เนื่องด้วยว่าพรุ่งนี้ผมจะต้องสอบเรื่อง "สมดุลเคมี" และด้วยความที่ว่าไม่ได้ทวนมานานแล้ว
ก็อาจจะมีหลงๆ ลืมๆ อะไรไปบ้าง วันนี้เลยมานั่งอ่านนิดๆ หน่อย ซึมซับทฤษฎีบางอย่างที่
อาจจะขาดหายไป แล้วก็วนๆ ไปดูแนวโจทย์บ้างเพื่อความคล่องตัวในการทำข้อสอบ
สิ่งที่ผมพอจะสรุปเกี่ยวกับเรื่องนี้ ก็คงไม่มีอะไรมาก และก็ไม่หวังว่าใครจะมาอ่าน เพราะว่าคง
จะอ่านเข้าใจยากนิดหน่อย เนื่องจากผมค่อนข้างจะสรุปจากสิ่งที่ผมยังไม่ค่อยรู้มากกว่า
สมดุลเคมี
เกิดได้เมื่อ
- เกิดปฏิกิริยาผันกลับได้
- เป็นสมดุลไดนามิก (เกิดปฏิกิริยาตลอดเวลา)
สมดุลเคมีคือ สภาวะที่อัตราการเกิดปฏิกริยาไปข้างหน้า กับผันกลับเท่ากัน (แค่นี้เท่านั้น)
ถ้าเรียนสมดุลเคมี ก็ต้องมีค่าคงที่สมดุล (K) ซึ่งหาได้จาก อัตราส่วนระหว่างผลคูณความเข้มข้น
ของผลิตภัณฑ์ยกกำลังเลขโมลกับผลคูณของความเข้มข้นสารตั้งต้นยกกำลังโมล
อาจจะเห็นภาพไม่ชัด ดูนี่ดีกว่า
สมมติปฏิกิริยาเป็น 2A + B -------> C + D
ค่าคงที่สมดุล (K) ของปฏิกิริยานี้จะเท่ากับ [C][D] / [A]^2[B]
ลืมบอกไป ค่า K ส่วนใหญ่มักไม่เอาสารที่มีสถานะเป็น solid, liquid มาคำนวณ เพราะ Conc. มาก
นอกจากค่าคงที่สมดุล (K) ธรรมดาแบบนี้แล้ว ยังมีค่า K รวม อีกด้วย ถ้ายังไม่ลืมมันต้องหา
เพราะว่าปฏิกิริยามีหลายปฏิกิริยา และมีค่า K เยอะแยะมากมาย
เงื่อนไขการหาค่า K รวมมีไม่มากแค่
- ถ้าเอาสมการมาบวกกันให้เอา K มาคูณกัน
- ถ้ากลับสมการค่า Kใหม่ จะเท่ากับ 1/Kเก่า
- ถ้าเอาเลขอะไรไปคูณทั้งสมการ ก็เอาไป K ไปยกกำลังเลขนั้นด้วย
ต่อจากเรื่องของค่าคงที่สมดุล (จริงๆ แล้วยังมีมากกว่านี้อีก แต่ว่ามันเกินหลักสูตรเราแล้วหละ)
ก็จะเป็นเรื่องหลักของเลอชาเตอริเอ (Le' Chaterie's Principle) ซึ่งกล่าวเอาไว้ว่า "ถ้าระบบถูกรบกวน
สภาวะสมดุล ทำให้สูญเสียสภาวะสมดุลไป ระบบจะพยายามกระทำในสิ่งที่ตรงกันข้ามกับสิงที่
รบกวนระบบให้สูญเสียสภาวะสมดุล เพื่อปรับให้ระบบกลับเข้าสู่สภาวะสมดุลใหม่อีกครั้ง"
หรือสั้นๆ ง่ายๆ ก็คือ "ถ้าระบบถูกรบกวนให้เสียสมดุล ระบบจะทำตรงข้ามกับที่ถูกรบกวนให้กลับ
มาสมดุลใหม่อีกรอบหนึ่ง"
ตัวอย่างเช่น ถ้าให้ความร้อนกับระบบในสภาวะสมดุล ระบบจะพยายามลดความร้อนของระบบ
เพื่อปรับสมดุลให้ตัวเองใหม่อีกครั้ง
การรบกวนสมดุลใหญ่ๆ แล้วเค้าจะทำกันแบบนี้
- เปลี่ยนแปลงความเข้มข้นของสาร
ถ้าเพิ่มความเข้มข้นของสารไหน ระบบก็จะพยายามลดความเข้มข้นของสารนั้น
อย่างเช่นถ้าเพิ่มความเข้มข้นของผลิตภัณฑ์ ระบบก็จะพยายามลดความเข้มข้น
ของผลิตภัณฑ์โดยการเปลี่ยนผลิตภัณฑ์ให้กลับมาเป็นสารตั้งต้น
- เปลี่ยนแปลงอุณหภูมิ
ถ้าอ่านในหนังสือจะแยกกรณีจนวุ่นวายไปหมด เอาเป็นว่าง่ายๆ เลย ถ้าเพิ่มอุณหภูมิ
ระบบจะพยายามเอา energy มาใช้ เพื่อลดอุณหภูมิ และถ้าลดอุณหภูมิก็จะตรงข้าม
หากยังไม่เห็นภาพตัวอย่างง่ายๆ ก็เช่น สมการ A + B + energy ------> C + D
ถ้าเพิ่มอุณหูมิให้ระบบนี้ ระบบก็จะพยายามเอา energy มาใช้ ในที่นี้ก็คือดำเนินปฏิกิริยา
ไปข้างหน้าเพื่อเอา energy มาใช้เปลี่ยนสารตั้งต้นให้เป็นผลิตภัณฑ์
- เปลี่ยนแปลงความดัน
ถ้าเรียนเรื่องกฎของแก๊สมาจะรู้ว่า การเปลี่ยนแปลงความดัน ก็คือการเปลี่ยนแปลง
ปริมาตรด้วย โดยถ้าเพิ่มความดัน ปริมาตรจะลดลง ในทางตรงข้ามถ้าลดความดัน
ปริมาตรก็จะเพิ่มมากขึ้น หลักการรบกวนสมดุลโดยการเปลี่ยนแปลงความดันก็
เหมือนกับข้ออื่นๆ คือระบบจะทำในทางตรงกันข้าม คือ ถ้าเพิ่มความดัน ระบบก็จะ
พยายามลดความดัน ทีนี้ความดันเนี่ยมันขึ้นอยู่กับจำนวนโมลของแก๊สด้วย ดังนั้น
การจะเพิ่มความดันก็คือการเพิ่มจำนวนโมล การลดความดันก็คือการลดจำนวนโมล
คิดแบบง่ายๆ คือ ถ้าเราไปเพิ่มความดันให้ระบบ ระบบจะลดความดันลงโดยการ
ดำเนินปฏิกิริยาไปในทางที่ได้จำนวนโมลของสารน้อยกว่า
ตัวอย่างเช่น 2A + B -------> C + D อย่างนี้ถ้าเพิ่มความดันให้ระบบ ระบบจะ
ลดความดันโดยการเปลี่ยนสารตั้งต้นให้เป็นผลิตภัณฑ์ เพราะจะเห็นได้ว่าทาง
ฝั่งซ้ายมีจำนวนโมลรวมกันได้ 2 + 1 = 3 ส่วนทางขวานั้นมีน้อยกว่าคือ 1 +1 = 2
หมายเหตุ: การเปลี่ยนแปลงความดัน ความเข้มข้นของสารจะไม่เปลี่ยน เมื่อเทียบ
กับสมดุลเดิม และทำได้แต่กับแก๊ส O_o
- การเติมก๊าซเฉื่อย
อันนี้ไปอ่านเจอมา เลยเอามาแบ่งปัน โดยที่ไปอ่านมาเค้าอธิบายว่าถ้าเราเติม
ก๊าซเฉื่อยลงไปในระบบจะทำให้ความดันของระบบโดยรวมเพิ่มขึ้น แต่ไม่ส่งผล
ต่อสภาวะสมดุล
- เติมตัวเร่ง
ตัวเร่งไม่ส่งผลต่อสภาวะสมดุล แต่จะทำให้เกิดสมดุลเร็วขึ้นเพราะปฏิกิริยาเกิดเร็วขึ้น
สำหรับแนวโจทย์ในเรื่องนี้มีไม่มาก ดังนี้
- ให้ค่า K หาความเข้มข้นของสารที่สภาวะสมดุล
- ให้ความเข้มข้นสาร ให้หาค่า K
- หาค่า K รวมของสมการที่กำหนดจากสมการที่ให้
- บอกว่าถ้ารบกวนสมดุลแบบนี้ ปฏิกิริยาจะเป็นแบบไหน สารไหนเพิ่ม ลด ไม่เปลี่ยนแปลง
สองแนวแรก แค่รู้ว่า เริ่มต้น มีสารเท่าไหร่ เปลี่ยนไปเท่าไหร่ และที่สมดุลมีเท่าไหร่ก็พอ
แนวต่อมาก็ทำตามหลักที่ได้บอกไว้คือ สมการบวกกันเอา K มาคูณกัน
ส่วนแนวสุดท้ายนั้นก็อ่านตามที่ได้บ่นเอาไว้แล้ว ก็น่าจะเอาไปใช้ได้ไม่ยาก (ระวังโดนโจทย์หลอก)