สมดุลเคมี
(Chemical Equilibrium)

ปฏิกิริยาเคมีส่วนใหญ่เป็นปฏิกิริยาที่ดำเนินไปทิศทางเดียวคือจากสารตั้งต้นเปลี่ยนแปลงไปเป็นผลิตภัณฑ์และเกิดขึ้นอย่างสมบูรณ์ เช่น การเผาไหม้น้ามันเชื้อเพลิง เป็นต้น ปฏิกิริยานี้จัดเป็นปฏิกิริยาที่ผันกลับไม่ได้ (Irreversible reaction)

การเปลี่ยนแปลงที่ผันกลับได้


แต่เราก็จะมักพบเสมอว่าบางปฏิกิริยาไม่ดาเนินไปจนเสร็จสมบูรณ์ หมายความว่าตัวทาปฏิกิริยาทั้งหมดไม่ได้เปลี่ยนไปเป็นผลปฏิกิริยา ยังคงเหลือตัวทาปฏิกิริยาอยู่ ปฏิกิริยาเช่นนี้เรียกว่าปฏิกิริยาที่ผันกลับได้ (Reversible reaction)

การเปลี่ยนแปลงที่ผันกลับได้ หมายถึง การเปลี่ยนแปลงที่เมื่อเปลี่ยนแปลงไปแล้วสามารถกลับคืนสู่สภาพเดิมได้อีก

ภาวะสมดุล

เมื่อสารทาปฏิกิริยากัน ที่ภาวะสมดุลจะมีทั้งสารที่เข้าทาปฏิกิริยา (reactant) และผลผลิต (product) ภาวะสมดุล (equilibrium state) เกิดขึ้นเมื่ออัตราการเกิดปฏิกิริยาไปข้างหน้า (forward reaction ) เท่ากับอัตราการเกิดปฏิกิริยาย้อนกลับ (reverse reaction )

ถ้าในระบบที่พิจารณาถ้าปฏิกิริยาเปลี่ยนไปข้างหน้าและย้อนกลับเกิดขึ้นตลอดเวลา เรียกว่า สมดุลพลวัต หรือสมดุลไดนามิก (dynamic equilibrium) เขียนแทนด้วยลูกศรไป-กลับ

ภาวะสมดุลระหว่างสถานะ

สารต่างๆสามารถเปลี่ยนสถานะได้ โดยมีการเปลี่ยนแปลงพลังงานควบคู่ไปด้วย

เราสามารถสังเกตจากสีที่คงที่ หรือ สถานะของสารคงที่ดูเสมือนไม่เกิดการเปลี่ยนแปลง แต่ความจริงแล้วระบบมิได้หยุดนิ่งและมีการเปลี่ยนแปลงตลอดเวลาเรียกการเกิดสภาวะแบบนี้ว่า “สมดุลไดนามิก” ดังนั้นภาวะสมดุลระหว่างสถานะ ก็เป็นสมดุลไดนามิก

ภาวะสมดุลในสารละลายอิ่มตัว

เมื่อให้ตัวถูกละลาย ละลายในตัวทาละลาย ตัวถูกละลายก็จะละลายได้เร็วในตอนแรกแล้วละลายได้ช้าลงและเมื่อเกิดสารละลายอิ่ม ตัว เราจะพบว่าตัวถูกละลายไม่ละลายต่อไปอีกไม่

ภาวะสมดุลในปฏิกิริยาเคมี

ภาวะสมดุลในปฏิกิริยาเคมีเกิดขึ้นได้ก็ต่อเมื่อเป็นปฏิกิริยาผันกลับได้และเกิดปฏิกิริยาในระบบปิด โดยระบบ แบ่งออกเป็น

1) ระบบเปิด (Opened system) คือระบบที่มีการถ่ายเทได้ทัง้ มวลสารและพลังงานกับสิ่ง แวดล้อม

2) ระบบปิด (Closed system) คือระบบที่มีการถ่ายเทเฉพาะพลังงานอย่างเดียว แต่ไม่มีการถ่ายเทมวลสาร

3) ระบบโดดเดี่ยว (Isolated system) คือระบบที่ไม่มีการถ่ายเททัง้ พลังงานและมวลสารแก่สิ่งแวดล้อม

ดังนั้น ในปฏิกิริยาใดจะเกิดสมดุลได้จะต้อง

  1. เกิดในระบบปิด
  1. มีสมดุลไดนามิก
  1. ยังมีสารตั้ง ต้นเหลืออยู่
  1. ระบบสามารถเข้าสู่สมดุลได้ไม่ว่าจะเรมิ่ ต้นจากไปข้างหน้าหรือย้อนกลับ
  1. เกิดการเปลี่ยนแปลงที่ผันกลับได้
  1. ความเข้มข้น, ความดัน และ อุณหภูมิมีผลต่อภาวะสมดุล

สมดุลในปฏิกิริยาเคมี

ค่าคงที่สมดุล

กฎของภาวะสมดุลทางเคมี (Law of Chemical Equilibrium) กล่าวว่า “ สำหรับปฏิกิริยาที่ผันกลับได้ ที่ภาวะสมดุล ผลคูณของความเข้มข้นของสารผลิตภัณฑ์ เมื่อหารด้วยผลคูณของความเข้มข้นของสารตั้ง ต้นที่เหลือ

โดยที่ความเข้มข้นของสารแต่ละชนิดยกกำลังด้วยเลขสัมประสิทธิ์บอกจา นวนโมลของสารในสมการที่ดุลแล้วจะมีค่าคงที่เสมอเมื่ออุณหภูมิคงที่”

ข้อสังเกตเกี่ยวกับค่าคงที่ของสมดุล (K)

  1. ค่า K ขึ้นอยู่กับอุณหภูมิ คือ เมื่ออุณหภูมิคงที่ ค่า K ก็จะคงที่ แต่ถ้าอุณหภูมิเปลี่ยน ค่า Kก็จะเปลี่ยนด้วย ดังนั้น เมื่อกล่าวถึงค่า K ต้องอ้างอุณหภูมิเสมอ
  1. ค่า K ในปฏิกิริยาต่างชนิดกันส่วนใหญ่จะมีหน่วยต่างกัน และบางปฏิกิริยาไม่มีหน่วยขึ้นกับสถานะของสาร
  1. ค่า K ขึ้นอยู่กับลักษณะของสมการที่เขียน คือ ถ้าเขียนสัดส่วนของจานวนโมลของสารตั้งต้นและสารผลิตภัณฑ์ในสมการต่างกัน ค่า K ไม่เท่ากัน ดังนั้นเมื่อกล่าวถึงค่า K จะต้องอ้างอิงถึงสมการด้วยเสมอ

หรือ หมายถึงการเปลี่ยนแปลงที่มีทั้งการเปลี่ยนแปลงไปข้างหน้าและการเปลี่ยนแปลงย้อนกลับ เช่นตัวอย่างของปฏิกิริยาเคมีที่ผันกลับได้

นางสาว ชลธิดารัตน์ จินะการณ์ คณะพยาบาลศาสตร์ วัชพล 6305010230