เคมี ม.6 สมดุลเคมี

สรุปเนื้อหาเรื่อง สมดุลเคมี

ภาวะสมดุล (Equilibrium)

ภาวะสมดุลคือ สภาวะที่ระบบมีการเปลี่ยนแปลงไปข้างหน้าและย้อนกลับในอัตราที่เท่ากัน ทำให้ปริมาณสารตั้งต้นและผลิตภัณฑ์คงที่ ณ จุดนั้น (ไม่ได้หมายความว่าเท่ากัน แต่คงที่) สมดุลเคมีเป็นสมดุลไดนามิก (dynamic equilibrium) เพราะปฏิกิริยายังคงดำเนินต่อไป แต่ไม่มีการเปลี่ยนแปลงสุทธิที่มองเห็นได้

ปัจจัยที่มีผลต่อสมดุลเคมี

หลักของเลอชาเตอลิเยร์ (Le Chatelier's principle) กล่าวว่า เมื่อระบบที่อยู่ในภาวะสมดุลถูกรบกวน ระบบจะปรับตัวเพื่อลดผลกระทบจากการรบกวนนั้น ปัจจัยที่รบกวนสมดุล ได้แก่

1. ความเข้มข้น (Concentration): การเพิ่มความเข้มข้นของสารตั้งต้นจะทำให้สมดุลเลื่อนไปทางผลิตภัณฑ์ ในทางกลับกัน การเพิ่มความเข้มข้นของผลิตภัณฑ์จะทำให้สมดุลเลื่อนไปทางสารตั้งต้น
2. ความดัน (Pressure): การเปลี่ยนแปลงความดันมีผลต่อสมดุลของปฏิกิริยาที่มีสารเป็นแก๊ส โดยการเพิ่มความดันจะทำให้สมดุลเลื่อนไปทางด้านที่มีจำนวนโมลของแก๊สน้อยกว่า
3. อุณหภูมิ (Temperature): การเพิ่มอุณหภูมิจะทำให้สมดุลเลื่อนไปในทิศทางที่ดูดความร้อน (ปฏิกิริยา Endothermic) และการลดอุณหภูมิจะทำให้สมดุลเลื่อนไปในทิศทางที่คายความร้อน (ปฏิกิริยา Exothermic)

ค่าคงที่สมดุล (Equilibrium Constant, K)

ค่าคงที่สมดุล (K) เป็นค่าที่แสดงถึงสัดส่วนระหว่างความเข้มข้นของผลิตภัณฑ์ต่อความเข้มข้นของสารตั้งต้น ณ ภาวะสมดุล สำหรับปฏิกิริยาผันกลับได้ทั่วไป:

aA + bB ⇌ cC + dD

ค่า K สามารถคำนวณได้จาก:

K = ([C]^c [D]^d) / ([A]^a [B]^b)

โดยที่ [A], [B], [C], และ [D] คือความเข้มข้นของสาร A, B, C, และ D ตามลำดับ และ a, b, c, และ d คือสัมประสิทธิ์ stoichiometric ของสารนั้นๆ ในสมการเคมีที่สมดุล

• K > 1: แสดงว่า ณ ภาวะสมดุล มีปริมาณผลิตภัณฑ์มากกว่าสารตั้งต้น
• K < 1: แสดงว่า ณ ภาวะสมดุล มีปริมาณสารตั้งต้นมากกว่าผลิตภัณฑ์
• K = 1: แสดงว่า ณ ภาวะสมดุล มีปริมาณสารตั้งต้นและผลิตภัณฑ์ใกล้เคียงกัน

ตัวอย่างโจทย์

ปฏิกิริยา: N2(g) + 3H2(g) ⇌ 2NH3(g) ΔH = -92 kJ/mol

1. ผลของการเพิ่มความดัน: เนื่องจากด้านขวามีจำนวนโมลของแก๊สน้อยกว่า (2 โมล) เมื่อเทียบกับด้านซ้าย (4 โมล) การเพิ่มความดันจะทำให้สมดุลเลื่อนไปทางขวา (เกิด NH3 มากขึ้น)
2. ผลของการเพิ่มอุณหภูมิ: เนื่องจากปฏิกิริยาเป็นแบบคายความร้อน (ΔH < 0) การเพิ่มอุณหภูมิจะทำให้สมดุลเลื่อนไปทางซ้าย (เกิด N2 และ H2 มากขึ้น)
3. ผลของการเพิ่ม N2: การเพิ่มความเข้มข้นของ N2 จะทำให้สมดุลเลื่อนไปทางขวา (เกิด NH3 มากขึ้น)

สรุป

ความเข้าใจในเรื่องสมดุลเคมีมีความสำคัญอย่างยิ่งในการทำนายและควบคุมทิศทางของปฏิกิริยาเคมี การใช้หลักของเลอชาเตอลิเยร์และค่าคงที่สมดุล (K) ช่วยให้เราสามารถจัดการปฏิกิริยาให้ได้ผลผลิตตามที่ต้องการได้