power point

สมดลเคม (Chemical Equilibrium) 1. บทน ำ 2. สมดลเคม 3. คำคงทสมดล 4. อตรำกำรเกดปฏกรยำเคมและคำคงทสมดล 5. วธแสดงคำคงทสมดล 6. ควำมสมพนธของ Kc และ Kp 7. องคประกอบทมผลตอสมดลเคม 8. กำรค ำนวณเกยวกบคำคงทสมดล 9. สมดลของกำรละลำยของเกลอทละลำยน ำไดนอย

2.1 บทน ำ สมดลไดนามก หมำยถง สมดลทมกำรเคลอนทของอนภำคอยตลอดเวลำ ระบบไมหยดนง อตรำ

กำรเปลยนแปลงไปขำงหนำเทำกบอตรำกำรเปลยนแปลงผนกลบ (สมดลเคมเปนสมดลไดนำมก) ระบบและสงแวดลอม ระบบ คอ สงทเรำศกษำหรอทดลอง สงแวดลอม คอ สงทอยนอกระบบ ชนดของระบบ แบงออกเปน 3 ชนด 1) ระบบเปด (Open system) คอระบบทมกำรถำยเทไดท งมวลสำรและพลงงำน

กบสงแวดลอม 2) ระบบปด (Closed system) คอ ระบบทมกำรถำยเทควำมรอนเฉพำะพลงงำน

อยำงเดยว แตมวลสำรไมถำยเท 3) ระบบแยกตว (Isolated system) คอระบบทไมมกำรถำยเทท งมวลสำรและ

พลงงำนกบสงแวดลอม เชน แคลอรมเตอร

2.1 บทน ำ การเปลยนแปลงทเกดในระบบ ทพบโดยทวไป ม 3 อยาง 1. กำรเปลยนแปลงสถำนะ (Solid, liquid, gas) 2. กำรละลำย (Solute + solvent = solution) 3. กำรเกดปฏกรยำเคม (Reactants Product) (กำรเปลยนแปลงท งสำมอยำงน จะอยในสมดลหรอไมสมดลกได) ภาวะ ณ สมดลไดนามก (เกดในระบบ) 1. ตองมกำรเปลยนแปลงไปขำงหนำและกำรเปลยนแปลงยอนกลบ 2. อตรำเรวของกำรเปลยนแปลงไปขำงหนำเทำกบอตรำกำรเปลยนแปลง

ยอนกลบ 3. สมบตของระบบคงท หมำยถงสมบตไมเปลยนแปลงเมอเวลำเปลยนไป แต

ไมใชระบบน นหยดนง (ไดนำมก) 4. สมดลของกำรเปลยนสถำนะ (อตรำกำรระเหย = อตรำกำรกลนตว) 5. สมดลกำรละลำย (อตรำกำรละลำย = อตรำกำรตกผลก) 6. สมดลเกดปฏกรยำเคม (chemical equilibrium)

ภาพท 1 ปฏกรยาผนกลบไดของสารละลาย

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

2.1 บทน ำ สมดลเคม (Chemical Equilibrium) คอ กำรเปลยนแปลงในทศทำงทเกดสำรผลตภณฑและกำรเปลยนแปลง

ยอนกลบในทศทำงของสำรต งตนมคำเทำกน ในกำรศกษำเรองสมดลเคม จะศกษำกำรค ำนวณคำคงทสมดลโดยกำรใชขอมลจำกกำร

ทดลอง กำรหำคำคงทสมดลของสมกำร จะเกดข นเมอมกำรเปลยนแปลงอณหภม ปรมำตร หรอควำมดนของระบบ กำรค ำนวณควำมเขมขนของสำรตำง ๆ ณ สภำวะสมดล

2.2 สมดลเคม ในสภำวะสมดล ควำมเขมขนของสำรต งตนและผลตภณฑจะคงท ไมวำเวลำจะผำนไปนำน

เทำใดกตำม (in a state of equilibrium, the concentrations of reactants and products no longer change with time) ตวอยำงเชนกำรหดลองในระบบสำรตอไปน ดงสมกำร

N2O4 (g) 2NO2 (g) ไมมส สน าตาล เมอเรำน ำกำซ N2O4 ใสไวในขวดทมฝำปด และท ำใหมอณหภม 100°C กำซในขวดจะเรม

เปลยนแปลงเปนสน ำตำลและคอย ๆ เขมข นเรอย ๆ จนควำมเขมขนสคงท เมอท ำกำรศกษำในระดบโมเลกลพบวำ ในชวงแรกโมเลกลของ N2O4 จะแพรกระจำยไปทวขวด จำกน นจงคอย ๆ สลำยตวเปน NO2 ซงมสน ำตำล และโมเลกลของ NO2 จะคอย ๆ เพมมำกข น จงเหนเปนสน ำตำลเขมข น เมอจ ำนวนโมเลกลของ N2O4 นอยลง N2O4 กจะสลำยตวชำลงดวย ในขณะทโมเลกลของ N2O4 สลำยตว โมเลกลของ NO2 จะเกดข น และเมออตรำกำรเกดปฏกรยำไปขำงหนำ (กำรสลำยตของ N2O4) เทำกบอตรำกำรเกดปฏกรยำยอนกลบ (กำรเกด N2O4) ภำวะน เรยกวำ สมดล

ภาพท 2 Reaching equilibrium on the macroscopic and molecular level.

2.2 สมดลเคม

อยำงไรกตำม ในระบบน นมไดมกำรหยดนง ยงคงมกำรเปลยนแปลงในระดบโมเลกล เกดข นอยำงตอเนองอยตลอดเวลำ แตเรำมองไมเหนกำรเปลยนแปลงน น ๆ เพรำะอตรำกำรเกดปฏกรยำไปขำงหนำเทำกบอตรำกำรเกดปฏกรยำยอนกลบนนเอง

หมำยเหต 1. สมดลจะเรมจำกกำรเปลยนแปลงไปขำงหนำหรอจะเรมจำกกำรเปลยนแปลงยอนกลบกได 2. ระบบตำง ๆ จะเขำสสมดลไดเรวชำตำงกน บำงระบบใชเวลำมำก บำงระบบใชเวลำนอย เพรำะ

ระบบมอตรำกำรเกดปฏกรยำเรวชำตำงกน ระบบมอตรำกำรเกดปฏกรยำสง จะท ำใหระบบเขำสสมดลเคมเรว

At equilibrium: Rateforward = Raterev

2.3 คำคงทสมดล เมออณหภมคงท ควำมเขมขนของผลตภณฑและสำรต งตนจะคงทและยงคงอยในภำวะสมดล

น น ในกรณของกำรทดลองน สำมำรถเขยนสมกำรโดยใชกฏอตรำไดวำ kfwd[N2O4] = krev[NO2]2

เมอ kfwd คอ คำคงทอตรำของปฏกรยำไปขำงหนำ krev คอ คำคงทอตรำของปฏกรยำยอนกลบ kfwd = [NO2]2

krev [N2O4] K = kfwd = [NO2]2

krev [N2O4] คำ K น เรยกวำ คำคงทสมดล (Equilibrium Constant) ซงเปนคำคงตวเฉพำะอณหภม

2.3 คำคงทสมดล

สมกำรทวไป aA +bB cC + dD คำคงทสมดล มคำเทำกบผลคณของควำมเขมขนทภำวะสมดลของผลตภณฑ หำรดวย

ผลคณของควำมเขมขนทภำวะสมดลของสำรต งตน ควำมเขมขนแตละคำยกก ำลงเทำกบตวเลขน ำหนำสำรน น ในสมกำรทดลแลว สมกำรน เรยกวำกฏของสมดลเคม

K is equal to a particular ratio of equilibrium product and reactant concentration terms at a particular temperature.

2.3 คำคงทสมดล อยำงไรกตำม ควำมเขมขนทภำวะสมดลมดไดหมำยควำมวำควำมเขมขนของสำรต งตนและ

ผลตภณฑมอยอยำงละ 50% พจำรณำกำรทดลองและคำ k ตอไปน 1. เมอ K มคำนอย N2 (g) + O2 (g) 2NO (g) K = 1× 10-30

ปฏกรยำออกซเจนชนของไนโตรเจนทเกดข นทอณหภม 1000 K ปฏกรยำน จะมกำรเกด

NO2 (g) ข นเพยงเลกนอยเทำน น ระบบกจะเขำสสภำวะสมดล

2.3 คำคงทสมดล 2. เมอ K มคำมำก 2CO (g) + O2 (g) 2CO2 (g) K = 1× 1030

ปฏกรยำออกซเจนชนของคำรบอนมอนอกไซดทอณหภม 1000 K ปฏกรยำน จะมกำรเกด

CO2 (g) ข นจนอำจกลำวไดวำ ปฏกรยำน เกดข นอยำงสมบรณ (go to completion) 2. เมอ K มคำปำนกลำง (intermediate) 2BrCl (g) Br2 (g) + Cl2 (g) K = 5

เมอพจำรณำสมกำรและคำ K เรำจะสำมำรถทรำบไดวำจ ำนวนสำรต งตนและผลตภณฑม

อตรำสวนควำมเขมขนมำกนอยกนอยำงไร

ภาพท 3 คา K กบความเขมขนของสาร

2.4 อตรำกำรเกดปฏกรยำเคมและคำคงทสมดล กำรเขยนสมกำรคำ K อำจเขยนไดโดยตรงจำกสมกำรทดลแลว ซงไมเหมอนในกรณกำร

เขยนคำ r (อตรำกำรเกดปฏกรยำ) ในเรองอตรำกำรเกดปฏกรยำเคม ซงจะเขยนจำกสมกำรไมไดถำไมใชปฏกรยำข นเดยว ส ำหรบสมกำรของปฏกรยำผนกลบได ไมวำปฏกรยำด ำเนนไปข นเดยวหรอหลำยข น สมกำรคำ K หรอกำรเขยนกฏของสมดลเคมสำมำรถเขยนไดโดยไมตองรกลไกของปฏกรยำ ถงแมวำปฏกรยำมหลำยข น แตละข นยอมเปนปฏกรยำผนกลบได อตรำกำรเกดปฏกรยำไปขำงหนำและอตรำกำรเกดปฏกรยำยอนกลบของแตละข นเทำกน ดงน นคำคงตวสมดลจงไมเกยวกบกลไกปฏกรยำ

ดงเชน 2A + B C + D มกลไกข นเดยว

K = k1 = [C][D] k2 [A]2[B]

2.4 อตรำกำรเกดปฏกรยำเคมและคำคงทสมดล ถำปฏกรยำน มกลไกสองข นดงน 2A A2 A2 + B C + D ส ำหรบข นแรก K = k1 = [A2] k2 [A]2 ข นสอง K = k1 = [C][D] k2 [A2][B] K = k1k2 = [A2]×[C][D] ; K = [C][D] [A]2 [A2][B] [A]2[B]

จะเหนไดวำ ไมวำปฏกรยำ 2A +B C + D มกลไกข นเดยวหรอสองข น คำคงตวสมดล K = [C][D] เหมอนกน ซงจะเขยนสมกำรคำ K ไดจำกสมกำรทดลแลวโดยตรงได

[A]2[B]

2.5 วธแสดงคำคงทสมดล 1. สมดลเอกพนธ (Homogeneous equilibrium) หมำยถง สมดลของปฏกรยำทสำรท งหมดในปฏกรยำอยวฏภำคเดยวกน ตวอยำงไดแก กำร

ทดลองขำงตนคอปฏกรยำสลำยตวของ N2O4 ในสถำนะกำซ ซงมคำคงทสมดลดงแสดง K = [NO2]2

[N2O4] สญลกษณ K ใชเพอแสดงวำเรำเขยนคำคงทสมดลในรปควำมเขมขน ซงมหนวยเปนโมลตอ

ลตร หรอในบำงกรณส ำหรบปฏกรยำของกำซ เรำอำจใชควำมดนยอยแสดงควำมเขมขนกได จำกควำมรทนกเรยนไดเรยนผำนมำทรำบวำ ทอณหภมคงท ควำมดนของกำซจะสมพนธโดยตรงกบควำมเขมขนของกำซในหนวย mol/dm3 หรอ P = (n/V)RT

K = P2NO2

PN2O4 เมอ PNO2 และ PN2O4 เปนควำมดนยอยในหนวย atm ของ NO2 และ N2O4 ตำมล ำดบ ทสภำวะสมดลสญลกษณ Kp หมำยควำมวำเรำแสดงควำมเขมขนในรปของควำมดน

2.5 วธแสดงคำคงทสมดล 1. สมดลววธพนธ (Heterogeneous equilibrium) หมำยถง ภำวะสมดลของปฏกรยำผนกลบไดทมสำรต งตนและสำรผลตภณฑตำงวฏภำคกน

ตวอยำงเชน เมอเผำแคลเซยมคำรบนเนตในภำชนะปด จะเกดสมดลดงน CaCO3 (s) CaO (s) + CO2 (g) จะเหนวำของแขงท งสองชนดกบกำซทเกดข นมวฏภำคหรอสถำนะตำงกน เรำอำจเขยน

คำคงทสมดลดงน KC = [CaO][CO2]

[CaCO3] แตมปญหำวำ เรำจะแดสงควำมเขมขนของของแขงไดอยำงไร กำรท CaCO3 และ CaO เปน

ของแขงบรสทธท งคหมำยควำมวำควำมเขมขนของสำรท งสองน (ในกอนของแขง) ไมเปลยนแปลงในขณะทปฏกรยำด ำเนนไปท งน เปนเพรำะวำควำมเขมขนของของแขง (หรอของเหลวบรสทธ) ตองมคำคงทอณหหมคงท และไมข นกบปรมำณของสำรทมอย

จำกเหตน จะเหนวำเรำอำจเขยนสมกำรแสดงคำคงทสมดลส ำหรบกำรสลำยตวของCaCO3 ไดเปน

2.5 วธแสดงคำคงทสมดล จำกเหตน จะเหนวำเรำอำจเขยนสมกำรแสดงคำคงทสมดลส ำหรบกำรสลำยตวของCaCO3

ไดเปน [CaCO3]KC = [CO2] [CaO] เนองจำกท ง [CaCO3] และ [CaO] มคำคงทและ KC กเปนคำคงทสมดล พจนตำง ๆ ทำง

ซำยมอของสมกำรจงเปนคำคงทท งหมด และจะเขยนสมกำรใหมไดเปน KC = [CO2]

2.6 ควำมสมพนธของ KC และ KP

พจำรณำสมกำร a A (g) b B (g) เมอ a และ b เปนสมประสทธจ ำนวนโมล คำคงทสมดล KC คอ KC = [B]b

[A]a

และคำคงทสมดล KP คอ KP = Pb B

Pa A

เมอ PA และ PB เปนควำมดนยอยของ A และ B ถำสมมตวำกำซท งสองเปนกำซสมบรณแบบ จะได

PA V = nA RT PA = nA RT V

2.6 ควำมสมพนธของ KC และ KP

เมอ V เปนปรมำตรของภำชนะบรรจ ในท ำนองเดยวกน ส ำหรบกำซ B PB V = nB RT PB = nB RT V แทนคำ PA และ PB น ลงในสมกำรของ KP จะได KP = (nB RT/V)b - (nB/V)b (RT)b-a

(nA RT/V)a (nA/V)a เนองจำก nA/V และ nB/V มหนวยเปน mol/dm3 จงแทนไดดวย [A] และ [B] ตำมล ำดบ จะได Kp = [B]b (RT)Δn

[A]a

= KC (RT)Δn เมอ Δn = b-a = จ ำนวนโมลของกำซผลตภณฑ – จ ำนวนโมลของกำซต งตน โดยทวไป KP จะไมเทำกบ KC ยกเวนกรณ Δn = 0

ลองท ำด 1. จงหำคำ K ของสมกำรตอไปน ในกรณทเกยวกบกำซ ใหหำท ง Kp และ Kc และ

เขยนสมกำรแสดงควำมสมพนธ KP กบ KC ดวย ก. 2NOCl (g) 2 NO (g) + Cl2 (g) ข. COCl2 (g) CO (g) + Cl2 (g) ค. NO (g) ½ N2 (g) + ½ O2 (g) ง. Zn (s) + CO2 (g) ZnO (s) + CO (g) จ. MgSO4 (s) MgO (s) + SO3 (g)

2. สมกำรของปฏกรยำ CaCO3(s) CaO (s) + CO2 (g) ทอณหภม 800 ºC ควำมดน

ของ CO2 เทำกบ 0.236 atm จงค ำนวณ (ก) KP (ข) KC ทอณหภมน 3. แอมโมเนยมคำรบำเมต (NH4CO2NO2) สลำยตวดงสมกำร NH4CO2NH2 (s) 2NH3 (g) + CO2 (g) ตอนเรมตอนปฏกรยำมแอมโมเนยมคำรบำเมตทเปนของแขงเพยงอยำงเดยว และเมออณหภม

40ºC พบวำมควำมดนของกำซ (NH3 และ CO2) เทำกบ 0.363 atm จงค ำนวณหำคำคงทสมดล (Kp)

N2O4 NO2

N N

O

O

O

O

N

O

O

N

O

O

• ปฏกรยำสำมำรถเรมจำกดำนใดกได

- ผลทไดจะมลกษณะเชนเดยวกน

การดาเนนเขาสภาวะสมดลของระบบ

NO2

N2O4

ควำมเขม

ขน

เวลำ เรมตนม NO2 อยำงเดยว

NO2

N2O4


ขน

เวลำ

เรมตนม N2O4 อยำงเดยว เรมตนม N2O4 และ NO2

NO2

N2O4


ขน

เวลำ

ทสมดลควำมเขมขนของ NO2 และ N2O4 ไมเทำกน

กราฟของสมดลเคม 1. กรำฟอตรำกบเวลำ

X2 + 2Y2 2XY2 อต

รำกำรเก

ดปฏก

รยำ

เวลำ (s)

X2 + 2Y2 2XY2

X2 + 2Y2 2XY2

2XY2 X2 + 2Y2

2.กรำฟระหวำงควำมเขมขนกบเวลำ

ก. สำรต งตนเหลอนอยกวำผลตภณฑ

[X]

[Y]


ขน

เวลำ

X Y

[X] < [Y]

ข. สำรต งตนเหลอมำกกวำผลตภณฑ

[X]

[Y] ควำมเขม

ขน

เวลำ

X Y

[X] > [Y]

ค. สำรต งตนเหลอเทำกบผลตภณฑ

[X]

[Y] ควำมเขม

ขน

เวลำ

X Y

[X] > [Y]

2.7 องคประกอบทมผลตอสมดลเคม สงททาใหสมดลของระบบเปลยนแปลงคอ 1. ควำมเขมขน 2. อณหภม อธบำยโดยหลกของเลอซำเตอลเอ 3. ควำมดน 4. กำรเตมกำซเฉอย 5. กำรเตมตวเรงปฏกรยำ (ไมมผลตอสมดล แตมผลตออตรำเรวของกำร

เกดปฏกรยำ) หลกของเลอชาเตอลเอ (Le Chatelier’s Principle) กลาววา “ เมอระบบอยในสมดล ถำสภำวะของระบบเปลยนไป ระบบจะมกำรกระท ำไปใน

ทศทำงทจะท ำใหภำวะสมดลกลบคน” หรอ “เมอสงทผลตอสมดล (ควำมเขมขน อณหภมหรอควำมดน) มำรบกวนระบบ ทอย

ณ ภำวะสมดล จะท ำใหสมดลเปลยนไปในทศทำงตรงขำมกบสงรบกวนน น เพอทจะเกดสมดลใหมตอไป”

2.7 องคประกอบทมผลตอสมดลเคม 1. การเปลยนแปลงความเขมขน เมอระบบอยในสมดล เพมควำมเขมขนของสำรต งตน = เกดปฏกรยำเลอนไปทำงขวำ ลดควำมเขมขนของสำรต งตน = เกดปฏกรยำเลอนไปทำงซำย เพมควำมเขมขนของสำรผลตภณฑ = เกดปฏกรยำเลอนไปทำงซำย ลดควำมเขมขนของสำรผลตภณฑ = เกดปฎกรยำเลอนไปทำงขวำ ตวอยาง จำกสมกำร A + B C + D เพม [A] สมดลเลอนไปทำงขวำ (ตำมหลกของเลอชำเตอลเอ สมดลจะปรบตว เพอลด [A])

และ ณ สมดลใหม [A] จะเพมข น [B] จะลดลง [C] และ [D] จะเพมข นเทยบกบสมดลเดม ลด [C] สมดลเลอนไปทำงขวำ (ตำมหลกของเลอชำเตอลเอ สมดลจะปรบตว เพอเพม [A])

และ ณ สมดลใหม [A], [B], [C] จะลดลง แต [D] จะเพมข นเทยบกบสมดลเดม

2.7 องคประกอบทมผลตอสมดลเคม หมายเหต 1. ถำเพมควำมเขมขนของสำรใด สำรน นจะเพมเสมอ เมอเทยบกบสมดลเดม 2. ถำลดควำมเขมขนของสำรใด สำรน นจะลดเสมอ เมอเทยบกบสมดลเดม

พจำรณำสมดลในปฏกรยำตอไปน BaSO4 (g) Ba2+ (aq) + SO4

2- (aq) ถำเตมสำรละลำย Na2SO4 ลงไปเลกนอย จะมผลตอสภำวะสมดลของปฏกรยำน ไดอยำงไร …………………………………………………………………………………………… พจำรณำคำคงทสมดลทสภำวะสมดล K = …………….. แตเตม Na2SO4 ลงไป จะท ำให K = ……………...

2.7 องคประกอบทมผลตอสมดลเคม จะเหนไดอยำงชดเจนวำ ระบบจะเขำสสภำวะสมดลไดอกกตอเมอควำมเขมขน Ba2+ หรอ SO4

2- อยำงใดอยำงหนงตองลดลง ผลกคอเมอ BaSO4 ตกตะกอนมำกข นจะท ำใหปรมำณของ Ba2+ ในสำรละลำยลดลง จนเมอผลคณของ [Ba2+ ][SO4

2-] มคำเทำกบ K ระบบกจะเขำสสภำวะสมดลอกคร งหนง

2.7 องคประกอบทมผลตอสมดลเคม 1. การเปลยนแปลงอณหภม ผลของอณหภมตอสภำวะสมดล แยกพจำรณำออกเปน 2 กรณ

กรณท 1: ปฏกรยำคำยควำมรอน (หมำยถงปฏกรยำไปขำงหนำคำยควำมรอน ปฏกรยำยอนกลบดดควำมรอนรอน (-ΔH) A + B C + D +energy 1. เพม T (ใหควำมรอนแกระบบ) ปฏกรยำเลอนไปทำงซำย (ไปในทศทำงดดควำมรอน) สมดลใหม [A], [B] เพม แต [C],[D] ลดลง อตรำกำรเกดปฏกรยำจะเพมข นเพรำะ T สงข น คำ K ลดลง (เนองจำกปฏกรยำเลอนไปทำงซำย) 2. ลด T (ลดควำมรอนของระบบ) ปฏกรยำเลอนไปทำงขวำ (ไปในทศทำงคำยควำมรอน) สมดลใหม [A], [B] ลดลง แต [C],[D] เพม อตรำกำรเกดปฏกรยำจะลดลงพรำะ T ลดลง คำ K เพมข น (เนองจำกปฏกรยำเลอนไปทำงขวำ)

กรณท 2: ปฏกรยำดดควำมรอน (หมำยถงปฏกรยำไปขำงหนำดดควำมรอน ปฏกรยำยอนกลบคำยควำมรอนรอน (ΔH) A + B + energy C + D 1. เพม T (ใหควำมรอนแกระบบ) ปฏกรยำเลอนไปทำงขวำ (ไปในทศทำงคำยควำมรอน) สมดลใหม [A], [B] ลดลง แต [C],[D] เพมข น อตรำกำรเกดปฏกรยำจะเพมข นเพรำะ T

สงข น คำ K เพมข น 2. ลด T (ลดควำมรอนของระบบ) ปฏกรยำเลอนไปทำงซำย (ไปในทศทำงดดควำมรอน) สมดลใหม [A], [B] เพมข น แต [C],[D] ลดลง อตรำกำรเกดปฏกรยำจะลดลงพรำะ T ลดลง คำ K ลดลง

2.7 องคประกอบทมผลตอสมดลเคม 1. การเปลยนแปลงอณหภม ผลของอณหภมตอสภำวะสมดล แยกพจำรณำออกเปน 2 กรณ

2.7 องคประกอบทมผลตอสมดลเคม 3. การเปลยนแปลงความดน ปรกตควำมดนไมมผลตอสมดลของสำรในสถำนะของเหลวหรอของแขง แตควำมเขมขน

ของกำซจะมกำรเปลยนแปลงอยำงมำก เมอควำมดนเปลยนไป PV = nRT P = (n/V)RT จะเหนไดวำ P และ V แปรผกผนกน ปรมำตรนอย = ควำมดนมำก ปรมำตรมำก = ควำมดนนอย เนองจำก n/V คอควำมเขมขนของกำซในหนวย mol/dm3 ดงน น ควำมเขมขนแปรผน

โดยตรงกบควำมดน การเปลยนแปลงความดนจะมผลตอสภาวะสมดล ซงจะพจำรณำเปน 3 กรณ ไดแก กรณท 1 : จ ำนวนโมลของกำซสำรต งตน เทำกบ จ ำนวนโมลของกำซผลตภณฑ กรณท 2 : จ ำนวนโมลของกำซสำรต งตน มำกกวำ จ ำนวนโมลของกำซผลตภณฑ กรณท 3 : จ ำนวนโมลของกำซสำรต งตน นอยกวำ จ ำนวนโมลของกำซผลตภณฑ

2.7 องคประกอบทมผลตอสมดลเคม พจำรณำ กรณท 1 เชน N2 (g) + O2 (g) 2 NO (g) เนองจำกจ ำนวนโมลของกำซต งตนเทำกบจ ำนวนโมลของกำซผลตภณฑกำรเปลยนแปลง

ควำมดน จะไมมผลตออตรำกำรเกดปฏกรยำเคม พจำรณำ กรณท 2 เชน N2 (g) + 3H2 (g) 2 NH3 (g) เพมความดน (หรอลดปรมำตร) สมดลจะเลอนจำกซำยไปขวำ (ปรบตวเพอลดควำมดน) สมดลใหม ปรมำณของสำรต งตนจะลดลง ปรมำณของสำรผลตภณฑจะเพมข น ลดความดน (หรอเพมปรมำตร) สมดลจะเลอนจำกขวำไปซำย (ปรบตวเพอเพมควำมดน) สมดลใหม ปรมำณของสำรต งตนจะเพมข น ปรมำณของสำรผลตภณฑจะลดลง พจำรณำ กรณท 3 เชน PCl3 (g) PCl3 (g) + Cl2(g) กำรเพมและลดควำมดนจะใหผลตรงกนขำมกบกรณท 2

4. การเตมกาซเฉอย กำรเตมกำซเฉอย (กำซทไมท ำปฏกรยำกบสำรอน ๆ) เขำไปในระบบของกำซใด ๆ ซงท ำ

ปฏกรยำกนจนเขำสสภำวะสมดลแลว จะมผลท ำใหควำมดนท งหมดภำยในระบบเพมข น แตจะไมท ำใหควำมดนยอยหรอควำมเขมขนของสำรใดสำรหนงเปลยนแปลง ควำมดนท

เพมข นจงไมมผลตอต ำแหนงของสภำวะสมดล 5. การเตมตวเรงปฏกรยา เรำทรำบจำกกำรศกษำเรองอตรำกำรเกดปฏกรยำเคมแลววำ ตวเรงปฏกรยำจะท ำให

พลงงำนกระตนของปฏกรยำลดต ำลง ปฏกรยำจงเกดข นไดเรวข น แตจะไมมผลตอคำคงทสมดล เพยงแตปฏกรยำจะเขำสสภำวะสมดลไดเรวข นเทำน น

2.7 องคประกอบทมผลตอสมดลเคม

Summation (เพมเตม)

ถามการเพมหรอลด สารตงตนหรอผลตภณฑ จะไมสงผลตอคา Kc

ความดนและปรมาตรเปนปจจยทมความสมพนธซงกนและกน กลาวคอ ความ

ดนมาก ปรมาตรจะนอย/ ความดนนอย ปรมาตรจะมาก ซงจะสงผลตอสถานะ

แกสเทานน

การเปลยนความดนและปรมาตรของระบบจะไมสงผลตอคา Kc

การเปลยนแปลงอณหภมจะมผลตอคา Kc โดยตรง กลาวคอ

ถาปฎกรยาเปนคายความรอน คา Kc จะลดลง เมอเพม temp.

ถาปฎกรยาเปนดดความรอน คา Kc จะเพมขน เมอเพม temp.

นอกนนไมมผลตอ คา Kc

1. จงเตมค ำวำ “เพมข น” “ลดลง” หรอ “ไมเปลยนแปลง” ถำมกำรรบกวนสมดลของปฏกรยำตอไปน ลงในชองวำงใหถกตอง

H2 (g) + Cl2 (g) 2 HCl (g) + 68 kJ 2. ปฏกรยำกำรเตรยมแอมโมเนย N2(g) + 3H2 (g) 2NH3 (g) ปฏกรยำน เปนปฏกรยำดด

ควำมรอน ในอตสำหกรรมตองกำรใหไดผลตภณฑมำกทสดคอปฏกรยำเลอนจำกซำยไปขวำอำศยควำมรเรองหลกของเลอซำเตอลเอในกำรท ำใหได NH3 มำก ๆ สำมำรถท ำไดโดยวธใดบำง บอกมำ 3 กรณ

ลองท ำด

การเปลยนแปลง [Cl2] [HCl] K

เตมอณหภมใหกบระบบ

เพมปรมำตรใหกบระบบ

การเปลยนแปลง [Cl2] [HCl] K

เตมอณหภมใหกบระบบ เพมข น ลดลง ลดลง

เพมปรมำตรใหกบระบบ ไมเปลยนแปลง ไมเปลยนแปลง ไมเปลยนแปลง

ตวอยางท1 ทสภำวะอณหภมสงกำรเผำไหมของแกสโซลนในกระบอกสบเครองยนต N2 และ O2 จะ เกดปฏกรยำดงสมกำร

(1) N2 (g) + O2 (g) 2 NO (g) K= 4.3x 10-25

(2) 2NO (g) + O2 (g) 2 NO2 (g) K= 6.4x 109

จงค ำนวณหำคำ K ของปฏกรยำรวม สมกำร (1) + (2) (1) N2 (g) + O2 (g) 2 NO (g)

(2) 2NO (g) + O2 (g) 2 NO2 (g)

ปฏกรยำรวม : N2 (g) + 2O2 (g) 2 NO2 (g) K รวม = [NO2]2

[N2][O2]

2.8 กำรค ำนวณเกยวกบคำคงทสมดล

หรอเขยน K ของแตละสมกำรได (1) K1 = [NO2]2

[N2][O2] (2) K2 = [NO2]2

[NO]2[O2] K รวม = K1 x K2 K รวม = [NO2]2 x [NO2]2

[N2][O2] [NO]2[O2] K รวม = [NO2]2

[N2][O2]2

K = (4.3x 10-25)(6.4x 109) = 2.8x 10-15


หลกกำรค ำนวณหำคำ K เพอทรำบควำมเขมขนของสำร 1. เขยนสมกำรของปฏกรยำพรอมดลสมกำรน น 2. หำจ ำนวนโมลหรอ โมล/ลตร เมอเรมตนปฏกรยำ (Initial) หรอ t = 0 3. หำจ ำนวนโมลหรอ โมล/ลตร ทเปลยนแปลงไป เนองจำกเกดปฏกรยำโดย ก ำหนดให

จ ำนวนโมลทหำยไปเปนลบ (สำรต งตน) จ ำนวนโมลทเพมข นเปนบวก (สำรผลตภณฑ)

4. หำจ ำนวนโมล หรอ โมล/ลตร ณ จดสมดล (Final) หรอ t = te โดยน ำ ขอ 2 + ขอ 3 ตำมเครองหมำยบวกลบน น ๆ แลวเปลยนจ ำนวนโมล ณ จดสมดลใหเปนโมล/ลตร แลวจงแทนคำควำมเขมขนในสมกำรคำ K


ลกษณะของปญหา ตวอยางท 2 ก ำหนดปรมำณหรอควำมเขมขนของสำรให แลวหำคำ K ปฏกรยำ 2 NO2 (g) 2 NO (g) + O2 (g) เมอน ำ NO2, NO และ O2 อยำงละ 1,

0.8 และ 0.2 โมล ตำมล ำดบ ใสลงในภำชนะขนำด 1 ลกบำศกเดซเมตร ทภำวะสมดล พบวำม O2 อย 0.3 โมล ถำลดปรมำตรของภำชนะลงครงหนง จงค ำนวณหำคำคงทสมดลทภำวะสมดลใหม

ข นท 1 เขยนสมกำร 2 NO2 (g) 2 NO (g) + O2 (g) ข นท 2 หำโมลเรมตน 1.0 0.8 0.2 mol/dm3

ข นท 3 หำโมลทเปลยนแปลง -2a +2a +a mol/dm3 ข นท 4 หำโมลทภำวะสมดล 1 - 2a 0.8 + 2a 0.2 + a mol/dm3


โจทยบอกวำทสมดลม O2 อย 0.3 โมล ดงน น 0.2 + a = 0.3 a = 0.1 K1 = [NO2]2

[N2][O2] แทนคำ = [1]2[0.3] [0.8]2

= 0.47 และเมอลดปรมำตรภำชนะลงครงหนง โดยทอณหภมคงทจะไมมผลตอกำรเปลยนแปลง คำคงท

สมดล


ลกษณะของปญหา ตวอยางท 3 ก ำหนดคำ K ให เพอค ำนวณหำควำมเขมขนของสำร น ำ H2 มำ 44.8 dm3 ท STP ท ำปฏกรยำกบ I2 44.8 dm3 ท STP ทอณหภม 250 ºC ในภำชนะ

2 ลตร ทภำวะสมดลมคำ K เทำกบ 4 จงหำควำมเขมขนของ H2, I2 และ HI ณ ภำวะสมดล ข นท 1 เขยนสมกำร H2 (g) + I2(g) 2HI (g) ข นท 2 หำโมลเรมตน 44.8/22.4 = 2 44.8/22.4 = 2 0 mol

ข นท 3 หำโมลทเปลยนแปลง -a -a +2a mol ข นท 4 หำโมลทภำวะสมดล 2 – a 2 - a 2a mol

หรอ (2-a)/2 (2 – a)/2 a mol/dm3



H2 (g) + I2(g) 2HI (g) สมกำรคำคงทสมดลคอ K = [HI]2

[H2][I2] โจทยบอกวำคำคงทสมดลเทำกบ 4 ดงน น 4 = [a]2 = [a]2

[(2-a/)2][(2-a)/2] [(2-a/)2]2

แทนคำ 2 = [a] [(2-a)/2]

2 x (2-a)/2 = a 2 –a = a a = 1 mol/dm3 ทสภำวะสมดลใหม [HI] = a = 1 mol/dm3, [H2] = [I2] = (2-a)/2 = ½ mol/dm3

ลองท ำด 1. ทสภำวะสมดล คำ Kc ของสมกำร H2(g) + CO2(g) H2O(g) + CO(g) เทำกบ

4.2 ทอณหภม 1650 ºC เมอเรมปฏกรยำน ำ CO2 0.8 โมล ฉดเขำไปในภำชนะขนำด 5 ลตร ทม H2 อย 0.80 โมล จงค ำนวณหำควำมเขมขนของสำรต งตนและสำรผลตภณฑทภำวะสมดล

2. ส ำหรบปฏกรยำ CO(g) + H2O(g) CO2(g) + H2(g) K เทำกบ 4 ทอณหภมทก ำหนดให ถำใส CO = 0.6 โมล และ H2O = 0.6 โมล ในภำชนะ 2 ลตร ทอณหภมเดยวกนทภำวะสมดลม CO2 อยกโมล

3. เมอปลอยให 0.5 โมล ของ A สลำยตวจนอยในสภำวะสมดล กบ B ในภำชนะขนำด 1 dm3 ท 25ºC ตำมสมกำร A(g) 2B(g) ถำคำ K ของปฏกรยำเทำกบ 8 จงค ำนวณหำควำมเขมขนของสำร A และ B ทสภำวะสมดล

The reaction qoutient, Q

The reaction qoutient, Q คอ ผลคณความเขมขน หรอผลคณ

ไอออนส าหรบปฏกรยาใดๆ

aA + bB cC +d D

Q = [C]c[D]d

[A]a [B]b

Q < Kc ปฏกรยาจะด าเนนไปขางหนาจนกวาจะเขาสสภาวะสมดล

Q = Kc ระบบเขาสสมดล

Q > Kc ปฏกรยาจะยอนกลบจนกวาจะเขาสสภาวะสมดล

ใชคำควำมเขมขน ณ จดใดๆ

ตวอยาง จำกสมกำร N2 (g) + 3H2 (g) 2 NH3 (g) ท500 oC มคำ Kc = 6.0 x 10-2 L2. mol-2 จงท ำนำยทศทำงของปฏกรยำเพอเขำสสภำวะสมดล เมอ [NH3]0 = 1.0x10-3M, [N2]0 = 1.0x10-2M, [H2]0 = 2.0x10-3M

2.9 สมดลของกำรละลำยของเกลอทละลำยน ำไดนอย

ควำมสำมำรถในกำรละลำย (Solubility) ของสำร หมำยถง ควำมสำมำรถของสำรทจะละลำยในสำรอน จนเปนสำรละลำยอมตว เมอน ำสำรละลำยเกลอทละลำยน ำไดนอย ตวอยำงเชนภำวะสำรละลำยอมตวของเกลอ

AgCl เขยนสำรกำรไดเปน AgCl (s) Ag+ (aq) + Cl- (aq) สภำวะสมดล อตรำกำรเกดปฏกรยำไปขำงหนำ = อตรำกำรเกดปฏกรยำยอนกลบ สภำวะทสำรละลำยอมตว อตรำกำรละลำย = อตรำกำรตกผลก สำมำรถเขยนคำคงทสมดลของปฏกรยำน ไดวำ K = [Ag+][Cl-]


คำ K ในกรณน จะเขยนวำ Ksp (Solubility product constant) และควำมสำมำรถในกำรละลำยจะเขยนในรปของควำมเขมขนของไอออนในหนวย mol/L ยกก ำลงดวยเลขสมประสทธจ ำนวนโมล ของแตละไอออนในสมกำรทดลแลว ตวอยำงเชน

MgF2 MgF2 (s) Mg2+ (aq) + 2F- (aq) Ksp = [Mg2+][F-]2

Ag2CO3 Ag2CO3 (s) 2Ag+ (aq) + CO3

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

เรำจะเขยนคำ Ksp ของสมกำรทวไปไดวำ Ax By (s) x Aa+ (aq) + y B b- (aq) Ksp = [Aa+]x [B b- ]y


คำ Ksp จะท ำใหเรำทรำบถง 1. ควำมสำมำรถในกำรละลำยของสำรประกอบ วำละลำยไดเทำใดแคไหนทอณหภมคงท

(25ºC) 2. เปรยบเทยบกำรละลำยน ำของสำรประกอบตำง ๆ วำสำรใดละลำยน ำไดดมำกกวำกน

โดยปรกตสำรทมคำ Ksp มำกละลำยน ำไดดกวำสำรทมคำ Ksp นอย 3. นอกจำกน ยงบงบอกถงสภำวะของสำรน น ๆ วำ ขณะน นเปนสำรละลำยอมตว หรอยง

สำมำรถละลำยไดอก เชน AgCl มคำ Ksp = 1.6x 10-10 และให Q แทนคำผลคณของกำรละลำยทสภำวะตำง ๆ Q = [Ag+][Cl-]

ถำ Q < Ksp Unsaturated solution Q = Ksp Saturated solution Q > Ksp Supersaturated solution; AgCl will precipitate out until the

product of the ionic concentrations is equal to 1.6x 10-10


ตวอยางการคานวณเกยวกบคา Ksp

ตวอยางท 4 กำรละลำยของซลเวอรซลเฟต Ag2SO4 ละลำยได 1.5x 10-2 โมลตอลตร ทอณหภม 25ºC จงค ำนวณหำคำ Ksp ของซลเวอรซลเฟต

เขยนสมกำรกำรเกดปฏกรยำ Ag2SO4 (s) 2 Ag+ (aq) + SO4

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

2- 1 โมล ในสำรละลำย ดงน นถำ Ag2SO4 1.5x 10-2 โมล ละลำยเปน 1 ลตร จะมควำมเขมขนของแตละไอออนเปน

[Ag+] = 2(1.5x 10-2) = 3.0x10-2 โมลตอลตร [SO4

2-] = 1.5x 10-2 โมลตอลตร ดงน น จงหำคำ Ksp ไดวำ Ksp = [Ag+]2[SO4

2-] = (3.0x10-2)2 (1.5x10-2) = 1.4 x 10-5


ตวอยางการคานวณเกยวกบคา Ksp ตวอยางท 5 Cu(OH)2 มคำ Ksp เทำกบ 2.2 x 10-20 เมอให Cu(OH)2 ละลำยในน ำ จะละลำยไดกกรมท

อณหภม 25ºC เขยนสมกำรกำรเกดปฏกรยำ Cu(OH)2 (s) Cu2+ (aq) + 2OH- (aq) โมลเรมตน 0 0 โมลทเปลยน +a +2a โมลทสภำวะสมดล a 2a Ksp = [Cu2+][OH-]2

2.20x 10-20 = (a) (2a)2

a3 = (2.20x 10-20) / 4 a3 = 5.5x 10-21

a = 1.8x 10-7 mol/dm3


เรำทรำบน ำหนกโมเลกลของ Cu(OH)2 เทำกบ 97.57 g/mol ดงน น Cu(OH)2 จะละลำยได = 1.8x 10-7 mol Cu(OH)2 x 97.57g Cu(OH)2 1 L solution 1 mol Cu(OH)2 = 1.8 x 10-5 g/L ลองทาด กำรละลำยของซลเวอรซลเฟต AgCl ถำคำ Ksp เทำกบ 1.6x 10-10 ทอณหภม 25ºC ถำขณะน

มควำมเขมขนของ Ag+ เทำกบ 1.6x 10-5 โมลตอลตรและควำมเขมขนของ Cl- เทำกบ 2.0x 10-5 โมลตอลตรจงท ำนำยวำสำรละลำยอมตวหรอยง

Documents

power point