สมดุลเคมี (Chemical Equilibrium)
สมดุลเคมี หมายถึง สภาวะที่ความเข้มข้นของสารตั้งต้นและสารผลิตภัณฑ์ไม่เปลี่ยนแปลงอีก แม้เวลาผ่านไป เราจะเรียกว่าปฏิกิริยาเคมีนั้น อยู่ในสมดุล (Equilibrium)
ในการเกิดปฏิกิริยานี้ ก๊าซ H2 และ N2 เป็นสารตั้งต้น ทำปฏิกิริยากันกลายเป็นก๊าซ NH3 และในทันทีที่เกิดก๊าซ NH3 ก๊าซ NH3 ที่เกิดขึ้นจะสลายตัวกลับไปเป็นก๊าซ H2 และ N2 อย่างเดิม ฉะนั้นในเวลาเดียวกันจึงมีการเปลี่ยนแปลงเกิดขึ้น 2 กระบวนการพร้อมกัน ได้แก่
2.1 ก๊าซ H2 กับ N2 ทำปฏิกิริยากันกลายเป็นก๊าซ NH3 ดังสมการ
3H2(g) + N2(g) → 2NH3(g)
กระบวนการนี้เกิดขึ้นก่อน เรียกว่าการเปลี่ยนแปลงไปข้างหน้า (forward change หรือ forward reaction)
2.2 ก๊าซ NH3 บางส่วนสลายตัวกลับมาเป็นก๊าซ H2 กับ N2 ตามเดิม ดังสมการ
2NH3(g) → 3H2(g) + N2(g)
กระบวนการนี้เกิดขึ้นทีหลัง เรียกว่าการเปลี่ยนแปลงย้อนกลับ (reverse change หรือ reverse reaction) เมื่อนำการเปลี่ยนแปลงทั้ง 2 มาเขียนไว้ในสมการเดียวกัน รูปของสมการจะเป็นดังนี้ฃ
2NH3(g) ⇌ 3H2(g) + N2(g)
ภาวะสมดุล หมายถึง ภาวะที่ระบบมีสมบัติคงที่ หรือภาวะที่สารตั้งต้นและสารผลิตภัณฑ์ทุกชนิดมีปริมาณหรือความเข้มข้นคงที่ หรือภาวะที่อัตราการเปลี่ยนแปลงไปข้างหน้าเท่ากับอัตราการเปลี่ยนแปลงย้อนกลับ
สมบัติของระบบ ณ ภาวะสมดุล
1. ต้องเป็นปฏิกิริยาที่ผันกลับได้ โดย ต้องเกิดในระบบปิด
2. มีปฏิกิริยาไปข้างหน้าและย้อนกลับเกิดขึ้นตลอดเวลา โดยจำนวนโมลของสารตั้งต้นและผลิตภัณฑ์คงที่แต่อาจเท่ากันหรือไม่เท่ากันก็ได้ และ อัตราการเกิดปฏิกิริยาไปข้างหน้าเท่ากับปฏิริยาย้อนกลับ
3. สมบัติของระบบคงที่ (จำนวนโมลคงที่ สีของสารคงที่ ความดันคงที่ และอุณหภูมิคงที่)
ภาวะสมดุลในสารละลายอิ่มตัว เมื่อให้ตัวถูกละลาย ละลายในตัวทำละลาย ตัวถูกละลายก็จะละลายได้เร็วในตอนแรกแล้วละลายได้ช้าลงและเมื่อเกิดสารละลายอิ่มตัว เราจะพบว่าตัวถูกละลายไม่ละลายต่อไปอีก ไม่ว่าจะคนสารละลายเป็นเวลานานเท่าใดถ้าอุณหภูมิคงที่ เมื่อตั้งสารละลายอิ่มตัวไว้จะเกิดผลึกขึ้นและปริมาณของผลึกจะเพิ่มขึ้นเรื่อยๆจนในที่สุดผลึกคงที่ เรายังดูเหมือนว่าไม่เกิดผลึกอีก แต่ในระบบผลึกยังคงเกิดขึ้นเรื่อยๆแล้วก็ละลายในสารละลายอีกด้วย
สมดุลในปฏิกิริยาเคมี คือ ปฏิกิริยาเคมีที่เกิดภาวะสมดุลจะต้องเป็นปฏิกิริยาผันกลับได้ และ สมบัติของระบบต้องคงที่ การศึกษาภาวะสมดุลของปฏิกิริยาเคมี ตรวจสอบดังนี้
- ทดสอบปฏิกิริยาไปข้างหน้า (สารตั้งต้นทำปฏิกิริยากันแล้วเกิดเป็นสารผลิตภัณฑ์หรือไม่)
- ทดสอบปฏิกิริยาย้อนกลับ (นำสารผลิตภัณฑ์มาทำปฏิกิริยากันแล้วกลับไปเป็นสารตั้งต้นหรือไม่)
- สังเกตสมบัติของระบบว่าคงที่หรือไม่ (อาจสังเกตสีว่าคงที่หรือไม่)
เช่น การกลายเป็นไอของน้ำในภาชนะปิด น้ำเปลี่ยนสถานะจากของเหลวเป็นแก๊ส
H2O(l) ⇌ H2O(g)
หรือการระเหิดของไอโอดีนในภาชนะปิด ซึ่งเปลี่ยนสถานะไอโอดีนจากของแข็งเป็นแก๊ส
I2(s) ⇌ I2 (g)
ดังนั้น ในระบบอาจมีการเปลี่ยนสถานะจากของแข็งเป็นของเหลว หรือจากของเหลวเป็นแก๊ส หรือจากแก๊สเป็นของแข็งอย่างใดอย่างหนึ่ง ดังนั้นการเปลี่ยนสถานะที่จะก่อให้เกิดสมดุลเคมีได้ต้องเกิดในระบบปิดเท่านั้น]
2) การเกิดสารละลาย
การเกิดสารละลายที่จะก่อให้เกิดสมดุลเคมี เช่น การละลายของเกลือ NaCl ในน้ำได้สารละลาย แต่เมื่อให้ความร้อนจะเกิดเป็นสารละลายอิ่มตัว เมื่ออุณหภูมิลดลงจะเกิดการตกผลึกของเกลือ NaCl กลับมา การเกิดสารละลายลักษณะนี้จึงก่อให้เกิดการเปลี่ยนแปลงที่ผันกลับได้ การละลายของเกลือแกงแสดงดังสมการข้างล่าง(จะต้องละลายจนอิ่มตัวจึงจะเกิดสมดุล)
NaCl (s) + H2O ⇌ Na+(aq) + Cl– (aq)
3) การเกิดปฏิกิริยาเคมี
การเกิดปฏิกิริยาบางปฏิกิริยาสามารถผันกลับได้ และก่อให้เกิดสมดุลเคมี เช่น การละลายของก๊าซ CO2 ในน้ำ อาจจะเกิดการเปลี่ยนแปลงในลักษณะการแพร่ของแก๊ส CO2 ในน้ำ หรืออาจเกิดปฏิกิริยาเคมีกับน้ำได้กรดคาร์บอนิก และกรดคาร์บอนิกสามารถสลายตัวกลับมาเป็นแก๊ส CO2 และ H2O เหมือนเดิม
CO2 (g) + H2O (l) ⇌ H2CO3
ภาวะสมดุลระหว่างสถานะ สารต่างๆสามารถเปลี่ยนสถานะได้ โดยมีการเปลี่ยนแปลงพลังงานควบคู่ไปด้วย ดังแผนภาพนี้
แหล่งที่มา : https://www.scimath.org/lesson-chemistry/item/11676-2020-06-30-07-35-26
หากข้อมูลผิดพลาดประการใดต้องขออภัยมา ณ ที่นี้ด้วยค่ะ
ความคิดเห็น
แสดงความคิดเห็น