g) 4HCl(g) ; K₂

จะเห็นว่า K₂ = K₁²

\ หากมีการกลับสมการ ® K_ใหม่ = K_เก่า^{เลข ที่คูณเพิ่ม}

ในปฏิกิริยาที่เกิดผ่านหลายขั้นตอน

เช่น SO₂(g) + O₂(g) SO₃(g) ; K₁

CO₂(g) CO(g) + O₂(g) ; K₂

เมื่อรวม 2 สมการ จะได้ว่า

SO₂(g) + CO₂(g) SO₃(g) + CO(g) ; K₃

นั่นคือ K₃ = K₁ ´ K₂

\ ในปฏิกิริยาหลายขั้นตอน ® ที่ต้องมีการรวมสมการ ® K_รวม= ผล คูณของ K ย่อย

EX. ให้ 2NO₂(g) N₂O₄(g) K = 200 ¬

หา N₂O₄(g) NO₂(g) K = ? k

ทำ กลับ ¬ N₂O₄(g) 2NO₂(g) ®

´ ® N₂O₄(g) NO₂(g) = 0.08 #

การคำนวณหาค่าคงที่สมดุล

ให้คิดผ่านความเข้มข้นของ สารต่างๆ ที่ภาวะสมดุล

EX. จาก Fe³⁺⁽aq) + SCN^-(aq) FeSCN²⁺(aq) ที่ 25°C

เมื่อความเข้มข้นที่ภาวะ สมดุลของ Fe^{3+ ,} SCN^- และ FeSCN²⁺ เท่ากับ 3.9´10^-2M และ 9.2´10^{-4 M}ตาม ลำดับ

ให้หาค่าคงที่สมดุลของปฏิกิริยาที่ 25°C

ทำ จาก

= 294.87 M^-1 #

EX. จาก N₂(g) + 3H₂(g) 2NH₃(g) ที่เกิดขึ้นในภาชนะขนาด 5 ลิตร

ให้หาค่า K เมื่อพบว่าที่ภาวะสมดุลมีแก๊ส N₂ 3.4 กรัม , H₂ 0.16 กรัม และ NH₃ 19 กรัม

ทำ ที่ภาวะสมดุล [N₂] = M , [H₂] = , [NH₃] =

= 0.024M = 0.02M = 0.224M

จาก

= 0.26´10⁶M^-2#

EX. จาก PCl₅(g) PCl₃(g) + Cl₂(g) ให้หาค่าคงที่สมดุลที่ 250°C

หากเผา PCl₅ 0.07 โมล ที่ 250°C ในภาชนะขนาด 2 ลิตร เมื่อถึงภาวะสมดุลพบว่ามี Cl₂ อยู่ 0.05 โมล

ทำ คิด ผ่านความเข้มข้นของสารที่ภาวะสมดุล

¬ จาก สมการ เกิด Cl₂ 1 โมล ต้อง เกิด PCl₃ 1 โมล

\ ถ้าเกิด Cl₂ 0.05 โมล ต้องเกิด PCl₃ 0.05 โมล

k จาก สมการ เกิด Cl₂ 1 โมล ต้องเผา PCl₅ 1 โมล

\ ถ้าเกิด Cl₂ 0.05 โมล ต้องเผา PCl₅ 0.05 โมล

PCl₅(g) PCl₃(g) + Cl₂(g)

เริ่มต้น 0.07 0 0 Mole

ที่ สมดุล 0.07-0.05 0.05 0.05 Mole

จาก K =

= 0.0625M #

EX. จาก 2A(g) + B(g) C(g) ถ้าใส่ A 1.2 โมล, B 0.8 โมล ในภาชนะ 2 ลิตร ที่ภาวะสมดุลพบว่ามีสาร A 0.9 โมล

หาค่า K ของปฏิกิริยานี้

ทำ ที่สมดุลมีสาร A 0.9 โมล แสดงว่า Þ สาร A ถูกใช้ในการทำปฏิกิริยา = 1.2 - 0.9 = 0.3 โมล

¬ จาก สมการ สาร A 2 โมล จะทำปฏิกิริยากับ B 1 โมล

\ สาร A 0.3 โมล จะทำ ปฏิกิริยากับ B = (0.3) โมล

= 0.15 โมล

ใช้สาร B ไป = 0.15 โมล Þ ที่สมดุลสาร B เหลือ = 0.8 - 0.15 = 0.65 โมล

k จากสมการ ใช้สาร A 2 โมล จะ เกิด C 1 โมล

\ ใช้สาร A 0.3 โมล จะเกิด C = (0.3) โมล

= 0.15 โมล

2A(g) + B(g) C(g)

เริ่ม ต้น 1.2 0.8 0 Mole

ที่ สมดุล 1.2-0.3 0.8-0.15 0.15 Mole

จาก K =

= 1.14 M^-2 #

EX. จากปฏิกิริยา NO₂(g) NO(g) + O₂(g)

ถ้า เริ่มต้นใส่ NO₂ 0.2M เมื่อ ถึงสภาวะสมดุลพบว่า NO₂ สลายตัวไป 10% ให้หาค่า K

ทำ สลายตัว 10% Þ ถ้า เริ่มต้นใช้ NO₂ 100 M จะสลายตัวได้ 10 M

\ ถ้า เริ่มต้นใช้ NO₂ 0.2M จะสลายตัว = (0.2) = 2´10^-2M

จาก สมการ ถ้า ใช้ NO₂ 1 โมล เกิด NO = 1 โมล

\ ถ้าใช้ NO₂ 2´10^-2 โมล เกิด NO = 2´10^-2 โมล

จาก สมการ ถ้าใช้ NO₂ 1 โมล เกิด O₂ = โมล

\ ถ้าใช้ NO₂ 2´10^-2 โมล เกิด O₂ = (2´10^-2)

= 1´10^-2 โมล

NO₂(g) NO(g) + O₂(g)

เริ่ม ต้น 0.2 0 0 Mole

ที่ สมดุล 0.2-2´10^-2 2´10^-2 1´10^-2 Mole

จาก K =

= 1.11´10^-2 M^1/2 #

EX. จากปฏิกิริยา 2HI(g) H₂(g) + I₂(g) ที่ 448°C ให้ หาค่าคงที่สมดุล

เมื่อความดันย่อยของสาร แต่ละชนิดที่สภาวะสมดุลเป็นดังนี้

P_HI = 4´10^-3 atm = 7.5´10^-3 atm = 4.3´10^-5 atm

ทำ จาก K_P =

= 2.02´10^-2#

การคำนวณหาความเข้มข้นของสารที่สภาวะ สมดุล

EX. ถ้าปฏิกิริยา 3H₂(g) + N₂(g) 2NH₃(g) มีค่า K = 5´10^-2 L²/mol² ที่ 500°C

โดย พบว่าที่สภาวะสมดุลมีก๊าซ H₂ 0.25M, NH₃ 0.05M แล้ว ให้หา [N₂] ที่ สภาวะสมดุลนี้

ทำ 3H₂(g) + N₂(g) 2NH₃(g)

ที่สมดุล 0.25 x 0.05 Mole

จาก K =

5´10^-2 M^-2 =

x = 3.2 M

\ ที่ภาวะสมดุล [N₂] = 3.2 Molar #

EX. ในปฏิกิริยา H₂(g) + I₂(g) 2H₂I(g) มี ค่า K = 45.9 ที่ 490°C

ถ้า เริ่มต้นใส่ H₂ และ I₂ อย่างละ 1 โมลลงในภาชนะขนาด 1 ลิตร

ให้หาความเข้มข้นของสาร แต่ละชนิดที่สภาวะสมดุล

ทำ ¬ จาก สมการ ใช้ H₂ 1 โมล ต้อง ใช้ I₂ 1 โมล

\ ถ้าใช้ H₂ x โมล ต้อง ใช้ I₂ x โมล

k จาก สมการ ใช้ H₂ 1 โมล เกิด HI 2 โมล

\ ใช้ H₂ x โมล เกิด HI 2x โมล

H₂(g) + I₂(g) 2HI(g)

เริ่มต้น 1 1 0

ที่ สมดุล 1-x 1-x 2x

จาก K =

45.9 =

6.775(1-x) = 2x

6.775 = 8.755x

x = 0.772 Molar

\ ที่ สภาวะสมดุลมี [H₂] เหลือ อยู่เท่ากับ [I₂] = 1-0.772 = 0.228 M #

และมี [HI] = 2(0.772) = 1.544 M #

ตามหลักของ ปริมาณสารสัมพันธ์ ปฏิกิริยาจะต้องดำเนินไป จนสมบูรณ์ยกตัวอย่างเช่น

CO₂ (g) + H₂ (g)

CO (g) + H₂O (g) .........................................(1)

ในระบบเปิด CO₂ (g) จะทำ ปฏิกิริยากับ H₂ (g) จนหมด และได้ CO (g) และ H₂O (g)
ในระบบปิด เมื่อเกิดปฏิกิริยาปริมาณของ CO₂ (g) และ H₂ (g) จะลดลง ในขณะที่ปริมาณของ CO (g) และ H₂O (g) จะเพิ่ม ขึ้น ทำให้รวมตัวกันกลับไปเป็น CO₂ (g) และ H₂ (g) ดังสมการ

CO (g) + H₂O (g)

CO₂ (g) + H₂ (g) .........................................(2)

เมื่ออัตราการเกิดปฏิกิริยาที่ (1) เท่ากับ อัตราการเกิดปฏิกิริยาที่ (2) เรียก ว่า เกิดสมดุลทาง เคมี และเรียกปฏิกิริยา ที่ (1) ว่า ปฏิกิริยาไปข้างหน้า(forward reaction) เรียกปฏิกิริยาที่ (2) ว่าปฏิกิริยาย้อนกลับ(reversible reaction) นิยมเขียนปฏิกิริยาแสดงสมดุลระหว่างการเกิด ปฏิกิริยาที่ (1) และปฏิกิริยาที่ (2) ดังนี้

CO₂ (g) + H₂ (g)

CO (g) + H₂O (g)

หลักการของสมดุลเคมี เมื่อระบบเข้าสู่สมดุลระบบจะต้อง :
1.1 อัตรา การเกิดปฏิกิริยาไปข้างหน้าเท่ากับอัตราการเกิดปฏิกิริยาย้อนกลับและความเข้ม ข้นของสาร ตั้งต้นและผลิตผลจะคงที่
ในปฏิกิริยาเคมีใด ๆ เมื่อเริ่มทำปฏิกิริยา ความเข้มข้นของสารเริ่มต้นจะลดลงเรื่อย ๆ ขณะ ที่ความเข้มข้นของสารผลิตภัณฑ์เพิ่มขึ้นตามลำดับ จนกระทั่งเวลาผ่านไป ช่วงหนึ่ง ความเข้มข้นของสารทุกตัวในระบบจะไม่ เปลี่ยนแปลงอีกต่อไป นั่นคือปฏิกิริยาอยู่ใน สภาวะสมดุล
ที่สภาวะนี้ถ้าพิจารณาตามหลักการของจลนศาสตร์เคมี (chemical kinetics) พบว่า อัตราการเกิดปฏิกิริยาไปข้างหน้าจะเท่ากับอัตราการเกิดปฏิกิริยาย้อนกลับ และจากการทดลองพบว่า ที่สภาวะสมดุล ความเข้มข้นของสารเริ่มต้นและสารผลิตภัณฑ์จะมีค่าคงที่ และไม่ขึ้นกับเวลา

click ที่นี่ ถ้า นศ. สามารถต้องการดูกราฟแสดงการเข้าสู่สมดุลของปฏิกิริยา
1.2 ระบบ เป็นสมดุลไดนามิค (dynamic equilibrium)
ถ้าศึกษาการ เปลี่ยนแปลงในระดับโมเลกุล หรืออะตอม จะพบว่าเมื่อระบบเข้าสู่สภาวะสมดุลนั้น ระบบไม่ได้หยุดนิ่งแต่จะมีการเปลี่ยนแปลงตลอดเวลา นั่นคือปฏิกิริยาดำเนินไปข้างหน้าและย้อนกลับได้อย่างต่อเนื่อง โดยปราศจากการเปลี่ยนแปลงความเข้มข้นของสารในระบบ เรียกสภาวะสมดุลลักษณะนี้ว่า สมดุลไดนามิค

นักวิทยาศาสตร์ ทราบได้อย่างไรว่า สมดุลเป็นสมดุลไดนามิค

กฎ ของสมดุลเคมี (Top)

ปฏิกิริยาใดๆ ก็ตาม ที่อุณหภูมิใดอุณหภูมิหนึ่งจะมีค่าคงที่อยู่ค่าหนึ่ง ซึ่งบอกให้ทราบถึงความสัมพันธ์ระหว่าง ความเข้มข้นของสารต่างๆ ที่สภาวะสมดุล เรียกค่าคงที่นี้ว่า ค่าคงที่สมดุล (equilibrium constant, K) พิจารณา ปฏิกิริยาต่อไปนี้

aA + bB

cC + dD

เมื่อ a, b, c และ d คือ เลขสัมประสิทธิ์จำนวนโมลของสาร A, B, C และ D ตามลำดับ
สามารถเขียนอัตราส่วนแสดงความสัมพันธ์ระหว่างความ เข้มข้น (equilibrium expression) ได้ดังนี้

K_c =

เมื่อ K_c คือค่าคง ที่สมดุลที่แสดงในเทอมความเข้มข้นของสารในหน่วยโมลาร์ (โมล/ลิตร)
ถ้า K < 1 แสดงว่า ในสภาวะสมดุล [สารตั้งต้น] > [ผลิตผล] หรือปฏิกิริยาย้อนกลับ เกิดขึ้นเกือบจะสมบูรณ์ ในขณะที่ปฏิกิริยาไปข้างหน้าจะเกิดน้อยมาก
ในทางกลับกัน ถ้า K > 1 แสดง ว่า ในสภาวะสมดุล [สารตั้งต้น] < [ผลิตผล] หรือปฏิกิริยาไปข้างหน้าเกิดขึ้นเกือบจะสมบูรณ์
ในกรณีที่หาค่าอัตราส่วนนี้ก่อนถึงสภาวะสมดุลหรือ เมื่อสมดุลถูกรบกวนจะเรียกอัตราส่วนนี้ว่า โควเตียนของปฏิกิริยา (reaction quotient, Q) ณ เวลาใด ๆ และแสดงในเทอมของมวลได้ ดังนี้

Q_c =

ที่เวลาใดๆ

เมื่อใดที่ระบบอยู่ในภาวะสมดุล Q จะมีค่าเท่ากับ K_c เสมอ
ตัวอย่าง
i. ปฏิกิริยา steam reforming : CH_4(g) + H₂O_(g)

CO_(g) + 3H_2(g)

K_c =

หน่วย mol² dm^-6

ii. ปฏิกิริยา การสังเคราะห์แอมโมเนีย : N_2(g) + 3H_2(g)

2NH_3(g)

K_c =

หน่วย mol ^-2 dm⁶

iii. ปฏิกิริยาการสังเคราะห์แอมโมเนียลดลงเหลือ เท่าตัว : 1/2 N_2(g) + 3/2H_2(g)

NH_3(g)

K_c =

หน่วย mol^-1 dm³

ตัวอย่างการคำนวณโดยใช้ K
ตัวอย่าง ก๊าซ ไฮโดรเจน ไอโอไดด์สลายตัวได้ง่าย ดังสมการ : 2HI₍_g)

H_2(g) + I_2(g)
ถ้าบรรจุ HI 4.00 โมล ลงในภาชนะ 5.00 ลิตร ที่อุณหภูมิ 458^oC พบว่าที่สมดุลจะมีปริมาณของ I₂ 0.442 โมล จงหาค่า K_c ของปฏิกิริยานี้

ตอบ 0.0201 ทำอย่างไรลอง >> click << ดูวิธีทำครับ

สรุปลักษณะทั่วไปของสมดุลเคมี 3 ประการ คือ
1. สมดุลเคมีเป็นสมดุลไดนามิค
2. สมดุลเคมีเป็นขบวนการที่เกิดขึ้นได้เอง
3. การดำเนินเข้าสู่ภาวะสมดุลเริ่มจากทิศทางใดก็ได้

สมดุลหลายวัฏภาค (Heterogeneous Equilibrium) (Top)
มีมากกว่า 1 วัฏภาค(phase) ของสารในระบบสมดุล เช่น water -gas equilibrium :
C (s) + H₂O (g)

CO (g) + H₂ (g)

K =

[C (s)] เป็นความเข้มข้นของ คาร์บอนในสถานะของแข็ง การทดลองพบว่า [C (s)] จะไม่เปลี่ยนแปลง นั่นคือจำนวนโมลต่อหน่วย ปริมาตรของของแข็ง จะคงเดิมเสมอ
K ใหม่ = K [C (s)] =

ดังนั้นจะไม่นำความเข้มข้นของของแข็ง และของเหลวบริสุทธิ์ มาคิดในการหาค่า K

สมดุลไอออนใน สารละลาย

กรด เบสคืออะไร
..

ปฏิกิริยาของ กรด เบส
..

สมดุลของไอออนเกลือที่ ละลาย น้ำได้น้อย

การคำนวณและการประยุกต์

| ข้อควรรู้เกี่ยว กับค่าคงที่สมดุล | ค่าคงที่สมดุล กับการกำหนดทิศทางของปฏิกิริยา | การประยุกต์ใช้ ค่าคงที่สมดุลในเชิงอุตสากรรม |

ข้อควรรู้เกี่ยว กับค่าคงที่สมดุล (Top)

4.1. ถ้าเขียนสมการกลับกัน ค่า K ก็จะกลับกันด้วย

A + B = C + D .......................K

C + D = A + B .......................K^'= K^-1

4.2 ใน กรณีที่ปฏิกิริยาเกิดเป็นขั้น ๆ ค่า K ของ ปฏิกิริยารวมจะเท่ากับผลคูณของค่า K ของ ปฏิกิริยาย่อย

A + B = C ....................K₁

C = D + E ....................K₂

A + B = D + E .......K รวม = K₁ x K₂

4.3 ถ้า เขียนสมการโดยใช้สัมประสิทธิ์คูณ ค่า K ก็ จะต่างกันด้วย

2 A + 2 B = 2 C + 2 D ................Kใหม่ = K²

4.4 ค่าคงที่สมดุลในเทอมของความดันแก๊ส (Kp)

aA + bB = cC + dD

K_p =

; K_c =

พิจารณา 2SO₂ (g) + O₂ (g) = 2 SO₃ (g) Kc =

จาก gas law. PV= nRT

[SO₃] =

[SO₂] =

[O₂] =

Kc =

K_c = K_pRT หรือ K_p=K_c(RT)^-1

จากสมการ aA (g) + bB (g) + …… = gG (g) + hH (g) +……

.................

K_p=K_c(RT)

^{= (g + h +…) - (a + b +…)}

ตัวอย่าง 1. K_P ของปฏิกิริยา 2NO₂₍_g)

N₂O_4(g) ที่ 25^oC มีค่าเท่ากับ 7.04 x10^-2 kPa^-1 ที่สภาวะสมดุล ความดันย่อยของ NO₂ ภายในภาชนะเท่ากับ 15 kPa จงคำนวณหาความดันย่อยของ N₂O₄ ในก๊าซผสมนี้

ตัวอย่าง 2. K_P ของปฏิกิริยา 2SO₂₍_g) + O_2(g) 2SO_3(g) ที่ 25^oC เท่ากับ 3.0x10²⁴ atm^-1 จงหาค่า K_C ของปฏิกิริยานี้

แสดงวิธีทำ 1 และ 2 >>click<< ที่นี่

ค่าคงที่กับการ กำหนดทิศทางของปฏิกิริยา (Top)

ระบบที่ปฏิกิริยายังไม่อยู่ในสภาวะ สมดุล การหาค่าโควเตียนของปฏิกิริยาเพื่อ นำมาเปรียบเทียบกับค่า K_C สามารถคาดคะเนทิศทางของการเกิดปฏิกิริยาได้ ดัง นี้ :

- ถ้า Q > K_C ปฏิกิริยาจะดำเนินไปทางซ้าย (ปฏิกิริยาย้อนกลับ)

- ถ้า Q < K_C ปฏิกิริยาจะดำเนินไปทางขวา (ปฏิกิริยาไปข้างหน้า)

- ถ้า Q = K_C ปฏิกิริยาจะอยู่ในภาวะสมดุล

ตัวอย่าง เมื่อบรรจุ N₂ 1.00 โมล H₂ 3.00 โมล และ NH₃ 0.500 โมล ลงในภาชนะ 50 ลิตร ระบบจะปรับตัวอย่างไร เพื่อเข้าสู่สมดุล

์N_2(g) + 3H_2(g)

2NH_3(g) ; K_C = 69.5 ที่ 350^oC

วิธีทำ จากโจทย์ความเข้มข้น ของสารเริ่มต้น ในหน่วยโมล่าร์ เป็น

[N₂]_o = 0.0200 M [H₂]_o = 0.0600 M และ [NH₃]_o = 0.0100 M

แทนค่าลงใน reaction quotient ;

Q =

= 23.1

จะเห็นว่า Q = 23.1 ซึ่งมีค่าน้อยกว่า K_C = 69.5 ดังนั้นปฏิกิริยาจะดำเนินจากซ้ายไปขวา เมื่อเข้าสู่สภาวะสมดุล จะมี NH₃ เพิ่มมากขึ้น

การประยุกต์ใช้ ค่าคงที่สมดุลในเชิงอุตสาหกรรม (Top)

ในเชิงอุตสาหกรรมนิยมเขียนกราฟ ระหว่าง [สารตั้งต้น] และ [ผลิตผล] เพื่อหาค่า K

>> click << เพื่อทำโจษย์ ต่อไปนี้

6.1 ถ้าเริ่มต้นผสม 2 M n-butane จงหาความเข้มข้นของ n- และ iso-butane ที่สภาวะสมดุล

6.2 ถ้าที่สภาวะสมดุลมี n-butane อยู่ 2 M จงหาความเข้มข้นของ iso-butane ที่จุดสมดุลนี้

nes_spt

ค้นหาบล็อก

วันจันทร์ที่ 27 กันยายน พ.ศ. 2553