ปัจจัยที่มีผลต่อภาวะสมดุลเคมี

กิจกรรม 9.5
การทดลองผลของอณุ หภมู ติ อ่ สมดลุ

2. จุดประสงคก์ ารทดลอง :
1. เพื่อศึกษาผลของอณุ หภูมติ อ่ สมดลุ
2. อธิบายการเปลยี่ นแปลงสมดุล เมอื่ มกี ารเพิม่

หรอื อุณหภูมขิ องระบบ

51

กจิ กรรม 9.5
การทดลองผลของอณุ หภมู ติ อ่ สมดลุ

3. สมมตุ ฐิ าน :
ถ้าการเปลี่ยนอณุ หภูมิของระบบมีผลตอ่ ภาวะ

สมดุล ดงั นัน้ เม่อื เพมิ่ หรอื ลดอุณหภมู ขิ องระบบจะทา
ให้สมดลุ เปลี่ยนแปลงด้วย

52

กิจกรรม 9.5
การทดลองผลของอณุ หภมู ติ อ่ สมดลุ

4. ตวั แปรทใี่ ชใ้ นการทดลอง :

- ตัวแปรต้น คอื อุณหภมู ิ
- ตัวแปรตาม คือ การเปลีย่ นแปลงทเ่ี กิดขึ้น
- ตัวแปรควบคมุ คือ ปริมาณสาร ความเข้มขน้

53

5. วธิ กี ารทดลอง

54

6. ผลการทดลอง

[Cu(H2O)4]2+(aq)+ 4Cl–(aq) [CuCl4]2–(aq)+ 6H2O(l)

สีฟ้า ไมม่ สี ี สีเหลือง ไมม่ ีสี

ท่ีเปน็ สมดลุ ในหลอดทดลองมีสีเขยี ว

การทดลอง ส่งิ ที่สงั เกตเหน็
เริ่มตน้
สีเขียว
จมุ่ ในน้าร้อน สเี ขยี วอมเหลอื งแลว้ คงท่ี
จุ่มในนา้ แข็ง สีเขียวอมฟ้าแล้วคงท่ี

55

7. วเิ คราะหผ์ ลการทดลอง

สมดลุ ของปฏกิ ริ ยิ าเคมเี ป็นดงั สมการเคมี

[Cu(H2O)4]2+(aq)+ 4Cl–(aq) [CuCl4]2–(aq)+ 6H2O(l)

สีฟา้ ไม่มีสี สีเหลอื ง ไม่มีสี

ท่ีอณุ หภมู ิห้องจะสังเกตเหน็ สารละลายมีสีเขยี วในหลอดทดลอง ซึง่ เปน็ สี
ของ [Cu(H2O)4]2+ และ [CuCl4]2– เม่ือนาหลอดทดลองจ่มุ ในนา้ รอ้ นพบวา่ สีเขยี ว
อมเหลืองมากขน้ึ แล้วคงที่ แสดงว่า [CuCl4]2– มคี วามเขม้ ข้นเพ่มิ ขึ้น ดงั นั้นการเพ่มิ
อุณหภมู ทิ าใหเ้ กิดปฏกิ ริ ยิ าไปขา้ งหน้ามากข้ึน จนปรับตัวเขา้ ส่สู มดลุ ใหม่

เมื่อนาหลอดทดลองจมุ่ ในนา้ แข็งพบว่าสเี ขยี วอมฟ้ามากขนึ้ แลว้ คงที่

แสดงวา่ [Cu(H2O)4]2+ มีความเข้มข้นมากขน้ึ ดงั นน้ั การลดอณุ หภูมิทาให้
เกิดปฏกิ ริ ิยาย้อนกลบั มากขึน้ จนปรับตัวเข้าสู่สมดุลใหม่

56

8. สรปุ ผลการทดลอง

“การเปล่ยี นแปลงอณุ หภูมขิ องระบบทอ่ี ยูใ่ นสมดลุ

ทาให้ระบบมีการเปล่ียนแปลง ความเข้มขน้ ของสารตง้ั
ต้นและผลิตภณั ฑเ์ พ่อื เขา้ สู่สมดลุ ใหม่

57

ผลของการเปลย่ี นแปลงอณุ หภมู ทิ มี่ ตี อ่ ภาวะสมดลุ

1. ปฏกิ ริ ยิ าดดู ความร้อน

A + B + ความรอ้ น C+D

A+B C + D - ความรอ้ น

A+B C + D , H = + a kJ
2. ปฏิกิริยาคายความร้อน

A + B - ความรอ้ น C+D
A+B C + D + ความรอ้ น
A+B C + D , H = - a kJ

Endothermic Reaction

1. ปฏกิ ิริยาดูดความร้อน

ถ้าอุณหภูมสิ ูงขึ้น --> คา่ K จะเพมิ่ ขึน้
ถา้ อุณหภูมลิ ดลง --> ค่า K จะลดลง

ดูดความรอ้ น

2HI(g) H2(g) + I2(g)

คายความรอ้ น

Endothermic Reaction

ปฏกิ ริ ิยาดดู ความรอ้ นEnergy เพิ่มอุณหภมู ิ (T)
- คา่ K เพ่ิมขนึ้
Ear Eap - เกิดผลติ ภณั ฑม์ ากขน้ึ

products ลดอุณหภมู ิ (T)
- ค่า K ลดลง
(+)H - เกิดสารตงั้ ตน้ มากขน้ึ

reactants

การดาเนนิ ไปของปฏกิ ริ ยิ า

Exothermic Reaction

2. ปฏกิ ริ ยิ าคายความร้อน

ถ้าอุณหภูมสิ ูงข้ึน --> คา่ K จะลดลง
ถ้าอุณหภูมลิ ดลง --> คา่ K จะเพ่มิ ข้ึน

คายความรอ้ น

H2(g) + I2(g) ดูดความร้อน 2HI(g)

Exothermic Reaction

ปฏกิ ิรยิ าคายความรอ้ น

Energy Eap Ear เพม่ิ อณุ หภมู ิ (T)
- คา่ K ลดลง
reactant(-s)H - เกดิ สารตั้งต้นเพิ่มขึ้น
ลดอณุ หภมู ิ (T)
products - คา่ K เพม่ิ ขน้ึ
- เกดิ ผลิตภัณฑ์เพม่ิ ขึ้น
การดาเนนิ ไปของปฏกิ ริ ยิ า

การทดลอง

[Co(H2O)6]2+ + 4Cl- [CoCl4]2- + 6H2O
สีชมพู สีนา้ เงิน

• เปน็ ปฏกิ ริ ยิ าดดู ความรอ้ น
• ที่สมดุลมีสมี ว่ ง

[Co(H2O)6]2+ + 4Cl- [CoCl4]2- + 6H2O
สีชมพู สีน้าเงิน

นา้ เย็น น้ารอ้ น
ลดอุณหภมู ิ เพ่มิ อณุ หภมู ิ

[Co(H2O)6]2+ + 4Cl- [CoCl4]2- + 6H2O
สีชมพู สีน้าเงิน

65

2NO2(g) N2O4(g) + 57.2 kJ

สีน้าตาลแดง ไมม่ สี ี

น้าร้อน นา้ เยน็

นา้ ร้อน นา้ เยน็

2NO2(g) N O (g) +08/12/64 57.2 kJ

24

ตัวเรง่ ปฏกิ ริ ิยาและสมดลุ เคมี

◎ ตัวเรง่ ปฏกิ ริ ิยา (catalyst) คือ สารที่ใสไ่ ปใน
ปฏิกริ ยิ าเพอื่ ทาให้ปฏกิ ริ ิยาถงึ จดุ สมดลุ เรว็ ข้นึ
◉ เพมิ่ อตั ราเรว็ ของปฏกิ ริ ยิ าเดนิ หนา้
◉ เพิม่ อตั ราเร็วของปฏกิ ริ ยิ ายอ้ นหลงั
◉ ค่าคงทีส่ มดลุ ไมเ่ ปลยี่ นแปลง

• ตัวเร่งปฏกิ ริ ิยาไมไ่ ดเ้ ปลยี่ นแปลงสมดลุ

ตรวจสอบความเขา้ ใจ
จากข้อมูลความเขม้ ขน้ ท่ีสมดลุ ของสารในปฏกิ ิรยิ าท่ีอณุ หภมู ิต่าง ๆ ใน

ตาราง จงคานวณค่าคงที่สมดุลและระบวุ ่าปฏกิ ิริยานี้มีปฏิกิริยาไปข้างหน้าเปน็
ปฏกิ ริ ยิ าดดู พลงั งานหรอื คายพลงั งาน
1. ปฏกิ ริ ิยา N2O4(g) 2NO2(g)

ปฏกิ ิรยิ าไปข้างหน้าของปฏกิ ิริยานเี้ ป็นปฏิกิรยิ าดูดพลงั งาน เน่อื งจาก
เมอ่ื อุณหภูมเิ พิม่ ขึ้นค่าคงทสี่ มดลุ มีค่าเพิ่มขึ้น

ตรวจสอบความเข้าใจ 2NH3(g)
2. ปฏกิ ริ ิยา N2(g) + 3H2(g)

ปฏิกริ ิยาไปข้างหนา้ ของปฏกิ ริ ยิ านเ้ี ป็นปฏกิ ริ ิยาคายพลังงาน เนื่องจากเมื่อ
อุณหภมู เิ พ่ิมขึน้ ค่าคงทส่ี มดลุ มคี า่ ลดลง

แบบฝึกหัด 9.3

71

หลักของเลอชาเตอลเิ อ
(Le Chatelier’s Principle)

“ เมือ่ ระบบทอี่ ยใู่ นสภาวะสมดลุ ถกู รบกวน
โดยการเปลยี่ นแปลงปจั จยั ทีม่ ตี อ่ ภาวะสมดลุ
ของระบบ ระบบจะเกดิ การเปลยี่ นแปลงไป
ในทศิ ทางทจี่ ะลดผลของการรบกวนนนั้
เพือ่ ใหร้ ะบบเขา้ สภู่ าวะสมดลุ อกี ครัง้ ”

72

9.4 สมดุลเคมใี นสง่ิ มชี ีวติ สิ่งแวดลอ้ ม
และอุตสาหกรรม

1. การผลิตแกส๊ แอมโมเนยี ในอตุ สาหกรรม
2. โรคหายใจเกิน
3. การเกิดหนิ งอกหนิ ยอ้ ย

73

1. การผลติ แก๊สแอมโมเนยี ในอตุ สาหกรรม

แอมโมเนยี (NH3) ใชเ้ ป็นวัตถุดิบในการผลติ
- ปุย๋
- ยา
- สยี อ้ ม
- ผลติ ภัณฑท์ าความสะอาด
- และสารเคมอี น่ื ๆ ในอุตสาหกรรม

1. การผลติ แกส๊ แอมโมเนยี ในอตุ สาหกรรม

ซ่งึ ผ้ผู ลติ จะเลือกกรรมวิธผี ลติ ท่ีสามารถ
- เปลยี่ นวตั ถุดิบหรอื สารต้งั ตันใหเ้ กดิ เป็นผลติ ภัณฑ์ได้มากทส่ี ดุ
- โดยเสียเวลาและคา่ ใชจ้ ่ายน้อยทสี่ ุด
จงึ มีการนาความรเู้ กีย่ วกบั สมดลุ เคมีและอตั ราการเกิดปฏิกิริยา
เคมีมาใชใ้ นกระบวนการดังกล่าวดว้ ย

1. การผลติ แกส๊ แอมโมเนยี ในอตุ สาหกรรม

การผลติ แก๊สแอมโมเนีย ใช้สารตั้งต้นคอื แกส๊ ไนโตรเจน (N2)
ทแ่ี ยกได้จากอากาศ และแกส๊ ไฮโดรเจน (H2) ท่ไี ด้จากการนาแกส๊ มเี ทน
จากแก๊สธรรมชาติไปผ่านปฏกิ ิริยาเคมี ปฏิกริ ยิ าเคมรี ะหว่าง
แก๊สไนโตรเจนกับแกส๊ ไฮโดรเจนเปน็ ปฏิกิรยิ าคายพลังงาน
ดงั สมการเคมี

N2(g) + 3H2(g) 2NH3(g) + พลงั งาน

หากต้องการผลิตแก๊สแอมโมนยี ให้ไดป้ รมิ าณมาก ควรทา
ปฏิกิรยิ าที่อุณหภมู ิและความดันสูงหรอื ต่าเพราะเหตุใด

(ตามหลักของเลอชาเตอติเอ ปฏกิ ริ ยิ าน้ีมีจานวนโมลรวมของแกส๊
ทเี่ ปน็ สารต้งั ตันมากกว่าผลติ ภณั ฑ์ การเพิ่มความดันทาให้ระบบปรับตวั
โดยเกิดปฏิกิรยิ าไปข้างหน้าได้มากขึน้ และปฏิกริ ยิ าเคมีน้เี ปน็ ปฏิกิรยิ า
คายพลังงาน การลดอุณหภมู ิจะทาให้ระบบปรับตวั โดยเกดิ ปฏิกิรยิ าไป
ขา้ งหนา้ ได้มากข้ึน ดังน้นั การผลิตแก๊สแอมมนียให้ได้ปริมาณมากจงึ ควร
ทาปฏิกิริยาทีอ่ ุณหภูมติ ่าและความดนั สงู )

ซงึ่ ไดม้ กี ารศกึ ษาความสัมพันธข์ องรอ้ ยละผลผลติ ของ NH3 กบั
อณุ หภมู แิ ละความดัน ได้ข้อมูลดังแสดงในรูป 9.7

เนอื่ งจากปฏกิ ริ ิยาเคมเี กดิ ได้ช้าทอ่ี ณุ หภูมติ า่ และอปุ กรณท์ ี่ทน
ความดันสูงมรี าคาแพง

ดังนน้ั การผลติ จริงในอุตสาหกรรม จึงเปน็ ตอ้ งเลือกใชอ้ ณุ หภูมิ
และความดนั ท่เี หมาะสม และใช้ตวั เร่งปฏกิ ิรยิ ารว่ มดว้ ย กระบวนการ
ผลติ แก๊สแอมโมเนียดว้ ยปฏิกริ ยิ าดงั กลา่ วเรยี กวา่ กระบวนการฮาเบอร์
(Haber process) ซึ่งในอุตสาหกรรมนยิ มใช้

อณุ หภูมปิ ระมาณ 400 - 530 องศาเซลเซียส
ลดวามดันประมาณ 200 - 300 บรรยากาศ
โดยมไี อรอ์ อน(III) ออกไซด์ (Fe2O3) เปน็ ตวั เร่งปฏกิ ริ ยิ า

นอกจากนี้ในอตุ สาหกรรมจะมีกระบวนการแยกแก๊สแอมโมเนีย
ออกจากระบบ เพ่อื ทาให้เกิดปฏกิ ิรยิ าไปขา้ งหนา้ อยา่ งต่อเน่ือง ทาให้ผลติ
แอมโมเนยี ไดม้ ากขึน้

2. โรคหายใจเกนิ

โรคหายใจเกนิ (hyperventilation syndrome) หรือภาวะระบายลม
หายใจเกิน เปน็ ภาวะที่ผปู้ ว่ ยหายใจเรว็ และลึกมากกวา่ ปกติ

ตามปกตแิ ล้วร่างกายจะหายใจเขา้ เพอ่ื นาแก๊สออกซเิ จน (O2) เขา้ ไปใช้ใน
กระบวนการเมแทบอลซิ ึมท่เี นื้อเย่อื ตา่ งๆ แล้วหายใจออกเพือ่ นาแกส๊
คารบ์ อนไดออกไซด์ (CO2) ท่ีเกิดขน้ึ ออกจากร่างกาย โดย CO2 ทเ่ี กดิ ขึ้นในเซลล์
จะแพรเ่ ข้าสเู่ ลือดและลาเลยี งไปยงั ปอดโดย CO2 สามารถทาปฏิกิรยิ าเคมีกับนา้ ใน
เลือด เกดิ เป็นกรดคาร์บอนกิ (H2CO3) และแตกตัวเป็นไฮโดรเจนคารบ์ อเนต
ไอออน (HCO3- ) กับไฮโดรเนียมไอออน (H3O+)

กระบวนการหายใจ

O2 ท่หี ายใจเขา้ ไปจะแพรผ่ ่านเน้ือเย่อื ของถงุ ลมปอด เข้าสู่เส้นเลือด
ฝอยและรวมตวั กับฮโี มโกลบนิ ในเม็ดเลือดแดง กลายเปน็ ออกซี

ฮีโมโกลบนิ ปฏกิ ิรยิ าจะดาเนินไปข้างหนา้

ดังสมการ

Hb + O2 HbO2

ฮีโมโกลบิน ออกซีฮีโมโกลบนิ

แต่เมอ่ื เลือดไหลไปตามเนือ้ เยอื่ ต่างๆ จาเป็นตอ้ งใช้ O2
ปฏิกริ ยิ าจะยอ้ นกลับ ฉะน้ันกระบวนการหายใจ

เป็นการปรับสมดลุ ของ O2 ในเลอื ด

Hb + O2 HbO2

ฮีโมโกลบิน ออกซีฮีโมโกลบิน

กระบวนการเมแทบอลซิ ึม (Metabolism)

กระบวนการ Metabolism ของกลูโคส จะใช้ O2

ดังสมการ

C6H12O6 + 6O2 6CO2 + 6H2O + พลงั งาน

ดังสมการเคมี H2CO3(aq)
HCO3-(aq)+ H3O+(aq)
CO2(g) + H2O(l)
H2CO3(aq) + H2O(l)

ปฏกิ ริ ิยารวม CO2(g) + 2H2O(l) HCO3-(aq)+ H3O+(aq)

เมอ่ื HCO-3 ถูกสง่ มาที่เส้นเลอื ดฝอยรอบถงุ ลมปอด และ
ภายในถุงลมปอดมีความดนั ตา่ เปรยี บเสมอื นไปลดความดัน

ของระบบ ทาให้สมดุลย้อนกลบั เกิดแก๊ส CO2 มากข้นึ CO2
จะแพรเ่ ขา้ สถู่ งุ ลมปอด และถกู ขบั ออกเม่อื เราหายใจ ดังรูป

ปฏิกริ ยิ ารวม CO2(g) + 2H2O(l) HCO3-(aq)+ H3O+(aq)

ความเข้มขนั ของ H3O+ มผี ลต่อ pH ในเลอื ด ซงึ่ มคี วามสาคัญตอ่
การทางานของระบบในรา่ งกาย ร่างกายจึงตอ้ งรักษาดลุ ยภาพกรด-เบส

ของเลอื ดให้เป็นปกติ

เมื่อผปู้ ว่ ยมีอาการของโรคหายใจเกนิ จะทาใหเ้ กิดการขบั CO2
ออกจากรา่ งกายมากกวา่ ปกติ ความเข้มขนั ของ CO2
ในเลือดจึงตา่ ลงกว่าระดับปกติ ทาให้เกิดปฏกิ ิรยิ าย้อนกลับเพิม่ ขึน้
ความเขม้ ข้นของ H3O+ ในเลือดลดลงสง่ ผลใหเ้ กดิ อาการตา่ ง ๆ เชน่
หนา้ มดื เวียนศรี ษะใจส่ัน กล้ามเน้อื เกรง็ โดยปกตผิ ้ปู ว่ ยเม่ือเกดิ อาการ

ดังกลา่ วจะยง่ิ หายใจแรงและถีข่ ึน้ ทาให้อาการย่ิงกาเรบิ

ดังนั้นการปฐมพยาบาลจงึ อาจใหผ้ ู้ป่วยหายใจในถงุ ทคี่ รอบทั้งปาก

และจมูก เพ่อื เพม่ิ ปรมิ าณ CO2 ทห่ี ายใจเข้าไปใหเ้ กดิ ปฏิกิริยาไปข้างหน้า
เพิม่ ขึ้น และเพิม่ ความเขม้ ขน้ ของ H3O+ ในเลอื ด จนคา่ pH ในเลอื ดกลบั สู่
ภาวะปกติ ซ่ึงสงั เกตไดจ้ ากอาการดังกลา่ วบรรเทาลง

การหายใจในถงุ เพอ่ื รกั ษาอาการของโรคหายใจเกนิ

89

3. การเกิดหนิ งอกหนิ ยอ้ ย

เมอ่ื ฝนตกแก๊สคารบ์ อนไดออกไซด์ (CO2) เกดิ ปฏกิ ิริยาเคมีกับ
น้าได้เป็นกรดคารบ์ อนกิ (H2CO3) ซง่ึ แตกตัวใหไ้ ฮโดรเนียมไอออน
(H3O+) ซึ่งมสี มบัตเิ ปน็ กรด และไฮโดรเจนคารบ์ อเนตไอออน (HCO3-)
สารละลายกรดจะทาปฏกิ ริ ิยาเคมีกบั หินปูน (CaCO3) ไดเ้ ปน็ สารละลาย
แคลเซียมไฮโดรเจนคาร์บอเนต (Ca(HCO3)2)

ดงั สมการเคมี H3O+(aq) + HCO3-(aq)

CO2(g) + 2H2O(l)

CaCO3(s) + H3O+(aq) Ca2+(aq) + HCO3-(aq) + H2O(l)

ปฏกิ ิรยิ ารวม Ca2+(aq) + HCO3-(aq)
CO2(g) + H2O(l) + CaCO3(s)

ปฏิกริ ยิ านเ้ี ปน็ ปฏิกริ ยิ าผันกลบั ได้ เม่ือสารละลาย Ca(HCO3)2)
ไหลซมึ ผ่านไปตามผนงั หรือหยดลงบนพื้นถ้า หากภายในถา้ มปี รมิ าณนา้
หรอื CO2 ลดลง จะทาให้เกิดปฏิกริ ิยายอ้ นกลับได้เปน็ CaCO3 ซง่ึ เปน็
ของแข็ง ปรากฏเป็นหินงอกหนิ ย้อยภายในถ้า เนอื่ งจากปรมิ าณความชื้น
และ CO2 ภายในถ้าปกติเปล่ียนแปลงคอ่ นข้างนอ้ ย กระบวนการ
เกิดหินงอกหนิ ยอ้ ยนี้จึงเป็นไปอย่างชา้ ๆ ต้องใช้เวลานานกวา่ จะได้
หนิ งอกหินย้อยที่มีสภาพใหญ่โตและสวยงาม

ถา้ หากมีปรมิ าณ CO2 มากขนึ้ ระบบจะถูกรบกวนสมดลุ ทาให้
เกดิ ปฏกิ ริ ยิ าไปขา้ งหน้า สง่ ผลใหเ้ กิดนา้ มีสภาพเปน็ กรด หินปูนเกดิ การ
ผุกรอ่ น เกดิ เปน็ ถ้าเปน็ โพรง

หนิ งอกและหินยอ้ ยท่เี กิดจากการละลายและตกผลึก
ของหินปนู ด้วยสภาพความเปน็ กรดในธรรมชาติ

กจิ กรรม 9.6 สืบคน้ ขอ้ มลู เกย่ี วกบั สมดลุ เคมใี นชวี ติ ประจาวนั
สิง่ มชี วี ติ สงิ่ แวดล้อม และอุตสาหกรรม

จุดประสงคข์ องกจิ กรรม
สบื คน้ ขอ้ มลู และนาเสนอเกยี่ วกับสมดลุ เคมีของกระบวนการที่

เกิดขึ้นในชีวิตประจาวัน สิ่งมชี ีวิต สิ่งแวดลอ้ ม และอตุ สาหกรรม

ให้แต่ละกล่มุ จับฉลากหัวข้อต่อไปนี้ สบื คน้ ข้อมลู การใชป้ ระโยชน์

จากความรเู้ รอื่ งสมดุลเคมีของกระบวนการท่ีเกิดขน้ึ ในชวี ติ ประจาวัน

สิ่งมชี วี ิต สิง่ แวดลอ้ ม และอุตสาหกรรม และนาเสนอในรูปแบบโปสเตอร์

ขนาด A4

1. โรคเกา๊ ท์ 2. การเกิดฟนั ผุ

3. ฟองแก๊สในน้าอดั ลม 4. เปลอื กไข่บางในหน้ารอ้ น

5. สมดลุ ของแคลเซยี มในรา่ งกาย

6. การผลิตปูนดิบหรอื แคลเซยี มออกไซด์

7. การเกิดไฮพอกเซยี (Hypoxia) หรอื ร่างกายขาด O2
8. การผลติ ปยุ๋ ยูเรยี (NH2CONH2) จากแกส๊ แอมโมเนีย

95

96

97

98

99