สมดุลเคมีและสมดุลไอออน

การเปลี่ยนแปลงที่ผันกลับได้ การเปลี่ยนแปลงของระบบที่ผันกลับได้ก่อให้เกิด สมดุลเคมีได้มี 3 ประเภท I) การละลายเป็นสารละลาย KNO3(s) K+(aq) + NO3- (aq) II) การเปลี่ยนสถานะของสาร ของแข็ง ของเหลว ก๊าซ

III) การเกิดปฏิกิริยาเคมี ปฏิกิริยาไปข้างหน้าอย่างเดียว หรือ ปฏิกิริยาสมบูรณ์ (Irreversible reaction) ปฏิกิริยาที่สารตั้งต้นทำปฏิกิริยากัน จนหมด เกิดเป็นผลิตภัณฑ์อย่างสมบูรณ์ โดยไม่ย้อนกลับ 2H2 + O2 2H2O C + O2 CO2 Zn + 2H+ Zn2+ + H2

2. ปฏิกิริยาแบบมีสมดุล หรือปฏิกิริยาไม่สมบูรณ์ ปฏิกิริยาที่สารตั้งต้นทำปฏิกิริยากัน เกิด ผลิตภัณฑ์และขณะเดียวกันผลิตภัณฑ์บาง ส่วนทำปฏิกิริยากันกลับเป็นสารตั้งต้นใหม่ ทำให้ปฏิกิริยาเกิดไม่สมบูรณ์ไม่ว่าจะใช้ เวลานานเท่าใดก็ตาม เรียกว่า ปฏิกิริยาผันกลับได้ (Reversible reaction) NO2 + NO2 N2O4 สีน้ำตาลแก่ ไม่มีสี

ตัวอย่าง การเปลี่ยนแปลงของระบบใดต่อไปนี้ผันกลับ ได้ ก. ถ้วยใส่น้ำแข็งวางไว้ในห้อง ข. น้ำโซดาในขวดปิดฝา ค. เกล็ด I2 ในขวดชมพู่ปิดฝา ง. ละลายน้ำตาลในน้ำจนอิ่มตัวมีน้ำตาลเหลือ ในบิกเกอร์ จ. ผสม NaOH กับ NH4Cl ในบิกเกอร์ที่ไม่ได้ ปิดฝา ฉ. ผสม Al กับ HCl ในภาชนะที่ปิดฝาสนิท

ภาวะสมดุล (Equilibrium state) ภาวะของระบบที่อัตราเร็วของการเปลี่ยนแปลง ไปข้างหน้าเท่ากับอัตราเร็วของการเปลี่ยนแปลง ย้อนกลับ - ที่สมดุลความเข้มข้นของสารตั้งต้นและ สารผลิตภัณฑ์คงที่ เงื่อนไขของการเกิดภาวะสมดุลเคมี 1. อยู่ในระบบปิด 2. สมบัติของระบบคงที่ 3. เป็นการเปลี่ยนแปลงที่ผันกลับได้

4. อัตราการเปลี่ยนแปลงไปข้างหน้าเท่ากับ อัตราการเปลี่ยนแปลงย้อนกลับ 5. ระบบนั้นต้องมีสารตั้งต้นเหลือ และสารผลิต ภัณฑ์เกิดขึ้น สารทุกชนิดในระบบต้องมี ปริมาณคงที่ ภาวะสมดุลในปฏิกิริยาเคมี 2Fe3+ + 2I- 2Fe2+ + I2 เมื่อระบบคงที่เอาสารละลายมาทดสอบสารแต่ละ ชนิดในระบบ

พบว่าทดสอบพบสารทุกชนิด - I2 ทดสอบด้วยน้ำแป้ง ให้สีน้ำเงิน - Fe2+ ทดสอบด้วย [Fe(CN)6]3- ให้ตะกอนสีน้ำเงิน - Fe3+ ทดสอบด้วย SCN- ให้สารละลายสีแดง เลือดนก - I- ทดสอบด้วย AgNO3 ให้ตะกอนสีเหลืองอ่อน 2Fe2+ + I2 2Fe3+ + 2I- สรุป 2Fe3+ + 2I- 2Fe2+ + I2

ในปฏิกิริยาผันกลับใดๆ ที่เกิดขึ้น จะมีการ เปลี่ยนแปลงของปฏิกิริยาจนถึงภาวะหนึ่ง ที่การเปลี่ยนแปลงของสารตั้งต้นและผลิต ภัณฑ์คงที่ เรียกว่า ภาวะสมดุล สมดุลไดนามิก (Dymamic Equilibrium) เป็นขบวนการที่ระบบมีการเปลี่ยนแปลงตลอด เวลาไม่หยุดนิ่ง โดยการเปลี่ยนแปลงไปข้างหน้า และย้อนกลับเกิดขึ้นในอัตราที่เท่ากัน สมดุลเคมี เป็นสมดุลพลวัต (dymamic equilibrium)

ตัวอย่าง N2O4 2NO2 ไม่มีสี สีน้ำตาลแก่ N2O4 NO2

ประเภทของสมดุลไดนามิก 1.สมดุลเคมีเนื้อเดียว (Homogeneous chemical equilibrium) สมดุลที่สารทุกชนิดอยู่ในสถานะเดียวกันหมด N2 + 2H2 2NH3 CH3COOH + CH3CH2OH CH3COOCH2CH3 + H2O PbO + Sn Pb + SnO CH3COOH CH3COO- + H+ Fe2+ Fe3+ + e

(Heterogeneous chemical equilibrium) 2.สมดุลเคมีเนื้อผสม (Heterogeneous chemical equilibrium) สมดุลที่มีสารต่างๆมากกว่า 2 สถานะอยู่ ในระบบเดียวกัน CaCO3 CaO + CO2 AgCl Ag+ + Cl- H2 + Br2 2HBr

การดำเนินเข้าสู่ภาวะสมดุลของระบบ ปฏิกิริยาสามารถเริ่มจากด้านใดก็ได้ - ผลที่ได้จะมีลักษณะเช่นเดียวกัน N2O4 NO2 N O

ที่สมดุลความเข้มข้นของ NO2 และ N2O4 ไม่เท่ากัน เวลา เริ่มต้นมี NO2 อย่างเดียว NO2 N2O4 ความเข้มข้น เวลา เริ่มต้นมี N2O4 อย่างเดียว เริ่มต้นมี N2O4 และ NO2 NO2 N2O4 ความเข้มข้น เวลา ที่สมดุลความเข้มข้นของ NO2 และ N2O4 ไม่เท่ากัน

กราฟของสมดุลเคมี 1. กราฟอัตรากับเวลา X2 + 2Y2 2XY2 อัตราการเกิดปฏิกิริยา เวลา (s) X2 + 2Y2 2XY2 2XY2 X2 + 2Y2

2.กราฟระหว่างความเข้มข้นกับเวลา ก. สารตั้งต้นเหลือน้อยกว่าผลิตภัณฑ์ X Y [X] [Y] ความเข้มข้น เวลา [X] < [Y]

ข. สารตั้งต้นเหลือมากกว่าผลิตภัณฑ์ X Y [X] [Y] ความเข้มข้น เวลา [X] > [Y]

ค. สารตั้งต้นเหลือเท่ากับผลิตภัณฑ์ X Y [X] [Y] ความเข้มข้น เวลา [X] > [Y]

ตัวอย่าง กำหนดสมดุลของปฏิกิริยา N2 + 3H2 2NH3 เริ่มต้นใส่ก๊าซ N2 1.0 โมล และก๊าซ H2 0.8 โมล ในภาชนะ 1 dm3 ให้ทำปฏิกิริยากัน เกิดก๊าซ NH3 ที่อุณหภูมิหนึ่ง โดยอัตราไปข้างหน้าลดลงช้า แต่ อัตราการเกิดปฏิกิริยาย้อนกลับเพิ่มขึ้น เมื่อเข้าสู่ สมดุลพบว่ามีก๊าซ NH3 เกิดขึ้น 0.4 โมล ที่เวลา 30 วินาที จงเขียนกราฟแสดงสมดุล

1. กราฟอัตรากับเวลา อัตราการเกิดปฏิกิริยา เวลา (s) 30 N2 + 3H2 2NH3

2.กราฟระหว่างความเข้มข้นกับเวลา [N2] [H2] ความเข้มข้น เวลา (s) [NH3] 30

พิจารณาผลการทดลองปฏิกิริยาการเปลี่ยน แปลง NO2 – N2O4 ที่ 25 ๐c 2. ค่าคงที่สมดุล พิจารณาผลการทดลองปฏิกิริยาการเปลี่ยน แปลง NO2 – N2O4 ที่ 25 ๐c Initial concentrations Equilibrium concentration Ratio of concentration at equilibrium [NO2] [N2O4] [NO2]/[N2O4] [NO2]2/[N2O4] 0.000 0.670 0.0547 0.643 0.0851 4.65x10-3 0.0500 0.446 0.0457 0.448 0.102 4.66x10-3 0.0300 0.500 0.0475 0.491 0.0967 4.60x10-3 0.0400 0.600 0.0523 0.594 0.0880 0.200 0.0204 0.0898 0.227 4.63x10-3

พบว่าที่สมดุล [NO2]2/[N2O4] มีค่าคงที่ \ K = [NO2]2/[N2O4] = 4.63x10-3 K = ค่าคงที่ของปฏิกิริยา สำหรับปฏิกิริยาผันกลับทั่วๆไป aA + bB cC + dD K = [C]c[D]d [A]a[B]b K = ค่าคงที่สมดุล (equilibrium constant)

เสนอโดย - Cato Guldberg และ Peter Waage - เรียกว่า “Law of mass action” ในปฏิกิริยาผันกลับ ณ สภาวะสมดุลที่ อุณหภูมิคงที่ อัตราส่วนหนึ่งระหว่างความ เข้มข้นของสารตั้งต้นและผลิตภัณฑ์มีค่า คงที่ ค่าคงที่สมดุล อัตราส่วนระหว่างผลคูณของผลิตภัณฑ์ยกกำลัง สัมประสิทธิ์ของมันหารด้วยผลคูณของสารตั้งต้น ยกกำลังสัมประสิทธิ์ของมันในสมการที่ดุล

ความสำคัญของค่าคงที่สมดุล, K บอกให้ทราบว่าที่สมดุลมีสารตั้งต้นหรือ ผลิตภัณฑ์มากกว่ากัน K >> 1 สมดุลไปทางขวามีผลิตภัณฑ์มากกว่า K << 1 สมดุลไปทางซ้ายมีสารตั้งต้นมากกว่า โจทย์ จงเขียนความสัมพันธ์ของค่าคงที่สมดุลและ หน่วยของค่าคงที่สมดุลจากปฏิกิริยาต่อไปนี้ ก. 4NH3 + 5O2 4NO + 6H2O ข. 2SO3 + 2Cl2 2SO2Cl2 + O2 ค. SO3 + H2 SO2 + H2O

ง. 2HgO(s) 2Hg(l) + O2(g) จ. H2O(l) H+(aq) + OH-(aq) **ของแข็งและของเหลวที่บริสุทธ์มีความเข้มข้น คงที่ให้นำความเข้มข้นไปรวมกับค่า K

ความสัมพันธ์ของอัตราการเกิดปฏิกิริยาและค่า คงที่สมดุล 2A + B A2B ให้ Rf แทนอัตราไปข้างหน้ามีค่าคงที่ kf ให้ Rr แทนอัตราย้อนกลับมีค่าคงที่ kr Rf = kf[A]2[B] Rr = kr[A2B] ที่สมดุลจะได้ว่า Rf = Rr

kf[A]2[B] = kr[A2B] kf = [A2B] kr [A]2[B] ณ อุณหภูมิคงที่ K = kf/kr

ความสัมพันธ์ของค่าคงที่สมดุลกับสมการเคมี CO + 2H2 CH3OH K1 = [CH3OH] [CO][H2]2 ถ้ากลับสมการ CH3OH CO + 2H2 K2 = [CO][H2]2 [CH3OH] = 1/K1

ถ้าคูณหรือหารสมการด้วยตัวเลข ต้องนำค่า K เดิมมายกกำลังด้วยตัวเลขที่คูณนั้น 2CO + 4H2 2CH3OH K3 = [CH3OH]2 [CO]2[H2]4 K3 = K12 ค่าคงที่สมดุลของปฏิกิริยาที่เกิดจากปฏิกิริยา ย่อยมารวมกันจะมีค่าเท่ากับผลคูณของค่าคง ที่สมดุลของปฏิกิริยาย่อยเหล่านั้น

SO2 + NO2 SO3 + NO K = [SO3][NO] [SO2][NO2] ถ้าปฏิกิริยานี้มีปฏิกิริยาย่อยคือ SO2 + ½O2 SO3 ……………. (1) K1 = [SO3] [SO2][O2]1/2

NO2 NO + ½O2 …… (2) K2 = [NO] ][O2]1/2 [NO2] (1)+(2) ; SO2 + NO2 SO3 + NO K = [SO3][NO] [SO2][NO2]

ผลคูณของค่าคงที่สมดุลของ (1) และ (2) K1K2 = [SO3] [NO] ][O2]1/2 [SO2][O2]1/2[NO2] K1K2 = K ถ้าปฏิกิริยารวมเกิดจากปฏิกิริยาย่อยรวมกัน ค่าคงที่สมดุลจะเท่ากับค่าคงที่สมดุลของปฏิกิริยา ย่อยคูณกัน

การคำนวณเกี่ยวกับค่าคงที่สมดุล 1. เขียนสมการเคมีพร้อมดุล 2. หาความเข้มข้นของสารทั้งหมดที่ภาวะสมดุล 3. เขียนสมการแสดงค่าคงที่สมดุล 4. แทนค่าความเข้มข้นของสารต่างๆ ที่ ภาวะสมดุล ตัวอย่าง ก๊าซไนโตรซิลคลอไรด์ (NOCl) 2.5 mol ในภาชนะ 1.5 dm3 สลายตัวที่ 400 ๐c หลังจากเข้า สู่สมดุลพบว่า NOCl สลายตัว 28% จงคำนวณค่า K ของปฏิกิริยานี้

2NOCl 2NO + Cl2 K = [NO]2[Cl2] [NOCl]2 K = (0.47)2 (0.235) (1.2)2 เริ่มต้น 2.5/1.5 0 0 เปลี่ยนไป -0.47 +0.470 0.47/2 สมดุล 1.67-0.47 0+0.470 0+(0.47/2) K = [NO]2[Cl2] [NOCl]2 K = (0.47)2 (0.235) (1.2)2 K = 3.6 x 10-2 mol/dm3

ค่าคงที่สมดุลของระบบที่เป็นก๊าซ ในระบบที่เป็นก๊าซจะใช้ความดันย่อยแทน ความเข้มข้น จาก PV = nRT P = n RT V n/V = ความเข้มข้นเป็นโมลต่อลิตร aA bB KC = [B]b/[A]a

KP = (PB)b/(PA)a nBRT V KP = nART KP = [B]b (RT)b-a [A]a \ KP = KC (RT)Dn Dn = b-a

P มีหน่วยเป็น atm R = 0.0821 lּatm K-1 mol \ KP = KC (0.0821T)Dn ถ้า Dn = 0 KP = KC (0.0821T)0 \ KP = KC ตัวอย่างเช่น H2 +Br2 2HBr

ตัวอย่าง จงหาค่า Kp ของการสลายตัวของก๊าซ NOCl ที่ 500 K ถ้า NOCl 1 atm สลายตัวให้ NO และ Cl2 ที่สมดุลพบว่าสลายตัวไป 27 % 2NOCl 2NO + Cl2 ตอบ 1.84 x 10-2 atm

สมดุลเคมีเนื้อผสม(Heterogeneous chemical equilibrium) สารตั้งต้นและสารผลิตภัณฑ์ไม่รวมเป็น เนื้อเดียวกันหรืออยู่ต่างสถานะกัน 2CaCO3(s) CaO(s) + CO2(g) CaCO3 CaO CO2 CaCO3 CaO CO2 ที่ 400 ๐c

ณ สมดุลความดันของ CO2 เท่ากันทั้งๆที่ปริมาณ ของ CaCO3 และ CaO ไม่เท่ากัน Kc’ = [CaO][CO2]/[CaCO3] แสดงว่าความเข้มข้นของของแข็งมีค่าคงที่ Kc =Kc’ [CaCO3]/[CaO] =[CO2] หรืออาจเขียนในรูป KP KP = PCO2

เช่นเดียวกันกับของเหลวให้พิจารณาว่ามีความ เข้มข้นคงที่และไม่เขียนแสดงในสมการค่า K P4(s) + 6Cl2(g) 4PCl3(l) Kc’ = [PCl3]4 [P4]/[Cl2]6 Kc = 1 [Cl2]6 KP = 1/P6Cl2

แบบฝึกหัด จงเขียนแสดงค่า Kc และ KP ของ ปฏิกิริยาการเกิดนิเกิลเททราคาร์บอนิล ซึ่งใช้ ในการแยกนิเกิลออกจาก impurity Ni(s) + 4CO(g) Ni(CO)4(g) ตัวอย่าง สารอินทรีย์ 2 ชนิดคือ cis-stilbene และ trans-stilbene ละลายอยู่ในตัวทำละลายไฮโดร คาร์บอนมีค่า Kc เท่ากับ 24.0 ที่ 200 ๐c ถ้าความ เข้มข้นเริ่มต้นของ cis-stilbene เท่ากับ 0.850 M จงหาความเข้มข้นของ cis-stilbene และ trans-stilbene ณ สภาวะสมดุล

cis-stilbene trans-stilbene เริ่มต้น 0.850 0 เปลี่ยนไป -x +x สมดุล 0.85-x x Kc = [trans-stilbene] [cis-stilbene] 24.0 = x 0.850-x x = 0.816 mol/dm3

ที่สมดุล [cis-stilbene] = 0.850-0.816 = 0.034 M [trans-stilbene] = 0.816 M ตัวอย่าง ของผสมที่ประกอบด้วย H2 0.50 โมล และ I2 0.50 โมล บรรจุอยู่ในภาชนะเหล็กกล้าไร้สนิม ขนาด 1 ลิตร ที่อุณหภูมิ 450 องศาเซลเซียส เกิด ปฏิกิริยา H2(g) + I2(g) 2HI(g)

มีค่า Kc เท่ากับ 54.3 จงหาความเข้มข้นของ H2 , I2 และ HI ในสภาวะสมดุล H2(g) + I2(g) 2HI(g) เริ่มต้น 0. 500 0.500 0 เปลี่ยนไป -x -x 2x สมดุล 0. 500-x 0. 500-x 2x Kc = [HI]2 [H2]2[I2]2 54.3 = (2x)2 (0.50-x)(0.50-x)

ถอด root ทั้งสองข้าง 7.37 = 2x/(0.050-x) X = 0.393 Kc = [HI]2 [H2]2[I2]2 [H2] = (0.50-0.393) = 0.107 M [I2] = (0.50-0.393) = 0.107 M [HI] = 2x0.393 M = 0.796 M

ปัจจัยที่มีผลต่อสมดุลเคมี ความเข้มข้น ความดัน ปริมาตร อุณหภูมิ หลักของ Le Chatelier เป็นกฎที่ใช้ในการทำนายทิศทางสมดุล ของปฏิกิริยาเมื่อถูกรบกวนโดยปัจจัยต่างๆ “ถ้าระบบในสภาวะสมดุลถูกถูกรบกวนจากการ เปลี่ยนแปลงภายนอก ระบบจะปรับตัวเองและเข้า สู่ตำแหน่งสมดุลใหม่”

1. การเปลี่ยนแปลงความเข้มข้น FeSCN2+(aq) Fe3+(aq) + SCN- สีแดงเลือดนก สีเหลืองอ่อน ไม่มีสี

ถ้าเติม NaSCN ลงไปในระบบ - รบกวนสมดุลโดยเพิ่มความเข้มข้นของ SCN- - ระบบจะปรับตัวเพื่อลดการรบกวนโดย Fe3+ บางไอออนจะทำปฏิกิริยากับ SCN- ที่เติมลงไป - สมดุลเลื่อนจากขวาไปซ้าย - สารละลายมีสีแดงเพิ่มขึ้น

SCN- FeSCN2+(aq) Fe3+(aq) + SCN- ถ้าเติม Fe(NO3)3 ลงไปในระบบ - รบกวนสมดุลโดยเพิ่มความเข้มข้นของ Fe3+ - ระบบจะปรับตัวเพื่อลดการรบกวนโดย SCN- บางไอออนจะทำปฏิกิริยากับ Fe3+ ที่เติมลงไป

- สมดุลเลื่อนจากขวาไปซ้าย - สารละลายมีสีแดงเพิ่มขึ้น Fe3+ FeSCN2+(aq) Fe3+(aq) + SCN- ถ้าเติมกรดออกซาลิก (H2C2O4) ลงไปในระบบ

- รบกวนสมดุลโดยลดความเข้มข้นของ Fe3+ - เนื่องจาก Fe3+(aq) + C2O42- Fe(C2O4)33-(aq) สีเหลือง - FeSCN2+ แตกตัวเพื่อให้ Fe3+ - สมดุลเลื่อนจากซ้ายไปขวา - สารละลายเปลี่ยนเป็นสีเหลืองเนื่องจาก Fe(C2O4)33-

ตัวอย่าง ที่ 720 องศาเซลเซียส ค่าคงที่สมดุล สำหรับปฏิกิริยา N2(g) + 3H2(g) 2NH3(g) เท่ากับ 2.37x10-3 ในการทดลองหนึ่งที่สภาวะ สมดุล พบว่า [N2] = 0.683 M [H2] = 8.80 M และ [NH3] = 1.05 M เมื่อเติม NH3 ลงไปในของ ผสมที่สภาวะสมดุลจนได้ความเข้มข้นเป็น 3.65 M ก. จงใช้หลักของเลอชาติลิเยร์ ทำนายทิศทาง การเลื่อนของสมดุลไปสู่สมดุลใหม่ ข. พิสูจน์สิ่งที่ได้จากการทำนายในข้อ ก โดย การคำนวณค่า reaction quotient, Qc เปรียบ เทียบกับค่า Kc

ก. การรบกวนสมดุลเกิดขึ้นโดยการเติม NH3 N2(g) + 3H2(g) 2NH3(g) แตกตัว NH3 สมดุลเลื่อนจากขวาไปซ้าย ข. ขณะที่เติม NH3 ระบบไม่อยู่ที่สมดุล reaction quotient จะเท่ากับ

Qc = [NH3]2 [N2] [H2]3 = (3.65)2/(0.683)(8.80)3 = 2.86x10-2 แต่ Kc = 2.37x10-3 Qc > Kc \ ปฏิกิริยาเลื่อนจากขวาไปซ้ายจนกว่า Qc = Kc

แบบฝึกหัด ที่ 430 ๐c ค่าคงที่สมดุล(KP) ของ ปฏิกิริยา 2NO(g) + O2(g) 2NO3(g) มีค่าเท่ากับ 1.5x105 ในการทดลองหนึ่งความ เข้มข้นเริ่มต้นของ NO, O2 , NO2 เท่ากับ 2.1x10-3, 1.1 x10-2 และ 0.14 atm ตามลำดับ จงคำนวณ QP และทำนายทิศทางที่ปฏิกิริยาลัพธ์ดำเนินไปสู่ สภาวะสมดุล

การเปลี่ยนแปลงปริมาตรและความดัน มีผลน้อยมากต่อความเข้มข้นของของแข็ง และของเหลว - เพราะไม่สามารถบีบอัดได้ ทำให้ ปริมาตรเปลี่ยนแปลงน้อยมาก มีผลอย่างมากต่อการเปลี่ยนแปลงความ เข้มข้นของก๊าซ - โดยเฉพาะระบบที่มีที่มีจำนวนโมล ของสารตั้งต้นและผลิตภัณฑ์ต่างกัน

N2(g) + 3H2(g) 2NH3(g) 1 โมล 3 โมล 2 โมล ปริมาตร ที่ STP (l) 22.4 3x22.4 2x22.4 ถ้าเพิ่มความดันหรือลดปริมาตร ระบบจะพยายามลดความดันโดยเลื่อนตำแหน่ง ของสมดุลไปทางขวาโดยที่ค่า K ยังคงที่

= NH3 = H2 = N2 สมดุลใหม่ 2 ลิตร

สรุป 1. ถ้าเพิ่มความดันให้แก่ระบบที่อยู่ในสภาวะ สมดุลตำแหน่งของสมดุลจะเลื่อนไปในทิศ ทางที่มีจำนวนโมลของก๊าซน้อยกว่า 2. ถ้าจำนวนโมลของสารตั้งต้นและผลิตภัณฑ์ เท่ากันการเปลี่ยนแปลงความดันไม่มีผลต่อ สมดุล

การเปลี่ยนแปลงอุณหภูมิ ทำให้ระบบปรับตัวเข้าสู่สมดุลใหม่ และค่าคง ที่สมดุลเปลี่ยนไป โดยขึ้นอยู่กับชนิดของ ปฏิกิริยา ปฏิกิริยาไปข้างหน้าคายความร้อน (Exothermic reaction) การเพิ่มอุณหภูมิจะทำให้สมดุลเปลี่ยนไป ในทิศทางที่ทำให้เกิดปฏิกิริยาย้อนกลับ - ความเข้มข้นของสารตั้งต้นเพิ่มขึ้น - ความเข้มข้นของสารผลิตภัณฑ์ลดลง

การลดอุณหภูมิจะทำให้สมดุลเปลี่ยนไป ในทิศทางที่ทำให้เกิดปฏิกิริยาไปข้างหน้า - ความเข้มข้นของสารตั้งต้นลดลง - ความเข้มข้นของสารผลิตภัณฑ์เพิ่มขึ้น ปฏิกิริยาไปข้างหน้าดูดความร้อน (Endothermic reaction) การเพิ่มอุณหภูมิจะทำให้สมดุลเปลี่ยนไป ในทิศทางที่ทำให้เกิดปฏิกิริยาไปข้างหน้า - ความเข้มข้นของสารตั้งต้นลดลง - ความเข้มข้นของสารผลิตภัณฑ์เพิ่มขึ้น

การลดอุณหภูมิจะทำให้สมดุลเปลี่ยนไป ในทิศทางที่ทำให้เกิดปฏิกิริยาย้อนกลับ - ความเข้มข้นของสารตั้งต้นเพิ่มขึ้น - ความเข้มข้นของสารผลิตภัณฑ์ลดลง

ปฏิกิริยาคายความร้อน ปฏิกิริยาดูดความร้อน สรุปผลของการเปลี่ยนแปลงอุณหภูมิ การเปลี่ยนแปลง ปฏิกิริยาคายความร้อน ปฏิกิริยาดูดความร้อน ผลิตภัณฑ์ ค่า K เพิ่มอุณหภูมิ ลดลง เพิ่มขึ้น ลดอุณหภูมิ

ตัวอย่าง N2(g) + 3H2(g) 2NH3(g) DH = -92 kJ KP อุณหภูมิ คายความร้อน

N2O4(g) 2NO2(g) DH = +57.2 kJ KP อุณหภูมิ ดูดความร้อน

[Co(H2O)6]2+ + 4Cl- [CoCl4]2- + 6H2O H2(g) + I2(g) 2HI(g) คายความร้อน ดูดความร้อน การทดลอง [Co(H2O)6]2+ + 4Cl- [CoCl4]2- + 6H2O สีชมพู สีน้ำเงิน เป็นปฏิกิริยาดูดความร้อน ที่สมดุลมีสีม่วง

[Co(H2O)6]2+ + 4Cl- [CoCl4]2- + 6H2O น้ำร้อน น้ำเย็น ลดอุณหภูมิ เพิ่มอุณหภูมิ

2NO2(g) N2O4(g) + 57.2 kJ สีน้ำตาลแดง ไม่มีสี น้ำร้อน น้ำเย็น

ผลของตัวเร่งปฏิกิริยา (catalyst) ระบบก่อนสภาวะสมดุลการเติมตัวเร่งจะทำให้ ระบบเข้าสู่สมดุลเร็วขึ้น ตัวเร่งจะไปลด activation energy ของ ปฏิกิริยาไปข้างและย้อนกลับลง ระบบที่อยู่ในสภาวะสมดุล การเติมตัวเร่งไม่ทำให้สมดุลเปลี่ยน แต่จะไปเร่งอัตราการเกิดปฏิกิริยา

ถ้าไม่มี Pt black อาจไม่เกิดปฏิกิริยา H2(g) + O2 (g) 2H2O(g) ที่ 25 ๐c K = [H2O]2 [H2]2 [O2] ถ้าไม่มี Pt black อาจไม่เกิดปฏิกิริยา โจทย์ อินดิเคเตอร์สำหรับความชื้นในอากาศใช้ผลึก ของโคบอลต์(II)คลอไรด์เป็นของแข็ง ซึ่งเปลี่ยนสี ได้โดยเกิดปฏิกิริยาเคมีดังนี้ [Co(H2O)6] Cl2(s) [Co(H2O)4] Cl2(s) + 2H2O(g) สีชมพู สีน้ำเงิน

ผลึกของสารนี้เปลี่ยนเป็นสีชมพู แสดงว่าอากาศ ชื้นหรือแห้ง แบบฝึกหัด 1. จงเขียนค่า KP ของปฏิกิริยาการสลายตัว โดยความร้อนต่อไปนี้ 2NaHCO3(s) Na2CO3(s) + CO2(g) + H2O(g) KP = [CO2][H2O]

สมดุลไอออน

เกลือของโลหะที่ละลายน้ำได้น้อย เกิดสมดุลระหว่างส่วนที่ละลายได้กับของ แข็งส่วนที่ไม่ละลาย ส่วนที่ละลายได้สามารถแตกตัวได้หมด เช่น AgCl(s) Ag+(aq) + Cl-(aq) K = [Ag+][Cl-] [AgCl] เนื่องจากความเข้มข้นของของแข็งมีค่าคงที่

K[AgCl(s)] = Ksp = [Ag+][Cl-] Ksp = ค่าคงที่ผลคูณการละลาย (Solubility product constant) เป็นค่าคงที่เฉพาะอุณหภูมิ บอกถึงสภาพการละลายได้ของเกลือ แต่ละชนิด Ksp มาก ละลายได้มาก Ksp น้อย ละลายได้น้อย

ค่าคงที่ผลคูณการละลายที่ 25 ๐c สาร ที่สภาวะสมดุล Ksp Al(OH)3 Al(OH)3 Al3++3OH- 1.3x10-33 BaCO3 BaCO3 Ba2++CO32- 5.5x10-9 BaSO4 BaSO4 Ba2++SO42- 1.1x10-10 CuS CuS Cu2++S2- 8.7x10-35 Fe(OH)3 Fe(OH)3 Fe3++3OH- 4x10-34 AgCl AgCl Ag++Cl- 1.8x10-10 Mg3(PO4)2 Mg3(PO4)2 3Mg2+ + 2PO43- 1.1x10-25

ผลของไอออนร่วม (Common ion effect) ไอออนชนิดเดียวกับที่มีในเกลือที่ละลาย ได้น้อย มีผลทำให้สมดุลการละลายเปลี่ยนไป เช่น AgCl(s) Ag+(aq) + Cl-(aq) - Common ion ได้แก่ Ag+ จาก AgNO3 Cl- จาก NaCl

การเติมเกลือ AgNO3 ทำให้การละลายลดลง การเติมเกลือ NaCl ทำให้การละลายลดลง การตกตะกอนของเกลือของโลหะ เกลือของโลหะที่ความเข้มข้นใดๆจะตกตะกอน หรือไม่ทำนายได้จากค่า Ksp - ผลคูณไอออน (ion product) < Ksp ไม่ตกตะกอน

- ผลคูณไอออน (ion product) > Ksp ตกตะกอน - ผลคูณไอออน (ion product) = Ksp ยังไม่ตกตะกอน แต่อิ่มตัว ประโยชน์ ใช้แยกไอออนที่มีค่าKsp ต่างกันออกจากกัน ทำให้สารบริสุทธิ์ การแยก Ca2+ ออกจาก Ba2+ -โดยการเติม SO42- ลงไป

BaSO4 มีค่า Ksp = 1x10-10 CaSO4 มีค่า Ksp = 2x10-5 - BaSO4 จะตกตะกอนลงมาก่อนเมื่อเติม SO42- ลงไป - ถ้าใช้ปริมาณ SO42- ที่เหมาะสมจะสามารถ แยก Ba2+ ออกจาก Ca2+ ได้ ตัวอย่าง CaC2O4 มีสภาพการละลายน้ำได้เท่ากับ 0.00067 g/100 cm3 ที่ 18 ๐c จงคำนวณหาค่า