บทเรียนที่ 3 ค่าคงที่สมดุล
อังคาร, 27 มีนาคม 2012

ความสัมพันธ์ระหว่างความเข้มข้นของสารต่างๆ ณ ภาวะสมดุล

 ค่าคงที่สมดุลกับสมการเคมี

1.ค่าคงที่สมดุล

ระบบสมดุลของ H2-I2-HI โดยทำการทดลองสารที่มีปริมาณต่าง ๆ ทำปฏิกิริยากันเข้าสู่สมดุลที่อุณหภูมิ 731K ดังสมการของปฏิกิริยาสมดุล คือ

H2 (g) + I2 (g) < --------- > 2HI(g)

ตารางพบว่า การทดลองที่ 1 ถึง 4 เริ่มต้นด้วยแก๊ส H และแก๊ส I เท่านั้น ส่วนการทดลองที่ 5 เริ่มต้นด้วยแก๊ส HI

จากสมการของปฏิกิริยาสมดุล ถ้าแก๊ส H2 1 โมล ทำปฏิกิริยาพอดีกับแก๊ส I2 1 โมล เกิดแก๊ส HI 2 โมล จากข้อมูลในตาราง 1 จะได้ว่า แก๊ส H2 หรือ I2 ทำปฏิกิริยาเกิดแก๊ส HI จำนวนโมล เป็น 2 เท่าของจำนวนโมลของ H2 หรือ I2 ที่ใช้ไป และแก๊ส HI สลายให้แก๊ส H2 และแก๊ส I2 ที่มีจำนวนโมลเท่ากัน

ทดลองคำนวณหาอัตราส่วนความเข้มข้นของผลิตภัณฑ์กับสารตั้งต้น ที่ภาวะสมดุลามความสัมพันธ์ต่อไปนี้

จากผลการทดลอง สามารถสรุปได้ว่า “ปฏิกิริยาที่ผันกลับได้ ไม่ว่าจะเริ่มต้นจากสารตั้งต้นที่มีความเข้มข้นเท่าใดก็ตาม ถ้าระบบเข้าสู่ภาวะสมดุล ความเข้มข้นของสารต่าง ๆ ในระบบจะมีค่าคงที่ ซึ่งนำความเข้มข้นของสารต่าง ๆ มาหาความสัมพันธ์กัน พบว่า อัตราส่วนระหว่างผลคูณของความเข้มข้นของผลิตภัณฑ์แต่ละชนิดยกกำลัง ด้วยตัวเลขบอกจำนวนโมลของผลิตภัณฑ์นั้น ๆ กับผลคูณของความเข้มข้นของสารตั้งต้นที่เหลือแต่ละชนิดยกกำลัง ด้วยตัวเลขบอกจำนวนโมลของสารตั้งต้นนั้น จะได้ค่าคงที่เสมอ ณ อุณหภูมิคงที่ เรียกว่า ค่าคงที่สมดุล”

จากตาราง 3 สรุปได้ว่า

1. ค่าคงที่สมดุลของปฏิกิริยาต่าง ๆ มีค่าแตกต่างกันไป ขึ้นอยู่กับสมการของปฏิกิริยาที่ดุลแล้ว

2. ค่าคงที่สมดุลจะมีค่าเป็นบวกมากกว่าหนึ่ง หรือน้อยกว่าหนึ่ง แต่จะไม่มีค่าเป็น ติดลบ

3. โดยทั่วไป ณ อุณหภูมิหนึ่งเมื่อค่าคงที่สมดุล มากกว่า 1 แสดงว่า ผลคูณของคามเข้มข้นของผลิตภัณฑ์ มีค่ามากกว่าผลคูณของความเข้มข้นของสารตั้งต้นที่เหลือ และถ้าคงที่สมดุลน้อยกว่า 1 แสดงว่าผลคูณของความเข้มข้นของผลิตภัณฑ์ มีค่าน้อยกว่าผลคูณของความเข้มข้นของสารตั้งต้นที่เหลือ

4. ถ้าค่าคงที่สมดุลมีค่ามาก แสดงว่า ก่อนเกิดสมดุลปฏิกิริยาเกิดไปข้างหน้า (ดำเนินไปทางขวามือ) ได้มาก แต่ถ้าค่าคงที่สมดุลมีค่าน้อย แสดงว่าก่อนเกิดสมดุลเกิดปฏิกิริยาไปข้างหน้าได้น้อย

5. ค่าคงที่สมดุลมีค่ามาก หมายความว่า ที่สมดุลจะเกิดผลิตภัณฑ์มาก สารตั้งต้นเหลือน้อยเช่น
2H2(g) + O2(g) < --------- > 2H2O(l) มีค่า

K = 1.4 x 1083 ที่ 298 K แสดงว่า ที่สมดุลเกิดผลิตภัณฑ์มาก จนถือว่าปฏิกิริยาเกิดสมบูรณ์

6. ค่าคงที่สมดุลมีค่าน้อย หมายความว่า ที่สมดุลเกิดผลิตภัณฑ์น้อย สารตั้งต้นเหลือมากเช่น
N2(g) + O2(g) < --------- > 2NO(g) K= 4.5 x10-31 ที่ 298 K แสดงว่า ที่สมดุลเกิดผลิตภัณฑ์น้อยกว่าสารตั้งต้นที่เหลือมากแสดงว่าเกิดปฏิกิริยาน้อยมาก จนถือว่าปฏิกิริยาไม่เกิด

2.ค่าคงที่สมดุลกับสมการเคมี

การสังเคราะห์ CH3 OH(g) จาก CO(g) และ H2(g) ปฏิกิริยาที่เกิดขึ้นเป็นดังนี้

แต่ถ้ากลับสมการของปฏิกิริยาที่ (1) เป็น CH3OH(g) < --------- > CO(g) + 2H2(g)

แสดงว่า เมื่อเขียนสมการของปฏิกิริยาเคมีกลับกันกับสมการเดิม ค่า K ใหม่ที่จะได้มีค่าเป็นส่วนกลับกับค่า K เดิม คือกลับเศษเป็นส่วนและส่วนเป็นเศษ

ถ้าสัมประสิทธิ์หน้าสูตรของสารในสมการเปลี่ยนไป ค่า K ก็มีค่าเปลี่ยนไปด้วย เช่น จากสมการของปฏิกิริยาที่ (1)

แสดงว่า เมื่อคูณตัวเลขใดเข้าไปในสมการของปฏิกิริยา ค่า K ใหม่ที่ได้จะต้องนำค่า K เดิมมายกกำลังด้วยตัวเลขที่คูณนั้น

สำหรับค่าคงที่สมดุลของปฏิกิริยาที่เกิดจากปฏิกิริยาย่อยมารวมกัน จะมีค่าเท่ากับผลคูณของค่าคงที่สมดุลของปฏิกิริยาย่อยเหล่านั้น เช่น แก๊สซัลเฟอร์ไดออกไซด์ทำปฏิกิริยากับแก๊สไนโตรเจนไดออกไซด์ เกิดแก๊สซัลเฟอร์ไตรออกไซด์ และแก๊สไนโตรเจนมอนอกไซด์

ถ้าปฏิกิริยาซัลเฟอร์ไดออกไซด์กับแก๊สไนโตรเจนไดออกไซด์ เกิดจากปฏิกิริยาย่อยของสมดุลรวมกัน ดังนี้

ผลคูณของค่าคงที่สมดุลของปฏิกิริยา (1) และ (2) คือ K1K2 = K

แสดงว่า ถ้าปฏิกิริยารวม เกิดจากปฏิกิริยาย่อยรวมกัน ค่าคงที่สมดุลจะเท่ากับค่าคงที่สมดุลของปฏิกิริยาย่อยคูณกัน

 

7.3.2 การคำนวณเกี่ยวกับค่าคงที่สมดุล

ตัวอย่างที่ 1 ปฏิกิริยา 2SO2 ( g ) + O2 < ----- > 2SO3 ( g ) ซึ่งเกิดภายในภาชนะขนาด 1 ลิตร เมื่อปฏิกิริยาเข้าสู่ภาวะสมดุลพบว่าภายในภาชนะประกอบด้วย SO3 0.6 โมล SO2 0.2 โมลและ O2 0.3 โมล จงคำนวณหาค่าคงที่ของสมดุล

ตัวอย่างที่ 2 นำเหล็กและน้ำใส่ในภาชนะขนาด 5 dm3 แล้วปิดฝา เมื่อเผาภาชนะที่อุณหภูมิ 1000 C เกิดปฏิกิริยาดังนี้          3Fe ( s ) + 4 H2O( g ) <-----> Fe3O4(s) + 4H2(g )      เมื่อปฏิกิริยาเข้าสู่ภาววะสมดุล จากการวิเคราะห์พบว่า ภายในภาชนะประกอบด้วยแก็สไฮโดรเจน 1.10 กรัม และไอน้ำ 42.50 กรัม จงคำนวณหาค่าคงที่ของสมดุลสำหรับปฏิกิริยานี้ที่อุณหภูมิ 100 C    ( H=1 , O =16)

ตัวอย่างที่ 3 ที่ภาวะสมดุลของปฏิกิริยา CO2 (g) + H2 (g) < ----- > CO(g) +H2O(g)ในภาชนะขนาด 6 ลิตรที่อุณหภูมิ 1007 C ความดันย่อยของแก๊สต่างๆเป็นดังนี้ CO2 = 63.1 บรรยากาศ H2 = 21.1 บรรยากาศ CO = 84.2 บรรยากาศและ H2O = 31.6 บรรยากาศ จงคำนวณหาค่าที่ของสมดุล( Kp)สำหรับปฏิกิริยานี้ที่อุณหภูมิ 1007 C


link วิทยาศาสตร์

รวม link ที่น่าสนใจทั้งในและต่างประเทศ เพื่อค้นคว้าหาข้อมูลที่ต้องการทางด้านวิทยาศาสตร์

ดูลิ้งค์ทั้งหมด

link คณิตศาสตร์

รวม link ที่น่าสนใจทั้งในและต่างประเทศ เพื่อค้นคว้าหาข้อมูลที่ต้องการทางด้านคณิตศาสตร์

ดูลิ้งค์ทั้งหมด
UNESCO Bangkok

ICT in Education

พจนานุกรมศัพท์

วิทยาศาสตร์ คณิตศาสตร์และเทคโนโลยี