ค่าคงที่สมดุล การเขียนความสัมพันธ์ของค่า K กับความเข้มข้นของสาร ระบบหรือปฏิกิริยาใด ๆ อยู่ในภาวะสมดุลแล้ว สารต่าง ๆ ในระบบจะมีความเข้มข้นคงที่ สมการที่แสดงปฏิกิริยาในภาวะสมดุลที่สมบูรณ์แล้ว และใช้ในการพิจารณาค่าคงที่สมดุลได้ คือ “ อัตราส่วนระหว่างผลคูณของความเข้มข้นของผลิตภัณฑ์แต่ละชนิด ยกกำลังด้วยสัมประสิทธิ์บอกจำนวนโมลของผลิตภัณฑ์นั้น ๆ กับผลคูณของความเข้มข้นของสารตั้งต้นที่เหลือแต่ละชนิดยกกำลัง สัมประสิทธิ์บอกจำนวนโมลของสารที่เหลือนั้นที่ภาวะสมดุล จะมีค่าคงที่เมื่ออุณหภูมิคงที่ ”

พิจารณาได้จากสมการง่าย ๆ ดังนี้ aA(g) + bB(g) cC(g) + dD(g) K = เมื่อ K = ค่าคงที่สมดุล [ ] = ความเข้มข้นของสาร มีหน่วย โมล/ลิตร a,b,c,d = สัมประสิทธิ์บอกจำนวนโมลของสารในปฏิกิริยา ที่สมดุลแล้ว

ตัวอย่างการเขียนแสดงค่าคงที่สมดุลองปฏิกิริยาต่อไปนี้ (1) 2SO2(g) + O2(g) 2SO3(g) K = SO2(g) + O2(g) SO3(g)

ถ้ามีสารในระบบเป็นของแข็ง และสารบริสุทธิ์ ในการคิดค่า K ไม่ต้องเอามาเกี่ยวข้อง เพราะถือว่าความเข้มข้นเปลี่ยนแปลงน้อยมาก จนถือว่าคงที่ เพราะว่าความเข้มข้นของของแข็ง ก็คือมวลต่อปริมาตร ซึ่งได้แก่ ความหนาแน่น นั่นเอง

ปฏิกิริยา 2NO(g) + 2H2(g) N2(g) + 2H2O(g) สมมติว่ามีกลไกได้ 3 ขั้นดังนี้ (1) 2NO(g) N2O2(g) ขั้นเร็ว (2) N2O2(g) + H2(g) N2O(g) + H2O(g) ขั้นช้า (3) N2O(g) + H2(g) N2(g) + H2O(g) ขั้นช้า K = (ไม่คำนึงถึงกลไกขั้นย่อย ๆ แต่อย่างใด)

หน่วยของค่าคงที่สมดุล หน่วยของค่าคงที่ของสมดุลจะแตกต่างกันไปสำหรับแต่ละปฏิกิริยา โดยปกติในการใช้ ค่า K เราจะไม่สนใจที่หน่วย เนื่องจากไม่ค่อยมีความหมายที่สำคัญนัก สิ่งที่สำคัญจะอยู่ที่ค่าที่เป็นตัวเลข จึงนำมาใช้เฉพาะค่าตัวเลขเท่านั้น

สมบัติบางประการของค่าคงที่สมดุล ข้อควรทราบเกี่ยวกับค่าคงที่สมดุล (K) 1. ค่า K จะคงที่เสมอ ๆ สำหรับปฏิกิริยาหนึ่ง ๆ ไม่ว่าจะ รบกวนสมดุลด้วยปัจจัยใด ๆ ก็ตาม ยกเว้น อุณหภูมิ นั่นคือ K จะคงที่เมื่ออุณหภูมิคงที่ และจะเปลี่ยนไปเมื่ออุณหภูมิเปลี่ยนไป 2. ถ้าอุณหภูมิเปลี่ยนไป (เพิ่ม, ลด) แล้วผลิตภัณฑ์มากขึ้น ค่า K ก็จะมากขึ้นด้วย ถ้าผลิตภัณฑ์ลดลง (ย้อนกลับ) ค่า K ก็จะ ลดลงด้วย

3. เมื่ออุณหภูมิของระบบเปลี่ยนไปมีผลทำให้ภาวะสมดุล และค่าคงที่สมดุล (K) เปลี่ยนไปด้วย ให้พิจารณาดังนี้ A(g) + B(g) C(g) + D(g) ; ปฏิกิริยาดูดความร้อน เมื่อเพิ่มอุณหภูมิทำให้ [C] และ [D] เพิ่มขึ้น [A], [B] ลดลงเพราะ A รวมกับ Bได้ C เพิ่มขึ้นเมื่ออุณหภูมิเพิ่มขึ้น K1 = K2 =  K2 > K1 ในทางตรงกันข้าม ถ้าลดอุณหภูมิลงก็จะได้ว่าปฏิกิริยาดูดความร้อนจะ ย้อนกลับให้ A, B เพิ่มขึ้น และ C, D จะลดลง การที่สารผลิตภัณฑ์เกิดเพิ่มขึ้น หรือลดลง นี้เอง ทำให้ภาวะสมดุลเปลี่ยนไป

การบอกค่า K จะต้องอ้างถึงสมการที่บอกมาด้วยเสมอ ว่าเกิดมากหรือน้อย

ค่า K เมื่อสมการเปลี่ยนแปลง A + 2B C ; K1 C A + 2B ; K2 = หรือ K1  K2 = 1

(3) เอา n ไปหารสมการ Kใหม่ = A + 2B 3C ; K1 A + B C ; Kใหม่ = (2) เมื่อเอา n คูณสมการ Kใหม่ = (Kเดิม)n A + B 2C ; K1 nA + nB 2nC ; Kใหม่ = (K1)n (3) เอา n ไปหารสมการ Kใหม่ = A + 2B 3C ; K1 A + B C ; Kใหม่ =

(4) มีหลายสมการรวมกัน Kใหม่ = K1  K2 A + B X ; K1 สมการ 1 B + X D ; K2 สมการ 2 1 + 2 ; A + 2B D ; Kใหม่ = K1  K2

(5) มีหลายสมการลบกัน Kใหม่ = จาก (4) 1 - 2 ; A + B - B - X X - D A + D 2X Kใหม่ =

ความสัมพันธ์ของค่า Kc เมื่อคิดความเข้มข้น กับ Kp เมื่อคิดความดันก๊าซ 2A(g) + B(g) C(g) + D(g) ; Kp = (RT)n  Kc n = ผลต่างของจำนวนโมลก๊าซผลิตภัณฑ์กับ โมลก๊าซสารตั้งต้น = 2 – 3 = -1  Kp = (RT) -1  Kc

การทำนายทิศทางของปฏิกิริยาโดยใช้ค่า K เมื่อระบบเข้าสู่ภาวะสมดุล ปริมาณสารผลิตภัณฑ์และสารตั้งต้นจะมี ค่าคงที่ค่าคงที่สมดุล (K) ก็จะคงที่ ค่าคงที่สมดุลนี้อาจจะมีค่ามากหรือน้อย ขึ้นอยู่กับปฏิกิริยา และค่า K จะบอกให้ทราบถึงอัตราส่วนปริมาณสาร ผลิตภัณฑ์ต่อสารตั้งต้น ซึ่งจะทำให้ทราบว่าปฏิกิริยาดำเนินไปในทิศทางใด ถ้า K > 1 ความเข้มข้นของสารผลิตภัณฑ์มีค่ามากกว่าความเข้มข้นของ สารตั้งต้น ตำแหน่งของภาวะสมดุลจะอยู่ไปทางด้านขวา (ไปทางด้านสาร ผลิตภัณฑ์) ถ้า K < 1 ความเข้มข้นของสารผลิตภัณฑ์มีค่าน้อยกว่าความเข้มข้นของ สารตั้งต้น ตำแหน่งของภาวะสมดุลจะอยู่ไปทางด้านซ้าย (ไปทางด้านสารตั้งต้น) ถ้า K = 1 ความเข้มข้นของสารผลิตภัณฑ์และความเข้มข้นของสารตั้ง ต้นจะใกล้เคียงกัน

จงเขียนความสัมพันธ์ระหว่าง ความเข้มข้นของสารที่ ภาวะสมดุลของปฏิกิริยา A2(g) + B2(g) 2AB(g) C2H4 (g) + H2 (g) C2H6(g) ค. 2Fe3+ (aq) + 2I- (aq) 2Fe2+ (aq) + I2 (aq)

เฉลย K = ข. K = ค. K =

แบบฝึกหัด 1. สำหรับปฏิกิริยา H2 (g) + Br2 (g) 2HBr (g) ; K = 4.0 x 10-2 จงหาค่า K ของปฏิกิริยา HBr (g) 1/2 H2 (g) + 1/2 Br2(g) 2. กำหนดค่า K ของปฏิกิริยาต่อไปนี้ 1) N2 (g) + O2 (g) 2NO (g) ; K = 4.1 x 10-31 2) N2 (g) + 1/2 O2 (g) N2O (g) ; K = 2.4 x 10-18 ให้หาค่า K ของสมการ N2O (g) + 1/2 O2 (g) 2NO (g)

เฉลย 1) H2 (g) + Br2 (g) 2HBr (g) ; K1 = 4.0 x 10-2 กลับสมการที่ 1) จะได้สมการที่ 2) ดังนี้ 2)2HBr (g) H2 (g) + Br2 (g) ; K2 = K2 = = 25 สมการที่ 2) หารด้วย 2 จะได้สมการที่ 3) ดังนี้ 3) HBr (g) 1/2 H2 (g) + 1/2 Br2 (g) ; K3 = (K2) K3 = (25) = = 5

เฉลย สมการที่ 1) N2 (g) + O2 (g) 2NO (g) ; K1 = 4.1 x 10-31 สมการที่ 2) ได้จากการกลับข้างสมการที่ 2 จะได้ N2O (g) N2 (g) + 1/2 O2 (g) ; K2 = = 4.2 x 1017 รวมสมการที่ 1 และสมการที่ 2 จะได้ N2O (g) + 1/2 O2 (g) 2NO (g) ; K = K1 . K2 = (4.1 x 10-31 )x (4.2 x 1017) = 1.7 x 10-13