สมดุลเคมี

8,477 views

Published on

http://weerabong2516.wordpress.com/2010/07/20/225/

Published in: Education
0 Comments
1 Like
Statistics
Notes
  • Be the first to comment

No Downloads
Views
Total views
8,477
On SlideShare
0
From Embeds
0
Number of Embeds
3
Actions
Shares
0
Downloads
33
Comments
0
Likes
1
Embeds 0
No embeds

No notes for slide

สมดุลเคมี

  1. 1. เรื่อง ภาวะสมดุลเคมี<br />จัดทำโดย<br />นางสาวนัฐพร คนเพียร<br />เสนอ<br />ครูวีระพงษ์ บรรจง<br /> สมดุลเคมี<br />ในปฏิกิริยาเคมีที่สารตั้งต้นเกิดการเปลี่ยนแปลงไปเป็นสารผลิตภัณฑ์แล้วเมื่อเวลาผ่านไปสารผลิตภัณฑ์เกิดการเปลี่ยนแปลงย้อนกลับกลับมาเป็นสารตั้งต้นได้อีก เรียกปฏิกิริยาเคมีประเภทนี้ว่านี้ว่าเกิดการเปลี่ยนแปลงผ่านสภาวะสมดุลเคมี<br />สภาวะสมดุล<br />ในปฏิกิริยาที่ผันกลับได้นั้น เมื่อระบบเข้าสู่สภาวะสมดุล สมบัติของระบบไม่ว่าจะเป็นความเข้มข้น สี หรือความดัน (ถ้าเป็นแก๊ส) จะคงที่เสมอ และ เรียกสภาวะสมดุลที่ระบบไม่หยุดนิ่ง แต่มีการเกิดปฏิกิริยาไปข้างหน้าและย้อนกลับตลอดเวลานี้ว่า สมดุลไดนามิก<br />ปัจจัยที่มีผลต่อสภาวะสมดุล<br />ที่สภาวะสมดุลสมบัติของสารต่างๆในระบบสามารถถูกรบกวนได้จากปัจจัยภายนอก อันได้แก่ ความเข้มข้น อุณหภูมิ และความดัน ทำให้ระบบเกิดการเสียสมดุล ดังนั้นระบบจึงต้องมีการปรับตัวเข้าสู่สภาวะสมดุลใหม่อีกครั้งหนึ่ง เพื่อลดผลของการรบกวนนั้น โดยผู้ที่ศึกษาในเรื่องของการรบกวนสมดุลและสรุปไว้เป็นหลักเกณฑ์ไว้คือ เลอชาเตอริเย<br />ความเข้มข้นกับภาวะสมดุล<br />ถ้าให้สมการเคมีทั่วไปเป็น A + B C + D<br />หากมีการไปรบกวนสภาวะสมดุลของระบบ โดยการไปเปลี่ยนความเข้มข้นของสารตัวใดตัวหนึ่ง จะทำให้ระบบมีการปรับตัวเข้าสู่สภาวะสมดุลใหม่ได้ดังนี้<br />ก.ถ้าเพิ่มความเข้มข้นของสารตั้งต้น (A หรือ B)<br />ระบบจะปรับตัวเข้าสู่สภาวะสมดุลใหม่ เพื่อลดความเข้มข้นของสารที่เติมเข้าไป (A หรือ B) โดยสารตั้งต้นจะทำปฏิกิริยากันมากขึ้น ส่งผลให้ปฏิกิริยาเกิดไปข้างหน้าเพิ่มมากขึ้น จึงได้สารผลิตภัณฑ์ C และ D เข้มข้นมากขึ้น (สมดุลเลื่อนไปทางขวา)<br />ข.ถ้าเพิ่มความเข้มข้นของสารผลิตภัณฑ์ (C หรือ D)<br />ระบบจะปรับตัวเข้าสู่สภาวะสมดุลใหม่ เพื่อลดความเข้มข้นของสารที่เติมเข้าไป (C หรือ D) โดยสารผลิตภัณฑ์ คือ C และ D ทำปฏิกิริยากันมากขึ้น ส่งผลให้เกิดปฏิกิริยาย้อนกลับได้มากขึ้น ทำให้ได้สารตั้งต้น A และ B เข้มข้นมากขึ้น (สมดุลเลื่อนไปทางซ้าย)<br />ค.ถ้าลดความเข้มข้นของสารตั้งต้น (A หรือ B)<br />ระบบจะปรับตัวเข้าสู่สภาวะสมดุลใหม่ เพื่อเพิ่มความเข้มข้นของสารตั้งต้นให้มากขึ้น โดยสารผลิตภัณฑ์ C และ D ทำปฏิกิริยากันเกิดปฏิกิริยาย้อนกลับได้มากขึ้น (สมดุลเลื่อนไปทางซ้าย)<br />ง.ถ้าลดความเข้มข้นของสารผลิตภัณฑ์ (C หรือ D)<br />ระบบจะปรับตัวเข้าสู่สภาวะสมดุลใหม่ เพื่อเพิ่มความเข้มข้นของสารผลิตภัณฑ์ให้มากขึ้น โดยสารตั้งต้น A และ B ทำปฏิกิริยากันเกิดปฏิกิริยาไปข้างหน้าเพิ่มมากขึ้น (สมดุลเลื่อนไปทางขวา)<br />EX.ในปฏิกิริยา Fe3+ + SCN-[FeSCN]2+ <br />เกิดการเปลี่ยนแปลงเช่นใดหากเติม NH4SCN ลงไปในปฏิกิริยา<br />หากดึง [FeSCN]2+ ออกจากปฏิกิริยา <br />ทำเติม NH4SCN<br />เกิดปฏิกิริยาไปข้างหน้าเพิ่มมากขึ้น สมดุลเลื่อนไปทางขวา<br />ลด [FeSCN]2+<br />เกิดปฏิกิริยาไปข้างหน้าเพิ่มมากขึ้น สมดุลเลื่อนไปทางขวา<br />อุณหภูมิกับสภาวะสมดุล<br />ในสมดุลเคมีของปฎิกิริยาดูดหรือคายความร้อนการเปลี่ยนแปลงอุณหภูมิของระบบจะมีผลต่อสภาวะสมดุลของระบบดังนี้<br /> ดูด<br />กรณีที่เป็นปฏิกิริยาดูดความร้อนA + B C + D<br /> คาย<br />หากมีการเพิ่มอุณหภูมิให้กับระบบ จะทำให้ระบบปรับตัวเข้าสู่สภาวะสมดุลใหม่โดยเกิดปฏิกิริยาไปข้างหน้าได้มากขึ้น ส่งผลให้สมดุลเลื่อนไปทางขวา คือเกิด C และ D มากขึ้น (A และ B ลดลง)<br />หากเป็นการลดอุณหภูมิของระบบ จะทำให้ระบบปรับตัวเข้าสู่สภาวะสมดุลใหม่โดยเกิดปฏิกิริยาย้อนกลับ ส่งผลให้สมดุลเลื่อนไปทางซ้าย เกิดสารตั้งต้น A และ B มากขึ้น (C และ D ลดลง)<br /> คาย<br />กรณีที่เป็นปฏิกิริยาคายความร้อนA + B C + D<br /> ดูด<br />หากมีการลดอุณหภูมิให้กับระบบ ระบบจะปรับตัวโดยการเกิดปฏิกิริยาไปข้างหน้า เกิดสารผลิตภัณฑ์ <br />C และ D มากขึ้น (A และ B ลดลง)<br />หากเป็นการเพิ่มอุณหภูมิของระบบ ระบบจะปรับตัวโดยการเกิดปฏิกิริยาย้อนกลับเกิดสาร A และ B<br /> มากขึ้น (C และ D ลดลง)<br />ความดันกับสภาวะสมดุล<br />การเปลี่ยนแปลงความดัน มีผลกับสภาวะสมดุลในปฏิกิริยาที่มีแก๊สเข้ามาเกี่ยวข้องเท่านั้น<br />กรณีที่ 1การเพิ่มความดัน<br />ที่สภาวะสมดุล เมื่อมีการเพิ่มความดันให้กับระบบ ระบบจะปรับตัวโดยการลดความดัน โดยสมดุลจะเลื่อนไปในทิศทางที่ลดความดัน โดยลดจำนวนโมลของสาร<br />กรณีที่ 2การลดความดัน<br />เมื่อมีการลดความดันให้กับระบบที่สภาวะสมดุล ระบบจะปรับตัวโดยเพิ่มความดัน โดยสมดุลจะเลื่อนไปในทิศทางที่เพิ่มความดัน โดยเพิ่มจำนวนโมล<br />***การเพิ่มหรือลดความดันจะไม่มีผลกับสภาวะสมดุล เมื่อจำนวนโมลของแก๊สตั้งต้นเท่ากับจำนวนโมลของแก๊สผลิตภัณฑ์ ***<br />EX.ในปฏิกิริยา PCl5(g)PCl3(g) + Cl2(g)เมื่อเพิ่มความดันระบบมีการเปลี่ยนแปลงอย่างไร<br />7.2 การเปลี่ยนแปลงที่ทำให้เกิดภาะสมดุล <br />ภาวะสมดุล<br />                  เมื่อนำของเหลวที่ระเหยได้จำนวนหนึ่งใส่ในภาชนะที่มีฝาปิดตั้งทิ้งไว้ในห้องที่มีอุณหภูมิคงที่ จะพบว่าระดับของเหลวจะลดลงจนในที่สุดจะคงที่ การที่เป็นเช่นนี้เพราะของเหลวบางส่วนระเหยกลายเป็นไอ และไอบางส่วนก็ควบแน่นกลับมาเป็นของเหลวอีก ในตอนแรกการระเหยจะมากกว่าการควบแน่น ทำให้ระดับของเหลวลดลงแต่เมื่อเวลาผ่านไป การควบแน่นจะมากขึ้นและในที่สุดอัตราการระเหยและการควบแน่นจะเท่ากัน ทำให้ระดับของของเหลวคงที่ เรียกภาวะที่ระบบมีการเปลี่ยนแปลงเท่ากันนี้ว่า ภาวะสมดุลเมื่อระบบอยู่ในภาวะสมดุล สมบัติต่าง ๆ ของระบบจะคงที่ เช่น ความดัน ความหนาแน่น ความถ่วงจำเพาะ ความเข้มข้น และความเข้มของสีเป็นต้น             การพิจารณาว่าระบบหนึ่ง ๆ อยู่ในภาวะสมดุลหรือไม่ ต้องใช้เวลาเท่าใดจึงจะอยู่ในภาวะสมดุลให้พิจารณาจากสมบัติต่าง ๆ ของระบบดังที่กล่าวมาแล้ว เช่นอาจจะดูจากสีของระบบ จากปริมาณของตะกอนในระบบหรือจากความดันของระบบ นอกจากจะดูด้วยตาเปล่าแล้วอาจจะทำให้เห็นชัดขึ้นโดยการนำสมบัติต่าง ๆ ของระบบมาเขียนกราฟร่วมกับเวลาที่ใช้ ถ้าเป็นระบบที่เกิดภาวะสมดุล เมื่อถึงระยะเวลาหนึ่งสมบัติเหล่านั้นจะคงที่ ดังกราฟตัวอย่างต่อไปนี้<br />                สมบัติของระบบอาจจะค่อย ๆ ลดลงจนถึงเวลา t แล้วคงที่ หรือค่อย ๆ เพิ่มขึ้นจนถึงเวลา t แล้วคงที่ ดังนั้น t จึงเป็นเวลาที่ระบบเริ่มอยู่ในภาวะสมดุล ถ้าไม่มีสิ่งใดมารบกวนสมดุล สมบัติของระบบจะคงที่ตลอดไป ลักษณะของกราฟจะเป็นเส้นตรงขนานกับแกนเวลา ในกรณีที่ระบบนั้นไม่มีภาวะสมดุล หรือในกรณีที่ปฏิกิริยานั้นเกิดขึ้นอย่างสมบูรณ์ กราฟที่แสดงสมบัติของระบบจะไม่คงที่ ถ้าสมบัติเหล่านั้นลดลงก็จะลดลงจนกลายเป็นศูนย์ เช่นการเผา CaCO3 ในภาชนะเปิดตามสมการ<br />เนื่องจากเป็นระบบที่ไม่เกิดภาวะสมดุล ดังนั้นถ้าเขียนกราฟแสดงความสัมพันธ์ระหว่างมวลของ CaCO3 ที่เหลือกับเวลา หรือปริมาตรของก๊าซ CO2 กับเวลาจะได้ดังนี้<br />สมดุลไดนามิก (Dynamic equilibrium)                สมดุลไดนามิก เป็นภาวะสมดุลที่เกี่ยวข้องกับอัตราการเกิดปฏิกิริยาของสาร “หมายถึงภาวะสมดุลที่ระบบมีอัตราการเกิดปฏิกิริยาไปข้างหน้าเท่ากับอัตราการเกิดปฏิกิริยาย้อนกลับ หรือมีอัตราการเปลี่ยนแปลงสุทธิเท่ากับศูนย์” <br />                 เมื่อระบบอยู่ในภาวะสมดุลจะมีอัตราเร็วสุทธิของปฏิกิริยาเท่ากับศูนย์ ทำให้ความเข้มข้นของสารต่าง ๆ ในระบบคงที่ อย่างไรก็ตามที่ภาวะสมดุลไม่ได้หมายความว่าจะไม่มีการเปลี่ยนแปลงใด ๆ เกิดขึ้น การเปลี่ยนแปลงยังคงเกิดขึ้นตลอดเวลาทั้งปฏิกิริยาไปข้างหน้าและปฏิกิริยาย้อนกลับ เพียงแต่มีอัตราเร็วเท่ากัน เมื่อดูจากลักษณะภายนอกจึงคล้ายกับไม่เกิดการเปลี่ยนแปลง ตัวอย่างเช่นเมื่อใส่น้ำลงใส่ถ้วยแก้วที่ฝาปิด น้ำจะกลายเป็นไอทำให้ระดับน้ำในถ้วยแก้วลดลง ในขณะเดียวกันไอน้ำบางส่วนจะกลั่นตัวกลายเป็นน้ำ เมื่อถึงระยะเวลาหนึ่งระดับน้ำในถ้วยแก้วจะคงที่ซึ่งเป็นภาวะที่ระบบกำลังสมดุล ดูจากภายนอกจะไม่เห็นการเปลี่ยนแปลงเกิดขึ้น ทั้ง ๆ ที่ในขณะนั้นการระเหยและการกลั่นตัวยังคงเกิดขึ้นตลอดเวลาด้วยอัตราเร็วเท่ากัน<br />ประเภทของสมดุลไดนามิก              โดยทั่ว ๆ ไป แบ่งประเภทสมดุลไดนามิกตามลักษณะการเปลี่ยนแปลงของสาร คือสมดุลไดนามิก เนื่องจากการเปลี่ยนสถานะ การเกิดสารละลายและการเกิดปฏิกิริยาเคมี ซึ่งจะได้กล่าวถึงรายละเอียดของแต่ละประเภทต่อไป<br />ภาวะสมดุลระหว่างสถานะ            เนื่องจากสารแต่ละชนิดสามารถมีได้ทั้งของแข็ง ของเหลวและก๊าซ โดยที่สถานะต่าง ๆ ของสารสามารถจะเปลี่ยนกลับไปกลับมาได้โดยการเพิ่มหรือลดพลังงานให้แก่ระบบ ดังนั้นการเปลี่ยนสถานะของสารจึงมีภาวะสมดุลเกิดขึ้นได้ เช่น สมดุลระหว่างของแข็งกับของเหลว ของเหลวกับก๊าซ และของแข็งกับก๊าซ โดยมีชื่อเรียกต่าง ๆ กันตามลักษณะของการเปลี่ยนแปลง<br />ภาวะสมดุลในสารละลาย            ดังที่ได้กล่าวมาในตอนต้นแล้วว่าการละลายของสามารถทำให้เกิดภาวะสมดุลขึ้นได้ ทั้งสารที่เป็นอิเล็กโทรไลต์และนอน – อิเล็กโทรไลต์ โดยแบ่งลักษณะสมดุลของการละลายเป็น 2 ประเภทดังนี้<br />ก. สมดุลของการแตกตัว เกิดขึ้นกับการละลายของอิเล็กโทรไลต์อ่อนในน้ำ บางส่วนจะแตกตัวเป็นไอออน ในขณะที่บางส่วนของไอออนจะรวมกันโมเลกุลเมื่อถึงภาวะสมดุลอัตราการแตกตัวเป็นไอออนจะเท่ากับอัตราการรวมกันเป็นโมเลกุล เรียกว่า สมดุลของการแตกตัว ตัวอย่างเช่นการละลายของกรดไฮโดรไซยานิก (HCN) ในน้อ HCN จะแตกตัวบางส่วนเป็นไอออนซึ่งจัดว่าเป็นปฏิกิริยาไปข้างหน้า<br />ข. สมดุลของการละลาย เกิดขึ้นกับการละลายของอิเล็กโทรไลต์แก่หรือนอน – อิเล็กโทรไลต์ที่อยู่ในภาวะอิ่มตัวและมีของแข็งเหลืออยู่ เมื่อนำอิเล็กโทรไลต์แก่เช่น NaCI หรือนอน-อิเล็กโทรไลต์ เช่น C6H12O6 ละลายในน้ำ ในตอนแรกของแข็งเหล่านี้จะละลายได้หมดไม่มีภาวะสมดุลเกิดขึ้น แต่เมื่อเติมของแข็งลงไปในน้ำเรื่อย ๆ จนได้สารละลายอิ่มตัวจะมีภาวะสมดุลเกิดขึ้น ผลึกของแข็งส่วนหนึ่งจะละลายในน้ำซึ่งเป็นปฏิกิริยาไปข้างหน้า ในขณะเดียวกันสารที่อยู่ในสารละลายอิ่มตัวจะรวมกันเกิดเป็นผลึกของแข็งขึ้นมาใหม่ซึ่งเป็นปฏิกิริยาย้อนกลับ ที่ภาวะสมดุลอัตราการเกิดปฏิกิริยาไปข้างหน้า (อัตราการละลาย) จะเท่ากับอัตราการเกิดปฏิกิริยาย้อนกลับ (อัตราการตกผลึก) เรียกว่า สมดุลของการละลาย<br />ตัวอย่างเช่นสมดุลของการละลายของ I2 ในตัวทำละลายผสมระหว่างน้ำกับเอธานอล ซึ่งจัดว่าเป็นการละลายของนอน – อิเล็กโทรไลต์เมื่อ I2 ละลายในเอธานอลจนได้สารละลายอิ่มตัว มีผลึกของ I2 เหลืออยู่จะมีภาวะสมดุลเกิดขึ้น <br />ในกรณีการละลายของอิเล็กโทรไลต์แก่ก็เช่นเดียวกัน จะมีสมดุลของการละลายเกิดขึ้น เช่น การละลายของ CuSO4 ในน้ำ เมื่อสารละลายอิ่มตัวสีของสารละลายจะคงที่ (สีฟ้าของ Cu2+) และมีผลึก CuSO4 เหลืออยู่<br />จะเห็นได้ว่าการเกิดสารละลายสามารถมีภาวะสมดุลได้ 2 ประเภทคือสมดุลของการแตกตัวและสมดุลของการละลาย <br />สมดุลของการแตกตัวจะเกิดขึ้นกับการเกิดสารละลายของอิเล็กโทรไลต์อ่อนและสมดุลของการละลายจะเกิดขึ้นกับการเกิดสารละลายของอิเล็กโทรไลต์แก่<br />หรือนอนอิเล็กโทรไลต์ โดยที่สารละลายนั้นจะต้องอยู่ในภาวะอิ่มตัว (ถ้าไม่ใช่สารละลายอิ่มตัวจะไม่เกิดภาวะสมดุล)<br /> <br />7.2.1 สมดุลในปฏิกิริยาเคมี<br />การเปลี่ยนแปลงทางเคมีก็สามารถเกิดภาวะสมดุลได้เช่นเดียวกับการเปลี่ยนแปลงทางกายภาพ โดยมีชื่อเรียกต่าง ๆ กันตามลักษณะของปฏิกิริยาที่เกิดขึ้น เช่น<br />โดยทั่ว ๆ ไปปฏิกิริยาเคมีที่มีการเปลี่ยนแปลงแบบผันกลับได้ จะเกิดสมดุลไดนามิกได้ทั้งสิ้น แต่อาจจะใช้เวลาในการดำเนินเข้าสู่ภาวะสมดุลไม่เท่ากับ เขียนเป็นสมการทั่ว ๆ ไปได้ดังนี้<br /> <br />

×