สมดุลเคมี (Chemical Equilibrium)t2040113/data/Equilibrium/ChemicalEuilibrium.pdf · สาวิชาเคมี โรงเรียนมหิดลวิทยานุสรณ์

สาวชาเคม โรงเรยนมหดลวทยานสรณ (องคการมหาชน) หนา 1

สมดลเคม

สมดลเคม (Chemical Equilibrium)

ปฏกรยาเคมสวนใหญเปนปฏกรยาทด าเนนไปทศทางเดยวคอจากสารตงตนเปลยนแปลงไปเปนผลตภณฑและเกดขนอยางสมบรณ เชน การเผาไหมน ามนเชอเพลง เปนตน ปฏกรยานจดเปนปฏกรยาทผนกลบไมได (Irreversible reaction) แตเรากจะมกพบเสมอวาบางปฏกรยาไมด าเนนไปจนเสรจสมบรณ หมายความวาตวท าปฏกรยาทงหมดไมไดเปลยนไปเปนผลปฏกรยา ยงคงเหลอตวท าปฏกรยาอย ปฏกรยาเชนนเรยกวาปฏกรยาทผนกลบได (Reversible reaction)

1. การเปลยนแปลงทผนกลบได

การเปลยนแปลงทผนกลบได หมายถง การเปลยนแปลงทเมอเปลยนแปลงไปแลวสามารถกลบคนสสภาพเดมไดอก หรอ หมายถงการเปลยนแปลงทมทงการเปลยนแปลงไปขางหนาและการเปลยนแปลงยอนกลบ เชน

ตวอยางของปฏกรยาเคมทผนกลบได

เมอหยดสารละลาย HCl ลงในสารละลาย [Co(H2O)6]2+ จะไดสน าเงนของ [CoCl4]

2-

ดงสมการ [Co(H2O)6]2+ + 4Cl- [CoCl4]

2- + 6H2O สชมพ สน าเงน

และเมอเตมน าลงในสารละลายสน าเงนของ [CoCl4]2- จะไดสารละลายสชมพของ [Co(H2O)6]

2+ กลบคนมาดงสมการ

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

2- + 6H2O สชมพ สน าเงน

แสดงปฏกรยานเกดการเปลยนแปลงทผนกลบได หรอเกดปฏกรยาผนกลบได เขยนแทนดวยลกศรไป-กลบ ( )

รปก. รป ข.



รปก. [Co(H2O)6]

2+ + 4Cl- [CoCl4]2- + 6H2O

สชมพ สน าเงน

รป ข. 2. ภาวะสมดล

เมอสารท าปฏกรยากน ทภาวะสมดลจะมทงสารทเขาท าปฏกรยา (reactant) และ ผลผลต (product) ภาวะสมดล (equilibrium state) เกดขนเมออตราการเกดปฏกรยาไปขางหนา (forward reaction ) เทากบอตราการเกดปฏกรยายอนกลบ (reverse reaction ) ถาในระบบทพจารณาถาปฏกรยาเปลยนไปขางหนาและยอนกลบเกดขนตลอดเวลา เรยกวา สมดลพลวต หรอสมดลไดนามก (dynamic equilibrium) เขยนแทนดวยลกศรไป-กลบ ( ) แบงออกไดเปน 3 ประเภท คอ

2.1 ภาวะสมดลระหวางสถานะ

สารตางๆสามารถเปลยนสถานะได โดยมการเปลยนแปลงพลงงานควบคไปดวย ดงแผนภาพน

ดดพลงงาน ดดพลงงาน ของแขง ของเหลว กาซ

คายพลงงาน คายพลงงาน

จากแผนภาพดานบน ระบบจะเปนสภาวะสมดลไดกตอเมอ จะตองอยในระบบปดเทานน ตวอยาง solid gas ; เชน I2(s) I2(g) การระเหดของเกลดไอโอดน C10H16O(s) C10H16O(g) การระเหดของการบร solid liquid; เชน H2O(s) H2O(l) liquid gas; เชน H2O(l) H2O(g)

เราสามารถสงเกตจากสทคงท หรอ สถานะของสารคงทด เสมอนไมเกดการเปลยนแปลง แตความจรงแลวระบบมไดหยดนงและมการเปลยนแปลงตลอดเวลาเรยกการเกดสภาวะแบบนวา “สมดลไดนามก” ดงนนภาวะสมดลระหวางสถานะ กเปนสมดลไดนามก

2.2 ภาวะสมดลในสารละลายอมตว เมอใหตวถกละลาย ละลายในตวท าละลาย ตวถกละลายกจะละลายไดเรวในตอนแรก แลวละลายไดชาลงและเมอเกดสารละลายอมตว เราจะพบวาตวถกละลายไมละลายตอไปอกไม

NO2 (g) N2O4 (g) น าตาล ไมมส



วาจะคนสารละลายเปนเวลานานเทาใดถาอณหภมคงท เชน การน าเกลอแกง (NaCl) มาละลายน า จนไดสารละลาย และละลายตอจนไดสารละลายอมตว เมอตงสารละลายอมตวไวจะเกดผลกของ NaCl เกดขน แลวจะมปรมาณเพมขนเรอยๆจนในทสดผลกคงท เรายงดเหมอนวาไมเกดผลกอก แตในระบบผลกยงคงเกดขนเรอยๆแลวกละลายในสารละลายอกดวย ดงนน ภาวะสมดลในสารละลายอมตวกเปนสมดลไดนามก

2.3 ภาวะสมดลในปฏกรยาเคม ภาวะสมดลในปฏกรยาเคมเกดขนไดกตอเมอเปนปฏกรยาผนกลบไดและเกดปฏกรยาในระบบปด โดยระบบ แบงออกเปน

1) ระบบเปด (Opened system) คอระบบทมการถายเทไดทงมวลสารและพลงงานกบสงแวดลอม

2) ระบบปด (Closed system) คอระบบทมการถายเทเฉพาะพลงงานอยางเดยว แตไมมการถายเทมวลสาร

3) ระบบโดดเดยว (Isolated system) คอระบบทไมมการถายเททงพลงงานและมวลสารแกสงแวดลอม

CO(g) + 3H2(g) CH4(g) + H2O(g)

ถาเรมตนเราใส CO จ านวน 1.0 โมล และ H2 จ านวน 3.0 โมล ลงในภาชนะขนาด 10.0 ลตร ท 1200 K อตราการเกดปฏกรยาระหวาง CO กบ H2 ขนกบความเขมขนของ CO และ H2 คอ ตอนแรกๆ สารทงสองชนดมความเขมขนมาก แตเมอสารท าปฏกรยากน ความเขมขนจะลดลงเรอยๆ นนคอ อตราการเกดปฏกรยาจะสงในชวงแรกๆ แลวจะคอยๆลดลง ในขณะทความเขมขนของผลผลต (ทมคาเทากบศนยในตอนแรก) จะคอยๆเพมขน และมคาคงทเมอถงภาวะสมดล หรอกลาวไดอกอยางหนงวา ตอนแรกๆอตราการเกดปฏกรยายอนกลบมคาเปนศนย แลวคอยๆเพมขนจนเทากบอตราการเกดปฏกรยาไปขางหนา เมอถงสมดล ทภาวะสมดล ความเขมขนของสารตางๆ มคาคงท และเราจะไมเหนการเปลยนแปลงใดๆ อกถงแมวาปฏกรยายงคงด าเนนไป ดงนน ในปฏกรยาใดจะเกดสมดลไดจะตอง

1. เกดในระบบปด 2. มสมดลไดนามก 3. ยงมสารตงตนเหลออย 4. ระบบสามารถเขาสสมดลไดไมวาจะเรมตนจากไปขางหนาหรอยอนกลบ 5. เกดการเปลยนแปลงทผนกลบได 6. ความเขมขน, ความดน และ อณหภมมผลตอภาวะสมดล



3. การด าเนนเขาสภาวะสมดลของระบบ

การด าเนนเขาสสภาวะสมดลของระบบไมขนอยกบทศทาง ไมวาจะเรมจากการเปลยนแปลงไปขางหนาหรอเรมจากการเปลยนแปลงยอนกลบ เมอระบบเขาสสมดล ภาวะสมดลทเกดขนจะมลกษณะเหมอนกนทกประการ

การเขยนกราฟแสดงการเกดภาวะสมดล เขยนไดสองลกษณะ คอ 1. กราฟแสดงความสมพนธระหวางอตราการเกดปฏกรยากบเวลา

2. เขยนกราฟแสดงความสมพนธระหวางความเขมขนของสารกบเวลา

ก. ทภาวะสมดลทเวลา t1 ความเขมขนของสาร A มากกวาความเขมขนของสาร B (ความเขมขนของสารตงตนมากกวาความเขมขนของผลตภณฑ)

เวลา

[A]

[B]

ความเขมขน

t1

เวลา

อตราการเกดปฏกรยาไปขางหนา

อตราการเกดปฏกรยายอนกลบ

2Fe3+(aq) + 2I-(aq) 2Fe2+(aq) + I2(aq)

2Fe2+(aq) + I2(aq) 2Fe3+(aq) + 2I-(aq)

อตรา การเกด ปฏกรยา



ข.ทภาวะสมดลทเวลา t1 ความเขมขนของสาร A นอยกวาความเขมขนของสาร B (ความเขมขนของสารตงตนนอยกวาความเขมขนของผลตภณฑ)

ค. ทภาวะสมดลทเวลา t1 ความเขมขนของสาร A เทากบความเขมขนของสาร B (ความเขมขนของสารตงตนเทากบความเขมขนของผลตภณฑ)


เวลา

[A] = [B]

t1

เวลา

[A]

[B]

t1




4. สมดลในปฏกรยาเคม

4.1 คาคงทสมดล กฎของภาวะสมดลทางเคม (Law of Chemical Equilibrium) กลาววา “ ส าหรบปฏกรยาทผนกลบได ทภาวะสมดล ผลคณของความเขมขนของสารผลตภณฑ เมอหารดวยผลคณของความเขมขนของสารตงตนทเหลอ โดยทความเขมขนของสารแตละชนดยกก าลงดวยเลขสมประสทธบอกจ านวนโมลของสารในสมการทดลแลวจะมคาคงทเสมอเมออณหภมคงท” เมอใหปฏกรยาทวไปเปนดงน คอ สาร A จ านวน a โมล ท าปฏกรยากบสาร B จ านวน b โมล ไดสาร C จ านวน c โมล และ สาร D จ านวน d โมล ตามล าดบ ดงสมการ

aA (aq) + bB (aq) cC (aq) + dD (aq) อตราการเกดปฏกรยาไปขางหนา (The rate of forward of the reaction, rf) คอ

rf = kf[A]a[B]b อตราการเกดปฏกรยายอนกลบ (The rate of reverse of the reaction, rr) คอ

rr = kr[C]c[D]d ทสมดล อตราการเกดปฏกรยาไปขางหนาเทากบอตราการเกดปฏกรยายอนกลบ

kf[A]a[B]b = kr[C]c[D]d

cba

dc

r

f K[B][A]

[D][C]

k

k

“The equilibrium constant Kc, is defined as the product of the equilibrium

concentrations (in moles per liter) of the products, each raised to the power that corresponds to its coefficient in the balanced equation, divided by the product of the equilibrium concentrations of reactants, each raised to the power that corresponds to its coefficient in the balanced equation”

ทภาวะสมดล จะได ba

dc

c [B][A][D][C]

K ; K = คาคงทของสมดล

*** ความเขมขนของสารทจะมาแทนในสมการตองเปนความเขมขนทภาวะสมดล

เชน

2Fe3+(aq) + 2I-(aq) 2Fe2+(aq) + I2(aq)



จะเขยนไดวา 223

222

c ][I][Fe][I][Fe

K

หากภาวะสมดลทเกดขนในปฏกรยาทมสารอยในวฏภาคเดยวกนทงหมดจะเรยกวา สมดลเอกพนธ (Homogeneous reaction) ส าหรบปฏกรยาทเกดขนทสารตงตนและสารผลตภณฑมวฏภาคแตกตางกน เรยกวาสมดลววธภณฑ (Heterogeneous reaction)

ถาสารทเกยวของในปฏกรยา มของแขงหรอของเหลวทบรสทธรวมอยดวย ไมตองน าความเขมขนของสารทเปนของแขงหรอของเหลวบรสทธ มาเขยนไวในอตราสวนทแสดงคาคงท ของสมดล เพราะสารทเปนของแขงและของเหลวบรสทธจะมความเขมขนคงท เชน

[CuCl4]

2- (aq) + 4H2O (l) [Cu(H2O)4]2+ (aq) + 4Cl- (aq)

]][[CuCl]][Cl]O)[[Cu(H

K2

4

242

c

- ขอสงเกตเกยวกบคาคงทของสมดล (K) 1. คา K ขนอยกบอณหภม คอ เมออณหภมคงท คา K กจะคงท แตถาอณหภมเปลยน คา K กจะเปลยนดวย ดงนน เมอกลาวถงคา K ตองอางอณหภมเสมอ 2. คา K ในปฏกรยาตางชนดกนสวนใหญจะมหนวยตางกน และบางปฏกรยาไมมหนวย ขนกบสถานะของสาร 3. คา K ขนอยกบลกษณะของสมการทเขยน คอ ถาเขยนสดสวนของจ านวนโมลของสารตงตนและสารผลตภณฑในสมการตางกน คา K ไมเทากน ดงนนเมอกลาวถงคา K จะตองอางองถงสมการดวยเสมอ เชน ½ N2O4(g) NO2 (g)

ถา N2O4(g) 2NO2(g)

K2 = (K1)

2

[NO2]2

[N2O4]

K2 = = 0.36 (ท 100 oC)

[NO2]

[N2O4]1/2

K1 = = 0.60 (ท 100 oC)



4. ถาเขยนสมการกลบกน คา K กจะกลบกนดวย เชน N2O4(g) 2NO2(g)

และ 2NO2 (g) N2O4 (g)

K2

1K

1

5. ในกรณเกดขนหลายขนตอน ถาปฏกรยายอยๆบวกกนแลวเปนปฏกรยารวม คา K ของปฏกรยารวมจะเทากบผลคณของปฏกรยายอยๆ เชน

2

1

22

31322

]][O[SO

][SOK ; (g)SO (g)O

21

(g)SO = 20 (ท 700 oC)

2

1

2

2222 ][NO

][NO][OK (g);O

21

NO(g) (g)NO = 0.012 (ท 700 oC)

ดงนน เมอ (1) + (2) จะได

]][NO[SO][NO][SO

K NO(g);(g)SO (g)NO(g)SO22

33322 = 0.24 (ท 700 oC)

ดงนน 213 K x KK = 20 x 0.012 K3 = K1 x K2 6. ถาปฏกรยารวมไดจากปฏกรยายอยลบกน คา K รวมกเทากบคา K ยอยหารกน

2

1

22

31322

]][O[SO

][SOK ; (g)SO (g) O

21

(g)SO = 20 (ท 700 oC)……(1)

83.33][NO][O

][NOK ; (g)NO (g)O

21

NO(g)2

1

2

2222 (ท 700 oC) ...(2)

(1) – (2) = (3)

[NO2]2

K2 = = 2.8 (ท 100 oC) [N2O4]

[NO2]2

[N2O4]

K1 = = 0.36 (ท 100 oC)



SO2 (g) + NO2 (g) SO3 (g) + NO (g) ; ]SO][NO[]NO][SO[

K22

33

= 0.24 (ท 700 oC)

0.2483.33

20

K

K K

2

13

K

K K

2

13

7. ถาน าคาคงทมาคณทงสมการ คา K ใหมทไดจะน ามายกก าลง K เดม

NO (g) + ½ O2(g) NO2(g) ; 2

1

2

21

]][[

][

ONO

NOK …(1)

2 x (1) ; 2NO (g) + O2 (g) 2NO2 (g) ; ][][

][

2

2

2

22

ONO

NOK …(2)

2

12 KK ดงนนสรปไดวา

1) ถากลบสมการ คา K จะกลบเศษเปนสวน 2) ถาน าสมการมารวมกน คา K จะน ามาคณกน 3) ถาเอาเลขคณทงสมการ คา K น ามายกก าลงเลขนน

4) ถาน าสมการมาลบกน คา K จะน ามาหารกน หลกการค านวณหาคา K เพอทราบความเขมขนของสาร

1.เขยนสมการของปฏกรยาพรอมดลสมการนน 2.หาจ านวนโมลหรอ โมล/ลตร เมอเรมตนปฏกรยา (Initial) หรอ t = 0 3.หาจ านวนโมลหรอ โมล/ลตร ทเปลยนแปลงไป เนองจากเกดปฏกรยาโดยก าหนดให

จ านวนโมลทหายไปเปนลบ (สารตงตน) จ านวนโมลทเพมขนเปนบวก (สารผลตภณฑ) 4.หาจ านวนโมล หรอ โมล/ลตร ณ จดสมดล (Final) หรอ t = te โดยน า ขอ 2 + ขอ 3

ตามเครองหมายบวกลบนน ๆ แลวเปลยนจ านวนโมล ณ จดสมดลใหเปนโมล /ลตร แลวจงแทนคาความเขมขนในสมการคา Kc



ลกษณะโจทยในการค านวณคาคงทสมดล มทงหมด 4 แนวทาง

1. ใหหา คาคงทสมดล โดยก าหนดความเขมขนใหทกคา 2. ใหหาคาคงทสมดล โดยก าหนดความเขมขนใหบางคา สวนคาทเหลอหา

จากสมการเคม 3. ก าหนดคาคงทสมดลให และหาความเขมขนของสารแตละตว 4. การหาคา K เมอมการรบกวนสมดล

แนวทางท 1 ใหหา คาคงทสมดล โดยก าหนดความเขมขนใหทกคา ตวอยางท 1 ระบบหนงประกอบดวยสาร PCl5, PCl3, Cl2 เมอท าการทดลองทอณหภม 250

องศาเซลเซยส มสมการดงน PCl5 (g) PCl3 (g) + Cl2 (g) ทภาวะสมดลพบ PCl5 = 1.5 M PCl3 = 0.20 M และ Cl2 เขมขน 0.30 M จงหาคา Kc วธท า ขนท 1 เขยนสมการ พรอมทงดลสมการ

PCl5 (g) PCl3 (g) + Cl2 (g)

ขนท 2 หาความเขมขน ณ ภาวะสมดล

PCl5 (g) PCl3 (g) + Cl2 (g) ภาวะสมดล (eq) 1.5 M 0.20 M 0.30 M ขนท 3 หาคาคงทสมดล โดยน าคาความเขมขนทภาวะสมดลมาแทนในสมการ Kc

M040.05.1

20.030.0

PClPClCl

K5

32c



ตวอยางท 2. ปฏกรยา 2A (aq) + B (s) + C (g) 2D (g) ทภาวะสมดลในภาชนะขนาด 2.0 dm3 ม A 4.0 mol, B 4.0 mol, C 2.0 mol, and D 6.0 mol จงค านวณหาคาคงทสมดลของปฏกรยาน วธท า

ขนท 1 เขยนสมการ 2A (aq) + B (s) + C (g) 2D (g)

ขนท 2 หาจ านวนโมล ณ ภาวะสมดล โดยไมคดโมลของของแขง 2A (aq) + B (s) + C (g) 2D (g) ภาวะสมดล (eq) =4.0 mol =2.0 mol =6.0 mol

ขนท 3 หาความเขมขน ณ ภาวะสมดล 2A (aq) + B (s) + C (g) 2D (g) = 2.0 M =1.0 M =3.0 M

ขนท 4 หาคาคงทสมดล โดยน าคาความเขมขนทภาวะสมดลมาแทนในสมการ Kc

1

2

2

2

2

c

M3.2

0.10.20.3

CAD

K

แนวทางท 2 ใหคา K โดยก าหนดความเขมขนใหบางคา สวนคาทเหลอหาจากสมการ

ตวอยาง ทอณหภม 700 องศาเซลเซยส เมอน า N2 จ านวน 2.00 mol มาท าปฏกรยากบ H2 จ านวน 2.00 mol ในภาชนะปด 2.00 ลตร ภาวะสมดลมกาซแอมโมเนย เกดขนจ านวน 1.00 mol จงหาคา Kc วธท า

ขนท 1 เขยนสมการ พรอมดลสมการ N2 (g) + 3H2 (g) 2NH3 (g) ขนท 2 หาจ านวนโมล ณ ภาวะเรมตน N2 (g) + 3H2 (g) 2NH3 (g) จ านวนโมลเรมตน (in) = 2.0 = 2.0 = 0.0 mol



ขนท 3 หาความเขมขน ณ ภาวะเรมตน N2 (g) + 3H2 (g) 2NH3 (g) ความเขมขนเรมตน (in) = 1.0 = 1.0 = 0.00 M

ขนท 4 หาความเขมขน ณ ภาวะเปลยนแปลง โดยใหดจากจ านวนสมประสทธของสมการทดลแลว จากโจทยพบวาทภาวะสมดลเกด NH3 ขน 0.5 M ดงนนความเขมขน ณ ภาวะเปลยนแปลงจะเปน N2 (g) + 3H2 (g) 2NH3 (g)

ภาวะเปลยนแปลง (ex) = -0.25 = -0.75 = + 0.50 M

ขนท 5 หาความเขมขน ณ ภาวะสมดล โดยน าขนท 3 และ ขนท 4 มาบวกกน N2 (g) + 3H2 (g) 2NH3 (g)

ภาวะสมดล (eq) = (1.0 - 0.25) = (1.0 - 0.75) = (0.00+ 0.50) M = 0.75 = 0.25 = 0.50 M


2

3

2

3

22

2

3c

M14

25.075.050.0

HNNH

K

แนวทางท 3 ก าหนดคา K มาให และใหหาความเขมขนของสารแตละตว

ตวอยาง น า H2 มาจ านวน 44.8 dm3 ท STP ท าปฏกรยากบ I2 จ านวน 44.8 cm3 ท STP ในภาชนะ 2.0 ลตร ทภาวะสมดลมคา Kc เทากบ 4.0 จงหาความเขมขนของ H2, I2 และ HI ณ ภาวะสมดล วธท า

ขนท 1 เขยนสมการ H2 (g) + I2 (g) 2 HI (g)

ขนท 2 หาโมลเรมตน

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

(in) 00.24.228.44 00.2

4.228.44 0.00 mol



ขนท 3 เปลยนเปนความเขมขน

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

(in) 2.001.00

2.00 2.00

1.002.00

0.00 M

ขนท 4 หาโมลทภาวะสมดล

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

(eq) 1.00 – a 1.00 – a 2a M


]I][H[

]HI[K

22

2

c

2

24.0

1.00

a

a

2.01.00

a

a

2.0 (1.00-a) = 2a a = .50 mol/dm3 แทนคา [H2] = [I2] = (1.00-a) = 1.00 – 0.50 = 0.50 mol / dm3 [HI] = a = 0.50 mol / dm3 แนวทางท 4 การหาคา Kc หรอหาความเขมขน เมอมการรบกวนสมดล ใชหลกการทวา คาคงทใหม เทากบคาคงทเดม หรอ Kc ใหม = Kc เดม ตวอยาง ท 500 องศาเซลเซยส ณ ภาวะสมดลของปฏกรยาในภาชนะขนาด 1 .0 ลตร ม กาซ A, B, C และ D เทากบ 4.0, 3.0, 2.0 และ 1.0 mol ตามล าดบ ถาเตม A 1.0 mol จงหาความเขมขนของสารตาง ๆ ทภาวะสมดลใหม

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

วธท า



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

(eq เดม) 4.0 3.0 2.0 1.0 M (in ใหม) 4.0+1.0 3.0 2.0 1.0 M (ex ใหม) -x -x +x +x M (eq ใหม) (5.0-x) (3.0 -x) (2.0+x) (1.0+x) M

K ใหม = K เดม

11.0

6

1

0.30.5

0.20.1

0.30.4

0.10.2

0.30.5

0.20.1

X

XX

XX

XX

XX

ความเขมขน ณ ภาวะสมดลใหม ของA = 4.89 M, B = 2.89 M C = 3.11 M, D = 2.10 M 4.2 คาคงทสมดลของปฏกรยาของแกส ถาสารอยในสถานะกาซการหาความเขมขนจะยงยากกวา ดงนนเพอความสะดวกจะท าการวดความดนมากกวาความเขมขน ดงนนคาคงทสมดลทวดจากความดน คอ Kp

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

b

B

a

A

d

D

c

C

pPP

PPK

)()(

)()(

ความสมพนธระหวางคา Kc และ Kp จาก PV = nRT ส าหรบสาร A A AP V n RT

[ ]AA

nP RT A RT

V

ในท านองเดยวกนส าหรบสาร B, C, D [ ] , [ ] , [ ]B C DP B RT P C RT P D RT ,

แทนคา

http://images.google.co.th/imgres?imgurl=http://home.att.net/~jenkinsg524/Chemist_7.gif&imgrefurl=http://home.att.net/~jenkinsg524/chemicalformulas.htm&h=588&w=417&sz=13&hl=th&start=32&tbnid=P_baf1or9epLSM:&tbnh=135&tbnw=96&prev=/images?q=chemist&start=20&gbv=2&ndsp=20&hl=th&sa=N



( ) ( ) ([ ] ) ([ ] )

( ) ( ) ([ ] ) ([ ] )

c d c d

c Dp a b a b

A B

P P C RT D RTK

P P A RT B RT

( ) ( )([ ]) ([ ])( )

([ ]) ([ ])

c dc d a b

p a b

C DK RT

A B

( ) n

p cK K RT โดยท n คอ จ านวนโมลของกาซในปฏกรยา หาจาก ตวอยาง

2 4 2( ) 2 ( )

( )p c

N O g NO g

K K RT

4.3 คาคงทสมดลของปฏกรยาววธพนธ

จากสมดลทไดศกษามาแลว ไดแก สมดลในสารละลาย สมดลของแกส พบวาสารตงตน และสารผลตภณฑทกชนดมสถานะเหมอนกน สมดลของปฏกรยานเรยกวา สมดลเอกพนธ (Homogeneous equilibrium) แตอยางไรกตามถาในบางสมดลสารตงตน และสารผลตภณฑ ไมไดมสถานะเดยวกน สมดลของปฏกรยาน เรยกว า สมดลววธภณฑ (Heterogeneous equilibrium) เชนปฏกรยาการสลายตวดวยความรอนของหนปน (แคลเซยมคารบอเนต) ไปเปนปนดบ (แคลเซยมออกไซต)

คาคงทสมดลของปฏกรยานเขยนไดเปน

โดยสวนใหญ ความเขมขนของสารบรสทธทเปนของแขงจะคงท ดงนน

จะไดวา KC = [CO2] โดยท KC = KC” [CaCO3] / [CaO]



รป แสดงการสลายตวของแคลเซยมคารบอเนตในชวงตางๆแตมอณหภมเดยวกน และวดความดนของแกสคารบอนไดออกไซดทเกดขนพบวาทสมดลความดนมคาคงทท งในภาพ a และ b (McMURRY, Chemistry 4th edition) 5. ประโยชนของคาคงทสมดล

คาคงทสมดลบอกใหทราบทศทางการเกดปฏกรยา การด าเนนไปของปฏกรยาวาเกดปฏกรยาไดมากนอยเทาใด และสามารถใชค านวณความเขมขนของสารตงตนและผลตภณฑทภาวะสมดลไดดวย

5.1 ใชท านายวาปฏกรยาเกดมากนอยเพยงใด ตวอยางเชนปฏกรยา

มคาคงทสมดลทอณหภม 500C เปน จะเหนไดวาคาคงทสมดลของปฏกรยานมคาสงมาก นนคอทภาวะสมดลมผลตภณฑเกดขนมากและเหลอสารตงตนอยนอย แสดงวาปฏกรยาด าเนนไปขางหนากลายเปนผลตภณฑไดเกอบหมด ในทางตรงกนขาม เชน ปฏกรยายอนกลบของการสลายตวของน า

มคาคงทสมดลทอณหภม 500C เปน

จะเหนไดวาคาคงทสมดลของปฏกรยานมคานอยมาก นนคอทภาวะสมดลมผลตภณฑเกดขนนอยมากและเหลอสารตงตนอยมาก แสดงวาปฏกรยาด าเนนไปขางหนากลายเปนผลตภณฑไดนอย



แตจากตวอยางขางตนจะเหนไดวา คาคงทสมดลทก าหนดใหมคาคอนขางชดเจนสามารถพจารณาไดงาย แตส าหรบบางปฏกรยาทคาคงทสมดลไมมคาทชดเจนมาก มหลกเกณฑพจารณาดงน

(McMURRY, Chemistry 4th edition) 1) ถา Kc >103 ถาเกดผลตภณฑมากกวาสารตงตน ปฏกรยาจะด าเนนไปขางหนาไดมาก 2) ถา Kc <10-3 เกดผลตภณฑนอยกวาสารตงตน ปฏกรยาจะด าเนนไปขางหนาไดนอย 3) ถา 10-3 < Kc <103 ความเขมขนของผลตภณฑกบสารตงตนมคาใกลเคยงกน

5.2 ใชท านายทศทางของปฏกรยา ถาในปฏกรยาทเราพจารณาไมไดอยในภาวะสมดลแตตองการท านายวาปฏกรยาเกดขนในทศทางใด มแนวโนมเปนเชนไร จะพจารณาจากคา Reaction quotient (Qc) ซงคาคงทสมดล Qc หาไดจาก “คาทไดจากผลคณความเขมขนของผลตภณฑยกก าลงดวยสมประสทธแสดงจ านวนโมลของสารในสมการทดลแลวหารดวยผลคณความเขมขนของตวท าปฏกรยายกก าลงดวยสมประสทธแสดงจ านวนโมล ของสารในสมการทดลแลว” ตวอยาง จากปฏกรยาทอณภม700 K 2 2( ) ( ) 2 ( ), 57.0cH g I g HI g K ก าหนดใหความเขมขนของสารตางๆเปนดงน

แทนคา

จะเหนไดวาคา Qc นอยกวาคา Kc แสดงวาปฏกรยานยงไมถงสมดล ดงนนปฏกรยาน

จะเกดขนในทศทางทจะตองเพมคา Qc ใหเขาใกลคา Kc นนคอ ปฏกรยาจะตองเกดในทศทางจากซายไปขวาเพอใหเขาสภาวะสมดล ดงนน สามารถท านายทศทางของปฏกรยาได จากความสมพนธระหวาง Qc และ Kc ดงตอไปน

ถา Qc < Kc จะเกดปฏกรยาไปขางหนา (จากซายไปขวา) ถา Qc > Kc จะกดปฏกรยายอนกลบ (จากขวาไปซาย) ถา Qc = Kc จะไมเกดปฏกรยาเนองจากระบบอยทระบบภาวะสมดล



สามารถแสดงไดดงแผนภาพตอไปน

(McMURRY, Chemistry 4th edition)

6. หลกของเลอชาเตอรเอ (Le Chatelier’s principle)

“If system at equilibrium is disturbed by changing its conditions (applying a stress), the system shifts in the direction that reduces the stress. If given sufficient time, a new state of equilibrium is established.” หรอมใจความดงน “เมอระบบทอยในภาวะสมดลถกรบกวนโดยการเปลยนแปลงปจจยทมผลตอภาวะสมดลของระบบ ระบบจะเกดการเปลยนแปลงไปในทศทางทจะลดผลรบกวน นน เพอใหระบบเขาสภาวะสมดลใหมอกครงหนง” หลกของเลอชาเตอรเอ สามารถใหอธบายการเปลยนภาวะสมดลเมอระบบถกรบกวนโดยปจจยทมผลตอภาวะสมดล ท าใหทราบวาเมอระบบถกรบกวนระบบจะเปลยนแปลงไปในทศทางใด (ไปขางหนา หรอ ยอนกลบ) และทสมดลใหมปรมาณสารแตละชนดเปนอยางไรเมอเทยบกบภาวะสมดลเดม ปจจย (Factor) ทสามารถเปลยนภาวะสมดลได ไดแก

1) ความเขมขน 2) ความดน

3) อณหภม

1) ความเขมขนกบการเปลยนภาวะสมดล จะสงผลใหสมดลเกดการเปลยนแปลงแลวเกดสมดลใหมเกดขน เชน ปฏกรยาระหวาง Fe(NO3)3 กบสารละลาย NH4SCN เมออยในระบบสมดลเขยนสมการไดดงน Fe3+(aq) + SCN-(aq) FeSCN2+(aq) สเหลองออน ไมมส สแดง



เมอเตมสารละลาย Fe(NO3)3 ลงไปในระบบทสมดลแลวความเขมขนของ Fe3+ ในระบบเพมขนจะพบวาสารละลายผสมมสแดงเขมขนและในทสดสคงทอกครง แสดงวาระบบปรบตวโดยลดความเขมขนของ Fe3+ โดยการเปลยนไปเปน FeSCN2+ ใหมากขนและ เขาสสมดลอกครง

เมอเตมสารละลาย NH4SCN จะท าใหความเขมขนของ SCN- ไอออนในระบบเพมขนสารละลายผสมจะมสแดงเขมขนแสดงวาม FeSCN2+ เพมขนไอออนเกดเพมขนตอมาสจะคงทแสดงวาระบบเขาสสมดลอกครง

2) ความดนกบการเปลยนภาวะสมดล จะมผลเฉพาะกาซหรอไอเทานน ระบบจะเขาสสมดลเมอถกรบกวนตามหลกของเลอชาเตอลเอ โดยอาศยกฎของบอยล (Boyle’s law):

PV

1 และกฎของอาโวกาโดร: V n

ถารบกวนสภาวะสมดลโดยการเพมความดนของระบบ ระบบจะปรบตวไปในทางทจะลดความดนของตวเอง โดยการลดจ านวนโมลของแกส คอเกดปฏกรยาจากดานทมแกสมากไปยงดานทมแกสนอย แลวเขาสสมดลใหม

แตถารบกวนภาวะสมดลโดยการลดความดนของระบบ ระบบจะปรบตวไปในทางทจะเพมความดนของตวเอง โดยการเพมจ านวนโมลของแกส คอเกดปฏกรยาจากดานทมแกสนอยไปยงดานทมแกสมาก แลวเขาสภาวะสมดลใหม

ถาเพมความดนสมดลจะเลอนไปทางโมลนอย และ ถาลดความดนสมดลจะเลอนไปทางโมลมาก

แตถาจ านวนโมลเทากนเมอเปลยนความดนระบบจะเขาสภาวะสมดลใหมโดยไมมการปรบตว เชน 2SO2(g) + O2(g) 2SO3(g) 3 mol 2 mol

ถาเพมความดน ระบบจะปรบตวเขาสสมดลโดยเลอนไปทางโมลนอย นนคอเลอนจากซายไปขวา

ถาลดความดน ระบบจะปรบตวเขาสสมดลโดยเลอนไปทางโมลมาก นนคอเลอนจากขวาไปซาย

3) อณหภมกบการเปลยนภาวะสมดล อณหภมมผลตอสมดลเคมวาด าเนนไปขางหนาหรอยอนกลบตองพจารณากอนวาปฏกรยาเคมนนเปนดดหรอคายความรอน หากปฏกรยาเปนปฏกรยาดดความรอน เมอเพมอณหภมจะสงผลใหระบบด าเนนไปขางหนามากขนแตหากลดอณหภมจะสงผลใหปฏกรยาเกดยอนกลบ ในทางกลบกนหากเปนปฏกรยาคายความรอนหากลดอณหภมจะสงผลใหปฏกรยาด าเนนไปขางหนา แตเมอเพมอณหภมปฏกรยาจะเกดยอนกลบ



ตารางพจารณาปฏกรยาวาดดหรอคายความรอน ปฏกรยาดดความรอน (Endothermic reaction) ปฏกรยาคายความรอน (Exothermic reaction)

A + B + 100 kJ C + D A + B C + D - 100 kJ A + B C + D H เปนบวก A + B C + D - heat A + B + heat C + D A C + D

A + B - 100 kJ C + D A + B C + D + 100 kJ A + B C + D H เปนลบ A + B C + D + heat A + B - heat C + D A + B C

ตารางสรปผลของการเปลยนอณหภมตอภาวะสมดล

ชนดของปฏกรยา

การเปลยนอณหภม

ทศทางของการเกดปฏกรยา

ความเขมขนของสารตงตน

ความเขมขนของสารผลตภณฑ

ปฏกรยาดดความรอน

เพมอณหภม ขวา ลดลง เพมขน

ลดอณหภม ปฏกรยาคายความรอน

เพมอณหภม ลดอณหภม

คาคงทสมดล เมอเปลยนอณหภม - สมการวนตโฮฟฟ

ดงทกลาวมาแลววาคาคงทสมดลของปฏกรยาหนงๆ จะมคาคงททอณหภมคงท เมออณหภมเปลยนไป คา K ของปฏกรยานนจะเปลยนไปดวย เราสามารถหาคา K ของปฏกรยาตางๆ เมออณหภมเปลยนไปได ถาทราบการเปลยนแปลงเอนทลป (H๐) ของปฏกรยานนโดยใชสมการวนตโฮฟฟ (Vant Hoff equation)

21

12

ο

1

2

TRT

)T(TΔH

K

Kln

เมอ K2 และ K1 คอคาคงทสมดล ทอณหภม T2 และ T1 ตามล าดบ H๐ คอ การเปลยนแปลงเอนทลปของปฏกรยา R คอ คาคงทของแกส (มกใช 8.314 JK-1mol-1 ตามหนวย H๐)

จะเหนวาสมการวนตโฮฟฟใชหาคา K2 ไดเมอทราบ K1,T2 ,T1 และH๐ นอกจากนน ยงใชหาคา H๐ ถาทราบ K1,T2 ,T1 และ T2 ซงเปนการน าคาคงทสมดลไปหาคาทางอณหพลศาสตร



7. การใชหลกของเลอชาเตอรเอ

7.1 ในการอตสาหกรรม ในการผลตทางดานอตสาหกรรมผลงทนจะตองท าการผลตและเลอกใชวธผลตในการ

เปลยนวตถดบเพอใหไดผลตภณฑมากทสด ตวอยางเชน การผลตกาซแอมโมเนยมปฏกรยาดงน N2(g) + 3H2(g) 2NH3(g) + 92 kJ

รปแสดงปรมาณของแอมโมเนยในกาซผสม รป ก. แสดงความสมพนธระหวางจ านวนโมลของแอมโมเนยกบความดน รป ข. แสดงความสมพนธระหวางจ านวนโมลของแอมโมเนยกบอณหภม (http://www.lks.ac.th/student/kroo_su/chem18/7.5.htm)

จากปฏกรยาถาอาศยหลกของเลอชาเตอลเอเพอใหไดกาซมาก ๆ ท าไดดงน 1) ลดอณหภม 2) เพมความดน 3) เพมความเขมขนของสารตงตนและลดความเขมขนของสารใหม

แตในทางปฏบตจะใชหลกของเลอชาเตอรเอ เพยงอยางเดยวไมไดในทางอตสาหกรรมจะตองค านงถงเวลาและเงนทนดวย

จากการทดลองพบวาภาวะทพอเหมาะคออณหภมทเหมาะสมประมาณ 500๐C และใชตวเรงปฏกรยาดวย ซงตวเรงปฏกรยาทเหมาะสมคอเหลก



แผนภาพแสดงกระบวนการผลตแกสแอมโมเนยในโรงงานอตสาหกรรม

(McMURRY, Chemistry 4th edition) ปฏกรยาการเตม N2


ปฏกรยาการเตม H2 และการดง NH3



กระบวนการเตรยมกาซแอมโมเนย ในทางอตสาหกรรมดงทกลาวมาแลวเปนกระบวนการทนกเคมชาวเยอรมนชอ ฟรตซ ฮาเบอร เปนผคนควา จงเรยกกระบวนการนวา กระบวนการฮาเบอร (The Haber Process)

7.2 ในสงมชวต เชนในกระบวนการหายใจและแลกเปลยนกาซในระบบหมนเวยนเลอด ออกซเจน (O2)

จะถกล าเลยงไปยงสวนตางๆของรางกายโดยรวมไปกบโมเลกลของฮโมโกลบน (Hb) ซงเปนโปรตนในเมดเลอดแดง เรยกวา ออกซฮโมโกลบน แสดงดงสมการ

Hb + O2 HbO2 ฮโมโกลบน ออกซฮโมโกลบน จากการศกษาพบวาในเลอดของคนทอาศยอยในพนททอยสงกวาระดบน าทะเลมากๆ จะมความเขมขนของฮโมโกลบนสง เปนเพราะ................................................................... ............................................................................................................................................... จะท าใหเกดโรค ไฮพอกเซย (hypoxia) เกดเนองจากทมออกซเจนไปเลยงเนอเยอของรางกายไมพอ ท าใหมอาการปวดศรษะ คลนไส และออนเพลย ในรายทเปนรนแรงอาจถงตายได 8. สมดลของการละลาย (Solubility equilibrium)

สมดลของการละลายเปนอกประเภทหนงของสมดลเคมซงเปนความสมพนธของของแขงและสถานะของของแขงนนทเกดการละลาย (ในน า) จนมสภาพอมตว ในหวขอนสนใจทศกษาการละลายหรอตกตะกอนของสารทละลายน าไดนอย เนองมาจาก ในกระบวนการทางชวภาพหรอสงแวดลอมเกยวของกบสารประกอบทเกดการละลายน าไดนอย เชน กระดกและฟน สวนใหญประกอบดวยสารแคลเซยมฟอสเฟต (Ca3(PO4)) ซงเปนสารประกอบทละลายไดนอย นวในไตเกดจากแคลเซยมออกซาเลต (CaC2O4) ทละลายไดปานกลาง ตกตะกอนอยางชาๆ เปนตน สภาพการละลาย (Solubility) ของสาร หมายถงความสามารถของสารทจะละลายในสารอน จนเปนสารละลายอมตว

รป แสดงการละลายน าของซลเวอรคลอไรด รป แสดงนวในไต




ตวอยาง ภาวะสารละลายอมตวของเกลอ AgCl เขยนสมการไดเปน AgCl (s) Ag+ (aq) + Cl- (aq)

เราทราบมาจากการศกษาเน อหาในบทนแลววา เมอถงภาวะสมดลอตราการเกดปฏกรยาไปขางหนา เทากบอตราการเกดปฏกรยายอนกลบ ในกรณนหมายถงเมอถงภาวะสมดล หรอในภาวะทสารละลายอมตวแลวอตราการละลายจะเทากบอตราการตกผลก ทภาวะนระบบไมไดหยดอยนง ยงคงมการเปลยนแปลงอยทเรยกวาเปนภาวะไดนามกนนเอง สวนทละลายน าไดจะอยในรปของไอออนบวกและไอออนลบในสารละลาย (Ag+ and Cl- ion) และจากการศกษาเรองการแสดงคาคงทสมดลในปฏกรยาววธพนธ จะเขยนคาคงทสมดลของปฏกรยานไดวา ]Cl][Ag[KSP

คา K ในกรณนจะเขยนวา Ksp (Solubility product constant) และความสามารถในการละลายจะเขยนในรปของความเขมขนของไอออนในหนวยความเขมขนเปนโมลตอลตร ยกก าลงดวยเลขสมประสทธจ านวนโมลของแตละไอออนในสมการแสดงการเกดปฏกรยาทดลแลว

ตวอยาง Ag2CO3

Ag2CO3(s) 2Ag+ (aq) + CO32- Ksp = [Ag+]2[CO3

2-] CaF2

CaF2 (s) Ca2+ (aq) + 2F-(aq) Ksp = [Ca2+] [F-]2

เมอวดความเขมขนของ Ca2+ พบวา [Ca2+] = 3.3 x 10-4 M ดงนน [F-] = 6.7 x 10-4 M ดวย ดงนน Ksp = [Ca2+] [F-]2 = (3.3 x 10-4) (6.7 x 10-4)2

= 1.5 x 10-10 ในทางตรงกนขาม ท าการผสม CaCl2 และ NaF เขมขน 1.5 x 10-4 M และ 1.0 x 10-3 M ตามล าดบ พบวาเกดตะกอนเกดขนและสารละลายเปนสารละลายอมตวของ CaF2 ดงนน Ksp = [Ca2+] [F-]2 = (1.5 x 10-4) (1.0 x 10-3)2

= 1.5 x 10-10 รป แสดงสารละลายอมตวของ CaF2




จากสองกรณขางตนจะเหนวา คา Ksp ไมมผลกระทบจากไอออนโซเดยม หรอ คลอไรด ในกรณทสารละลายเจอจางมากๆ เราจะเขยนคา Ksp ของสมการทวไปไดวา

Ax By (s) x Aa+ (aq) + y Bb- (aq)

Ksp = [Aa+]x [Bb-]y คา Ksp จะท าใหเราทราบถง ความสามารถในการละลายของสารประกอบ วาละลายไดเทาใดแคไหนทอณหภมคงท (25 C) เปรยบเทยบการละลายน าของสารประกอบตาง ๆ วาสารใดละลายน าไดดมากกวากน โดยปกตสารทมคา Ksp มากจะละลายน าไดดกวาสารทมคา Ksp นอย ในบางกรณการละลายของสารประกอบเกดไอออนมากกวาสองไอออน เชน

MgNH4PO4 (s) Mg2+ (aq) + NH4+(aq) + PO4

3-(aq) Ksp = [Mg2+] [NH4

+] [PO43-] = 2.5 x 10-12

โดยทวไปแบงเกลอออกเปน 3 ประเภทตามสภาพการละลายไดในน าทอณหภมหอง ดงน

1) เกลอทละลายน าได (soluble salt) เปนเกลอทละลายในน า แลวความเขมขนมากกวา 0.1 M

2) เกลอทละลายไมละลายน า (insoluble salt) เปนเกลอทละลายในน า แลวความเขมขนนอยกวา 0.001 M

3) เกลอทละลายน าไดนอย (slightly soluble salt) เปนเกลอทละลายในน า แลวความเขมขน 0.001-0.1 M

ตาราง แสดงคา Ksp ของสารประกอบตางๆ ทอณหภม 25oC




ตวอยางการค านวณเกยวกบคา Ksp ตวอยาง การละลายของซลเวอรซลเฟต Ag2SO4 ละลายได 1.5 x 10-2 โมลตอลตร ทอณหภม

25 C จงค านวณหาคา Ksp ของซลเวอรซลเฟต วธท า เขยนสมการการเกดปฏกรยา Ag2SO4 (s) 2 Ag+ (aq) + SO4

2- (aq) จากสมการจะเหนไดวา 1 โมลของ Ag2SO4 จะให Ag+ 2 โมล และ SO4

2- 1 โมล ในสารละลาย ดงนนถา Ag2SO4 1.5x10-2 โมล ละลายเปน 1.0 ลตร จะมความเขมขนของแตละไอออนเปน [Ag+] = 2 (1.5 x 10-2 ) = 3.0 x 10-2 โมลตอลตร [SO4

2-] = 1.5 x 10-2 โมลตอลตร ดงนน จงหาคา Ksp ไดวา Ksp = [Ag+]2 [ SO4

2-] = (3.0 x 10-2)2 (1.5 x 10-2) = 1.4 x 10-5 ตวอยาง Cu(OH)2 มคา Ksp เทากบ 2.2 x 10-20 เมอให Cu(OH)2 ละลายในน า จะ

ละลายไดกกรมทอณหภม 25 C วธท า เขยนสมการการเกดปฏกรยา Cu (OH)2 (s) Cu2+ (aq) + 2 OH- (aq) โมลเรมตน 0 0 โมลทเปลยน + a + a โมลทภาวะสมดล a a Ksp = [Cu2+] [ OH-]2 2.20 x 10-20 = ( a ) ( 2a )2 a3 = (2.20 x 10-20) / 4 = 5.50 x 10-21 a3 = 5.50 x 10-21 a = 1.8 x 10-7 mol / dm3

เราทราบน าหนกโมเลกลของ Cu (OH)2 เทากบ 97.57 g/mol ดงนน Cu (OH)2 จะละลายได

2

22

7

)(1

)(57.97

1

)(108.1

OHCumol

OHCugx

solL

OHCumolx

n



= 1.8 x 10-5 g/L ตาราง แสดงการละลายน าของสารประกอบตางๆ

การพจารณาการตกตะกอนของสารประกอบ

เราสามารถพจารณาสภาวะของสารนนๆ วาขณะนนเปนสารละลายอมตว หรอยงสามารถละลายไดอก หรอ สารละลายนนจะตกตะกอนเมอใด เราจะใช reaction quotient (Q) ซง Q แทนคาผลคณของการละลายทสภาวะตางๆ เปรยบเทยบกบ Ksp

ถา Qsp Ksp Unsaturated solution Qsp = Ksp Saturated solution

Qsp Ksp Supersaturated solution; Compound will precipitate out until the product of the ionic concentrations is equal to Ksp

สารประกอบทละลายน าได

(soluble salt)

• เกลอของ Na+, K+, NH4+

• เกลอไนเตรต (NO3-)

• เกลอของ Cl-, Br-, I- ยกเวน เกลอของ Pb+, Hg2+, Ag+, Cu+

• เกลอซลเฟต (SO42-) ยกเวน

BaSO4, SrSO4, PbSO4 ไมละลายน า และ Ag2SO4, CaSO4, Hg2SO4 ละลายน าไดนอย

สารประกอบทไมละลายน า

(insoluble salt)

• เกลอซลไฟด (S2-) ยกเวน เกลอของ Na+, K+, NH4

+, Mg2+, Ca2+, Sr2+, Ba2+

• ออกไซด (O2-) ยกเวน Na2O, K2O, SrO, BaO ละลายน าได CaO ละลายน าไดนอย

• ไฮดรอกไซด (OH-) ยกเวน NaOH, KOH, Sr(OH)2, Ba(OH)2 ละลายน าได Ca(OH)2 ละลายน าไดนอย

• เกลอโครเมต (CrO42-) ยกเวน เกลอ

ของ Na+, K+, NH4+, Mg2+

• เกลอฟอสเฟต (PO43-) และ

คารบอเนต (CO32-) ยกเวน เกลอ

ของ Na+, K+, NH4+



ตวอยาง ผสมสารละลาย Na2SO4 0.00075 M ปรมาณ 100 ml กบสารละลาย BaCl2 0.015 M ปรมาณ 50 ml อยากทราบวาจะมตะกอนเกดขนหรอไม? ก าหนด Ksp (BaSO4) ท 25oC เทากบ 1.1 x 10-10 วธท า เขยนสมการการเกดปฏกรยา และหาความเขมขนของแตละสารละลาย Na2SO4 (s) 2Na+ (aq) + SO4

2- (aq) 0.00050 M 0.0010 M 0.00050 M BaCl2 (s) Ba2+ (aq) + 2Cl- (aq) 0.0050 M 0.0050 M 0.010 M จะเหนไดวา ไอออนตางๆ ในระบบสามารถรวมตวกนไดเปน NaCl และ BaSO4 ซง NaCl สามารถละลายน าได และ BaSO4 ละลายน าไดนอย ดงนน Qsp = [Ba2+] [SO4

2-] = (5.0 x 10-3)(5.0 x 10-4) = 2.5 x 10-6 Qsp > Ksp ดงนน BaSO4 จะตกตะกอนออกมา ปจจยทมผลตอคาการละลาย

1. ผลของไอออนรวม (The common ion effect) เมอเกลอทละลายไดนอย ละลายอยในสารละลายทมไออนทเหมอนกนอยางนอยหนง

ไอออน (ไอออนรวม) จะท าใหเกลอนนละลายไดนอยลง ตามหลกของเลอชาเตอลเอร เชน สภาพการละลายไดของ MgF2 ในน าบรสทธ ท 25oC เทากบ 2.6 x 10-4 M

ดงนน Ksp = [Mg2+] [F-]2 = 7.0 x 10-11 เมอน า MgF2 มาละลายใน NaF เขมขน 0.10 M ท 25oC

MgF2 (s) Mg2+ (aq) + 2 F- (aq) เรมตน 0 0.10 M โมลทเปลยน + a + 2a โมลทภาวะสมดล a 0.10 + 2a

Ksp = [Mg2+] [F-]2 = (a) (0.10 + 2a)2 7.0 x 10-11 = (a) (0.10 + 2a)2 คา Ksp นอยมากๆๆ ดงนน (0.10 + 2a) ~ 0.10 M

ดงนน 7.0 x 10-11 = (a) (0.10)2 a = 7.0 x 10-9 M

จะเหนไดวา MgF2 ในสารละลาย NaF นอยกวา ละลายในน าบรสทธ ประมาณ 37000 เทา



ดงนน เกลอทละลายไดนอย ละลายอยในสารละลายทมไอออนรวม จะท าใหเกลอนนละลายไดนอยลง ดงแสดงในกราฟดานลาง

กราฟ แสดงผลของไอออนรวมทมผลตอการละลายของ MgF2 ท 25oC


2. ผลของ pH ของสารละลาย (The pH of the solution) สารประกอบไอออนกทมไอออนลบทมสมบตเปนเบสจะสามารถละลายไดมากขนในสารละลายทเปนกรดมากขน เชน CaCO3 จะละลายไดมากขนเมอ pH ต าลง แสดงดงกราฟดานลาง เปนเพราะวา CO3

2- สามารถท าปฏกรยากบโปรตอน (H3O+) ของสารละลายกรด ท าให

ปรมาณของ CO32- ลดลง หลงจากนน ระบบกจะปรบใหเกดสมดลใหม เกดการเลอนสมดลมา

ดานขวาคอเพมปรมาณของไอออนของผลตภณฑมากขน นนคอ CaCO3 จะละลายมากขน ดงสมการ

CaCO3 (s) Ca2+ (aq) + CO32-(aq)

CO32- (aq) + H3O

+ (aq) HCO3- (aq) + H2O (l)

ปฏกรยาสทธ: CaCO3 (s) + H3O

+ (aq) Ca2+ (aq) + HCO3- (aq) + H2O (l)

กราฟ แสดงคาการละลายของ CaCO3 ท 25oC




3. ผลของการเกดสารเชงซอน (Formation of Complex Ions) สารประกอบไอออนกจะสามารถละลายไดมากขนในสารละลายทมลวอสเบสทสามารถ

สรางพนธะโคออรดเนตโควาเลนทไดกบโลหะไอออนบวกได ซงไอออนเชงซอน (Complex ion) คอ ไอออนทมโลหะไอออนบวกสรางพนธะกบโมเลกล หรอ ไอออนเลกๆ (NH3, CN-, OH-) เชน AgCl ละลายไดในน าไดนอยและไมละลายในกรด แตจะละลายไดในสารละลายแอมโมเนยมากเกนพอ เนองจาก Ag+ ท าปฏกรยากบ NH3 ไดกลายเปนไอออนเชงซอนเกดขน หลงจากนน ระบบกจะปรบใหเกดสมดลใหม เกดการเลอนสมดลมาดานขวาคอเพมปรมาณของไอออนของผลตภณฑมากขน นนคอ AgCl จะละลายมากขน ดงสมการ

AgCl (s) Ag+ (aq) + Cl-(aq) Ag+ (aq) + 2NH3 (aq) Ag(NH3)2

+ (aq)

ปฏกรยาสทธ: AgCl (s) + 2NH3 (aq) Ag(NH3)2+ (aq) + Cl-(aq)

รป แสดงการละลายของ AgCl ในน าและ กราฟ แสดงแสดงคาการละลายของ AgCl ในสารละลายแอมโมเนย ท 25oC

(McMURRY, Chemistry 4th edition) การเกดไอออนเชงซอนของ Ag(NH3)2

+ จะเกดขนทละขนตอน (stepwise) ดงตอไปน Ag+ (aq) + NH3 (aq) Ag(NH3)

+ (aq) K1 = 2.1 x 103 Ag(NH3)

+ (aq) Ag(NH3)2+ (aq) K2 = 8.1 x 103

ปฏกรยาสทธ Ag+ (aq) + 2NH3 (aq) Ag(NH3)2+ (aq) Kf = 1.7 x 107

10 x 1.7

)10 x (8.1 )10 x (2.1 ]][NH[Ag

])[Ag(NH K x K K

10 x 8.1][NH])[Ag(NH

])[Ag(NH K , 2.1x10

]][NH[Ag

])[Ag(NHK

7

33

2

3

23

21f

3

33

23

2

3

3

23

1



ซงคา Kf (formation constant หรอ stability constant) คอ คาคงทสมดลของการเกดไอออนเชงซอนของโลหะไอออนบวก ถาคา Kf มาก แสดงวาโลหะไอออนบวกนนชอบทจะเกดเปนไอออนเชงซอนมาก

ส าหรบการละลาย AgCl ดวยสารละลายแอมโมเนย จะเปนการรวมสมการของการละลาย AgCl ในน า และ สมการการท าปฏกรยาของ Ag+ (aq) กบ NH3 (aq) ดงสมการ

AgCl (s) Ag+ (aq) + Cl-(aq) Ksp = 1.8 x 10-10 Ag+ (aq) + 2NH3 (aq) Ag(NH3)2

+ (aq) Kf = 1.7 x 107

ปฏกรยาสทธ: AgCl (s) + 2NH3 (aq) Ag(NH3)2+ (aq) + Cl-(aq) Kc = ?

3710

fsp2

3

23

c 3.1x10))(1.7x10(1.8x10K x K][NH

]][Cl)[Ag(NHK

จะเหนวาคา Kc มากกวา Ksp มาก นนคอ Ag(NH3)2+ เกดไดมากขน ดงนน AgCl จะสามารถ

ละลายไดมากขน

แบบฝกหดเพมเตม

1. การเปลยนแปลงตอไปนจดวาเปนระบบแบบใด (ระบบเปด, ระบบปด หรอระบบโดดเดยว) ก. เกลดไอโอดนทอยในบกเกอร ค าตอบ............................................................ ข. ลกเหมนทอยในจานกระเบอง ค าตอบ…………………………………………… ค. 2KI (aq) + Pb(NO3)3 (aq) PbI2 (aq) (s) + 2KNO3 (aq) ค าตอบ.................. ง. NaCl (aq) + AgNO3 (aq) NaNO3 (aq) + AgCl (s) ค าตอบ.................. 2. จงเขยนคา Kc ของปฏกรยาตอไปน 2.1 Fe2+ (aq) + Ag+ (aq) Fe3+ (aq) + Ag(s) ค าตอบ Kc = 2.2 CO2 (g) + H2 (g) CO (g) + H2O (g) ค าตอบ Kc = 2.3 Fe (s) + 4H2O (l) Fe3O4 (s) + 4H2 (g) ค าตอบ Kc = 3. ก าหนดปฏกรยาทอยในภาวะสมดลดงน A (g) + 3B (g) C (g) ; K1 2C (g) 3D (g) + 2E (g) ; K2 จงหาคาคงทสมดลของปฏกรยา 2A (g) + 6B (g) 3D (g) + 2E (g) 4 คาคงทสมดลของปฏกรยา 2NO (g) + O2 (g) 2NO2 (g) เทากบ 1 x 1012 คาคงทสมดลของปฏกรยา NO (g) + ½ O2 (g) NO2 (g) เทากบเทาใด



5. กาซ H2 ท าปฏกรยากบ F2 ไดผลตภณฑเปน HF อยางเดยว และมคาคงทสมดลเทากบ 1.15 x 102 เมอเรมตนปฏกรยาในภาชนะขนาด 1.5 dm3 มกาซทงสามชนดอยอยางละ 3.0 mol จงค านวณหาความเขมขนของกาซทง 3 ชนดทภาวะสมดล

6. น าเหลกและน าใสในภาชนะขนาด 5.0 dm3 แลวปดฝา เมอเผาภาชนะทอณหภม 1000 C เกดปฏกรยาดงน 3Fe (s) + 4H2O (g) Fe3O4 (s) + 4H2 (g) เมอปฏกรยาเขาสสมดล จากการวเคราะหพบวา ภายในภาชนะประกอบดวยกาซไฮโดรเจน 1.10 กรม และ ไอน า 42.50 กรม จงค านวณหาคาคงทของสมดลส าหรบปฏกรยานทอณหภม 1000 C

7. เมอเตม H2 (g) และ I2 (g) อยางละ 0.50 โมล ลงในภาชนะขนาด 5.0 dm3 ทอณหภม 520 C เมอระบบเขาสสมดลจากการวเคราะหพบวา ภายในภาชนะประกอบดวย HI (g) 0.060 โมล จงค านวณหาคาคงทของสมดลทอณหภม 520 C

8. เมอใสแอมโมเนย (NH3) 4.0 โมล ในภาชนะขนาด 2.0 ลตร ทอณหภม 650 C เมอระบบเขาสภาวะสมดลพบวามกาซแอมโมเนยอยเพยง 71% ของเรมตน จงค านวณหาคาคงทสมดลของปฏกรยาน 2NH3 (g) N2 (g) + 3H2 (g)

9. ถาคาคงทของสมดลท 1000 K ส าหรบปฏกรยา N2 (g) + 3H2 (g) 2NH3 (g) เทากบ 2.37 x 10-3 dm6/mol2 จงค านวณหาความเขมขนของ N2 ภายในระบบทประกอบดวย H2 8.80 M และ NH3 1.05 M

10. ปฏกรยา H2 (g) + CO2 (g) H2O(g) + CO (g) มคาคงทสมดล เทากบ 4.40 ท 2000 เคลวน จงค านวณหาความเขมขนของสารแตละชนดทภาวะสมดลซงเกดขนหลงจากการเตมกาซไฮโดรเจน 1.0 โมล และกาซคารบอนไดออกไซด 1.0 โมลในภาชนะ ขนาด 4.68 ลตร ท 2000 เคลวน

11. คาคงทของสมดลส าหรบปฏกรยา 2SO2 (g) + O2 (g) 2SO3 (g) เทากบ 4.5 dm3/mol ท 600C ใสแกส SO3 ในภาชนะขนาด 1.0 ลตร ใหเกดปฏกรยาท 600C เมอระบบเขาสภาวะสมดลพบวามแกสออกซเจนเกดขน 2 .0 โมล จงค านวณหาจ านวนโมลเรมตนของกาซ SO3 ในภาชนะ

12. จากสมการ 4 2 2 2( ) 2 ( ) ( ) 4 ( )CH g H S g CS g H g จงเขยนความสมพนธระหวาง Kc กบ Kp

13. ทภาวะสมดลอณหภม 500C พบวา ความของกาซแอมโมเนยเทากบ 0.147 atm, ความดนของกาซไนโตรเจน เทากบ 6.00 atm และความดนของกาซไฮโดรเจนเทากบ 3.70 atm จงหาคาคงทสมดล (Kp) ของปฏกรยาตอไปน N2 (g) + 3H2 (g) 2NH3 (g)

14.ก าหนดใหคาคงทสมดล (Kc) ของปฏกรยา N2 (g) + 3H2 (g) 2NH3 (g) เทากบ 0.286 จงหาคาคงทสมดลในเทอมความดน (Kp)



15. เมอใส SbCl5 10.0 g ในภาชนะขนาด 5.0 ลตร ทอณหภม 448 C จากนนปลอยใหระบบเขาสสมดล อยากทราบวามปรมาณ SbCl5 เทาไหรทสมดล? ปฏกรยาเปนดงน SbCl5 (g) SbCl3 (g) + Cl2 (g) ทอณหภม 448C มคา Kc = 2.51 x 10-2

16. จงหาคาคงทสมดลจากปฏกรยาทก าหนดใหตอไปน 1) Zn(s) + 2Ag+(aq) Zn2+(aq) + 2Ag(s) ค าตอบ Kc = 2) CCl4(l) CCl4(g) ค าตอบ Kc = 3) Hg (l) + Hg2+(l) Hg2

2+(aq) ค าตอบ Kc = 17. จงท านายการด าเนนไปของปฏกรยาเมอรบกวนสมดลวาทศทางไปทางไหนเพอปรบเขาส

สมดลใหม 2Fe3+ + 2I- 2Fe2+ + I2

เตม Fe(NO3)3 สมดลเลอนไปทาง ……เตม Pb(NO3)3 สมดลเลอนไปทาง …… เตม KI สมดลเลอนไปทาง …….เตม AgNO3 สมดลเลอนไปทาง……. เตม LiI สมดลเลอนไปทาง ……………………

18. ทภาวะสมดลของปฏกรยา H2 (g) + I2 (g) 2HI (g) เมอมการระบกวนภาวะสมดลโดยการเปลยนแปลงความเขมขนของสารจะมการเปลยนแปลง ดงตาราง

รบกวนสมดล ทศทางการ

ปรบตวของสมดล

ความเขมขนของสารทสมดลใหมเมอเปรยบเทยบสมดลเดม(mol.dm-3)

H2 I2 HI I. เตม H2 ขวา เพมขน ลดลง เพมขน

II. เตม I2 III. เตม HI IV. แยก H2 ออก V. แยก HI ออก

การเปลยนแปลงภาวะสมดลของปฏกรยานสามารถเขยนกราฟแสดงไดดงรป กรณท I. ระบบกวนระบบโดยการเตม H2 เวลา

HI

I2

H2

ความเขม

ขน



กรณท II. ระบบกวนระบบโดยการเตม HI กรณท III. ระบบกวนระบบโดยการแยก I2 กรณท IV. ระบบกวนระบบโดยการแยก HI

19. 2CO(g) + O2(g) 2CO2(g)

เพมความดนสมดลเลอนไปทาง……………………….. ลดความดนสมดลเลอนไปทาง………………………… ถาตองการใหสมดลเลอนจากซายไปขวา ตองลดหรอเพมความดน………………..

ถาเพมความดนใหระบบจะไดกราฟทสมดลใหมเปนเชนไร

เวลา

HI

I2

H2


ขน

เวลา

HI

I2

H2


ขน

เวลา

HI

I2

H2


ขน

เวลา

CO

O2 CO2 คว

ามเขมข

น



ถาลดความดนใหระบบจะไดกราฟทสมดลใหมเปนเชนไร

เอกสารอางอง

กฤษณา ชตมา, หลกเคมทวไป เลม 1, ส านกพมพแหงจฬาลงกรณมหาวทยาลย, 242-251

ส าราญ พฤกษสนทร, เคม 3 ว 037, ส านกพมพพฒนาศกษา, 101-796.

Raymon Chang. (2008). Chemistry. Graw-Hill Higher Education. New York.

Silberberg M. S. (2003). Chemistry. Mc Graw-Hill Higher Education. New York.

KW. Whitten, R.E. Davis, M.L. Peck, G.G. Stanley, General Chemistry, Thomson Brooks/Cole, 700-734.

Brady, J.E. (1990)., Genneral Chemistry. John Wiley and Sons, New York

Brady J.E. and Holum J.R., (1993). Chemistry : The Study of Matter and Its Changes, John Wiley and Sons, New York

Goldberg D.E.., (1989). Schaum’ s 3000 Solved Problems in Chemistry, Mc Graw-Hill

McMURRY, Chemistry, 4th edition

Petrucci R.H. and Harwood W.S.., (1993). General Chemistry. Priciples and Modern Applications, 6th ed., Macmillan, New York

Russel, J.B., (1992). Genneral Chemistry. McGraw-Hill, Inc

Shoemaker D.P., Garland C.W., Steinfeld J.I. and Nibler J. W., (1998). Experiments in Physical Chemistry, 4th ed., McGraw-Hill, Inc.

เวลา

CO

O2

CO2 ความเขม

ขน

http://images.google.co.th/imgres?imgurl=http://w3.ouhsc.edu/phar5442/Images/Images Immunity/Chemist.gif&imgrefurl=http://w3.ouhsc.edu/phar5442/Lectures/Exercise and Immunity.html&h=900&w=692&sz=19&hl=th&start=45&tbnid=Cj32WW4Tnb4OyM:&tbnh=146&tbnw=112&prev=/images?q=chemist&start=40&gbv=2&ndsp=20&hl=th&sa=N

Documents

สมดุลเคมี (Chemical Equilibrium)t2040113/data/Equilibrium/ChemicalEuilibrium.pdf · สาวิชาเคมี โรงเรียนมหิดลวิทยานุสรณ์