ch-2012-07-13

10/07/55

ห้องเรียน ON AIR
วชิ าเคม:ี สมดุลเคมี

ดร. ปาริฉัตร วนลาภพฒั นา
ภาควชิ าเคมี คณะวทิ ยาศาสตร์

จุฬาลงกรณ์มหาวทิ ยาลัย
13 กรกฎาคม 2555

P .Vanalabhpatana 2012

Outline

บทนํา
ค่าคงทสี มดุล
ปัจจัยทมี ีผลต่อภาวะสมดุล: หลกั ของเลอชาเตอลเิ อ
บทสรุป

P .Vanalabhpatana 2012

1

10/07/55

บทนํา

P .Vanalabhpatana 2012

บทนํา

ปฏิกิริยาเคมีโดยส่วนใหญ่ เป็น ปฏิกิริยาผนั กลบั ได้ (reversible reaction)
คือ เกิดไดท้ งั

ปฏิกิริยาไปขา้ งหนา้ (forward reaction) สารตงั ตน้ → ผลิตภณั ฑ์
ปฏิกิริยายอ้ นกลบั (reverse reaction) ผลิตภณั ฑ์ → สารตงั ตน้

ปฏิกิริยาเคมีจะเขา้ สู่ ภาวะสมดุล (equilibrium) เมือ
อตั ราการเกิดปฏิกิริยาไปขา้ งหนา้ เท่ากบั อตั ราการเกิดปฏิกิริยา
ยอ้ นกลบั
ทาํ ใหค้ วามเขม้ ขน้ ของสารตงั ตน้ และผลิตภณั ฑม์ ีค่าคงที

P .Vanalabhpatana 2012

2

10/07/55

สมดุลเคมี (Chemical Equilibrium)

พจิ ารณา ปฏิกิริยา 2NO2 (g)
เริมจากผลิตภณั ฑ์ NO2
N2O4 (g) equilibrium
เริมจากสารตงั ตน้ N2O4

equilibrium P .Vanalabhpatana 2012

R. Chang, Chemistry, 9th ed, McGraw-Hill, 2006.

สมดุลเคมี (Chemical Equilibrium)

พิจารณา ปฏิกิริยา 2NO2 (g)

N2O4 (g)
เริมจาก N2O4 และ NO2

equilibrium

R. Chang, Chemistry, 9th ed, McGraw-Hill, 2006. P .Vanalabhpatana 2012

3

10/07/55

สมดุลเคมี (Chemical Equilibrium)

พจิ ารณา ปฏิกิริยา 2NO2 (g)

N2O4 (g)
เริมจากสารตงั ตน้ N2O4

equilibrium

Reaction Rate N2O4

equilibrium NO2
Time
ความเขม้ ขน้ vs. เวลา
อตั ราการเกิดปฏิกิริยา vs. เวลา
R. Chang, Chemistry, 9th ed, McGraw-Hill, 2006.
P .Vanalabhpatana 2012

สมดุลเคมี (Chemical Equilibrium)

เป็ น สมดุลไดนามิก (dynamic equilibrium) เนืองจากวา่ ณ ภาวะสมดุล
ถึงแมว้ า่ ความเขม้ ขน้ ของสารตงั ตน้ และผลิตภณั ฑข์ องระบบมีค่าคงที
ระบบทีเกิดปฏิกิริยายงั คงมีการเปลียนแปลงไปขา้ งหนา้ และ ยอ้ นกลบั
เกิดขึนตลอดเวลา ดว้ ยอตั ราเร็วเท่ากนั

นอกจาก สมดุลในปฏิกิริยาเคมี ยงั มี
สมดุลระหวา่ งสถานะ (phase equilibrium)
H2O(l) H2O (g)

P .Vanalabhpatana 2012

4

10/07/55

ค่าคงทสี มดุล

P .Vanalabhpatana 2012

ค่าคงทสี มดุล (Equilibrium Constant, K)

พิจารณา สมการแสดงปฏิกิริยา

aA + bB cC + dD

a, b, c, และ d คือ สมั ประสิทธิแสดงจาํ นวนสาร A, B, C, และ D ตามลาํ ดบั

จะไดว้ า่

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

ความเขม้ ขน้ ในสมการคือความเขม้ ขน้ ของสาร ณ ภาวะสมดุล

ไม่เขียนแสดงสารทีเป็ นของแขง็ หรือ ของเหลว หรือ ตวั ทาํ ละลาย

ไม่นิยมใส่หน่วยกาํ กบั

P .Vanalabhpatana 2012

5

10/07/55

ค่าคงทสี มดุล (Equilibrium Constant, K)

ตวั อยา่ ง สมดุลเอกพนั ธุ์ (homogeneous equilibrium)

N2O4 (g) 2NO2 (g)

เขียนค่าคงทีสมดุลได้ 2 แบบ

จากความเขม้ ขน้ , Kc = [[NN2OO24]]2

จากความดนั , Kp = 2

PNO2
PN2O4

P .Vanalabhpatana 2012

ค่าคงทสี มดุล (Equilibrium Constant, K)

พิจารณา สมการแสดงปฏิกิริยา

aA (g) + bB (g) cC (g) + dD (g)

a, b, c, และ d คือ สมั ประสิทธิแสดงจาํ นวนสาร A, B, C, และ D ตามลาํ ดบั

จะไดว้ า่

Kp = Kc (RT)∆n

∆n = สมั ประสิทธิผลิตภณั ฑท์ ีเป็ นแก๊ส – สมั ประสิทธิสารตงั ตน้ ทีเป็ นแก๊ส
= (c + d) - (a + b)

P .Vanalabhpatana 2012

6

10/07/55

ค่าคงทีสมดุล (Equilibrium Constant, K)

ตวั อยา่ ง สมดุลววิ ธิ พนั ธุ์ (heterogeneous equilibrium)

Fe2+ (aq) + Ag+ (aq) Fe3+ (aq) + Ag (s)
จะได้
= [Fe3+]
Kc = Kc′/ [Ag] [Fe2+] [Ag+ ]

P .Vanalabhpatana 2012

ค่าคงทสี มดุล (Equilibrium Constant, K)

การเขียนค่า K ตอ้ งแสดงสมการทีดุลของปฏิกิริยาดว้ ย

2A A2 K1 K1 ≠ K2
4A 2A2 K2

ผลคูณของค่า K ของปฏิกิริยาไปขา้ งหนา้ กบั ค่า K ของปฏิกิริยายอ้ นกลบั ใน
ปฏิกิริยาเดียวกนั เท่ากบั 1

ไปขา้ งหนา้ 2A → A2 K1 = [A2]/[A]2
ยอ้ นกลบั 2A ← A2 K3 = [A]2/[A2]
จะไดว้ า่ K1 K3 = 1
P .Vanalabhpatana 2012

7

10/07/55

ค่าคงทีสมดุล (Equilibrium Constant, K)

ค่า K ของปฏิกิริยารวมทีเกิดจากปฏิกิริยายอ่ ยๆ หลายขนั ตอน เท่ากบั ผลคูณ
ของค่า K ของปฏิกิริยายอ่ ยในแต่ละขนั

Kรวม = K1K2…Kn
ค่า K ใหข้ อ้ มูลวา่ มีสารตงั ตน้ หรือ ผลิตภณั ฑ์ มากนอ้ ยเพียงใด ณ ภาวะสมดุล
แต่ไม่บอกวา่ ปฏิกิริยาเกิดชา้ หรือเร็ว

ค่า K > 1 แสดงวา่ มีผลิตภณั ฑ์ > สารตงั ตน้
ค่า K < 1 แสดงวา่ มีผลิตภณั ฑ์ < สารตงั ตน้
ค่า K เป็ นค่าคงทีทีขึนกบั อณุ หภมู ิ

P .Vanalabhpatana 2012

ปัจจยั ทีมผี ลต่อภาวะสมดุล

P .Vanalabhpatana 2012

8

10/07/55

หลกั ของเลอชาเตอลเิ อ (Le Chatelier’s Principle)

“เมือระบบทีอยใู่ นภาวะสมดุลถกู รบกวน ระบบจะเกิดการเปลียนแปลงใน
ทิศทางทีลดการรบกวนนนั เพอื ใหเ้ ขา้ สู่ภาวะสมดุลใหม่อีกครัง”

ตวั อยา่ ง

การรบกวน การเปลยี นแปลงของระบบ
เพิมความเขม้ ขน้ ของสารตงั ตน้ ลดความเขม้ ขน้ ของสารตงั ตน้ นนั
ลดความเขม้ ขน้ ของสารตงั ตน้ เพิมความเขม้ ขน้ ของสารตงั ตน้ นนั

เพิมความดนั ลดความดนั นนั

P .Vanalabhpatana 2012

การเปลยี นแปลงความเข้มข้น

ปฏิกิริยา aA + bB cC + dD

↑→

←↑

การเปลยี นแปลง ผลต่อสมดุล
↑ [สารตงั ตน้ ] →
↓ [สารตงั ตน้ ] ←
↑ [ผลิตภณั ฑ]์ ←
↓ [ผลิตภณั ฑ]์ →

P .Vanalabhpatana 2012

9

10/07/55

การเปลยี นแปลงความดนั และปริมาตร

ปฏิกิริยาของแก๊สทีผลรวมสมั ประสิทธิของสารตงั ตน้ ≠ ของผลิตภณั ฑ์

A (g) + B (g) C (g)

↑ P, ↓ V →

↓P, ↑ V ←

การเปลยี นแปลง ผลต่อสมดุล
↑ ความดนั เปลียนแปลงไปดา้ นทีผลรวมสมั ประสิทธินอ้ ย
↓ ปริมาตร เปลียนแปลงไปดา้ นทีผลรวมสมั ประสิทธินอ้ ย
↓ ความดนั เปลียนแปลงไปดา้ นทีผลรวมสมั ประสิทธิมาก
↑ ปริมาตร เปลียนแปลงไปดา้ นทีผลรวมสมั ประสิทธิมาก

P .Vanalabhpatana 2012

การเปลยี นแปลงอุณหภูมิ

ส่งผลต่อค่าคงทีสมดุล (K) ของปฏิกิริยา

ขึนอยกู่ บั ลกั ษณะของปฏิกิริยาวา่ เป็ นปฏิกิริยา ดูด ความร้อน
(endothermic reaction) หรือ คาย ความร้อน (exothermic reaction)

การเปลยี นแปลง ปฏิกริ ิยาในทศิ ไปข้างหน้า ผลต่อสมดุล
↑ T ดูดความร้อน ↑ K, ↑ ผลิตภณั ฑ์
คายความร้อน ↓ K, ↓ ผลิตภณั ฑ์
↓ T ดูดความร้อน ↓ K, ↓ ผลิตภณั ฑ์
คายความร้อน ↑ K, ↑ ผลิตภณั ฑ์

P .Vanalabhpatana 2012

10

10/07/55

บทสรุป

บทสรุป

สมดุลเคมีเป็น สมดุลไดนามกิ โดยระบบทีเกิดปฏิกิริยายงั คงมีการ
เปลียนแปลงไปขา้ งหนา้ และยอ้ นกลบั เกิดขึนตลอดเวลาดว้ ยอตั รา
เร็วทีเท่ากนั ทาํ ใหค้ วามเขม้ ขน้ ของสารตงั ตน้ และผลิตภณั ฑข์ อง
ระบบมีค่าคงที

ค่าคงทีสมดุล เป็นค่าคงทีทีขนึ กบั อณุ หภูมิ ใหข้ อ้ มูลวา่ มีสารตงั ตน้
หรือ ผลิตภณั ฑ์ มากนอ้ ยเพียงใด ณ ภาวะสมดุล โดยไม่สามารถบอก
วา่ ปฏิกิริยาเกิดชา้ หรือเร็วได้

การเปลียนแปลงความเขม้ ขน้ ความดนั และปริมาตร ไม่ส่งผลต่อ
ค่าคงทีสมดุลของปฏิกิริยา ซึงแตกต่างจากการเปลียนแปลงอุณหภมู ิ

P .Vanalabhpatana 2012

11