คณิตศาสตร์

การเปลี่ยนแปลงที่ผันกลับได้

สร้างเมื่อ 12 ก.ค. 2555 17:03:53

ระดับประถม
5,712 view

สมดุลเคมี

ปฏิกิริยาเคมีที่ได้ศึ่กษามาแล้ว ส่วนใหญ่เป็นปฏิกิริยาที่ดำเนินไปทิศทางเดียวคือจากสารตั้งต้นเปลี่ยนแปลงเป็นผลิตภัณฑ์และเกิดขึ้นอย่างสมบูรณ์ เช่น การเผาไหม้น้ำมัน เชื้อเพลิง ลวดแมกนีเซียม การเกิดสนิมเหล็ก การเตรียมแก๊สไฮโดรเจนจากโลหะสังกะสีกับสารละลายกรดไฮโดรคลอริกแต่บางปฏิกิริยาเมื่อสารตั้งต้นทำปฏิกิรยากันแล้ว ผลิตภัณฑ์ที่เกิดขึ้นสามารถทำปฏิกิริยาย้อนกลับมาเป็นสารตั้งต้น ได้อีก ในบทนี้จะได้ศึกษาว่าการเปลี่ยนแปลงดังกล่าวเกิดขึ้นได้อย่างไรปัจจัยใดบ้างที่มีผลต่อปฏิกิริยานั้น จะสามารถนำหลักการที่ทำให้ปฏิกิริยาผันกลัลได้เกิดการเปลี่ยนแปลงไปใช้ประโยชน์ในอุตสาหกรรม รวมทั้งใช้อธิบายปรากฏการณ์ต่าง ๆ ใน ชีวิตประจำวันและสิ่งแวดล้อมได้อย่างไร

รูป 7.1 ปฏิกิริยาการเผาไหม้ลวดแมกนีเซียม $\displaystyle 2Mg + O_2  \to 2MgO$

การเปลี่ยนแปลงที่ผันกลับได้

สารบางชนิดเมื่อเกิดการเปลี่ยนแปลงแล้วอาจเปลี่ยนกลับเป็นสารเดิมได้ เช่น น้ำที่ได้รับความร้อนจะเปลี่ยนสถานะเป็นไอน้ำ เมื่ออุณหภูมิลดลงไอน้ำจะควบแน่นเป็นน้ำ หรือการละลายของโซเดียมคลอไรด์ในน้ำร้อนจนได้สารละลายอื่มตัว เมื่อตั้งทิ้งไว้ที่อุณหภูมิห้องจะมีโซเดียมคลอไรด์บางส่วนตกผลึกออกมา ดังรูป 7.2 การเปลี่ยนแปลงลักษณะนี้เรียกว่า การเปลี่ยนแปลงที่ผันกลับได้

รูป 7.2 สารละลายอิ่มตัวของโซเดียมคลอไรด์ในน้ำ

นอกจากตัวอย่างที่กล่าวมาแล้วสามารถศึกษาการเปลี่ยนแปลงของสารอื่น ๆ จากการทดลองต่อไปนี้

การทดลอง 7.1 ปฏิกิริยาระหว่างสารละลาย HClกับสารละลาย CuSo_4

ลงในหลอดทดลองขนาดเล็ก 2 หลอด ๆ ละ 5 หยด

2. เติมน้ำกลั่น 15 หยด ลงในหลอดที่ 1 เขย่าและตั้งไว้เพื่อใช้เปรียบเทียบสี

3. หยดสารละลาย HCl 6 $\displaystyle mol/dm^3$ ลงในหลอดที่ 2 ทีละหยดพร้อมกับเขย่าจนสารละลายเปลี่ยนสีบันทึกผล

4. หยดน้ำกลั่นลงในสารละลายในข้อ 3 ทีละหยดพร้อมกับเขย่าจนสารละลายเปลี่ยนสี บันทึกผล

5. ทำการทดลองซ้ำกับสารในหลอดเดิมอีกครั้งตามข้อ 3-4 สังเกตการณ์เปลี่ยนแปลง

- สารละลายคอปเปอร์ (II) ซัลเฟตเปลี่ยนแปลงอย่างไร เมื่อเติมสารละลายกรดไฮโดรคลอริกและน้ำลงไป เพราะเหตุใด

เมื่อนำคอปเปอร์ (II) ซัลเฟตไปละลายในน้ำ $\displaystyle Cu^{2 + }$ จะถูกโมเลกุลของน้ำล้อมรอบ 4 โมเลกุล เกิดเป็นเตตระอาควาคอปเปอร์ (II) ไอออน $\displaystyle \left[ {Cu\left( {H_2 O} \right)_4 } \right]^{2 + }$ ทำให้สารละลายมีสีฟ้า เขียนสมการแสดงได้ดังนี้

$\displaystyle CuSO_4 \left( s \right) + 4H_2 O\left( l \right) \to \left[ {Cu\left( {H_2 O} \right)_4 } \right]^{2 + } \left( {aq} \right) + SO_4 ^{2 - } \left( {aq} \right)$

 สีฟ้า

 เมื่อหยด HCl ลงในสารละลาย $\displaystyle \left[ {Cu\left( {H_2 O} \right)_4 } \right]^{2 + }$ ซึ่งมีสีฟ้า จะได้เตตระคลอโรคิวเปรต (II) ไอออน $\displaystyle \left[ {CuCl_4 } \right]^{2 - }  $ ซึ่งมีสีเหลือง แต่ที่สังเกตได้จากการทดลองเป็นสารละลายสีเขียวแกมเหลือง เนื่องจากเป็นสีผสมระหว่างสีฟ้าของ $\displaystyle \left[ {Cu\left( {H_2 O} \right)_4 } \right]^{2 + }$ กับสีเหลืองของ $\displaystyle \left[ {CuCl_4 } \right]^{2 - }$ ต่อจากนั้นเติมน้ำลงในสารละลาย $\displaystyle \left[ {CuCl_4 } \right]^{2 - }$ จะทำให้ได้สารละลายสีฟ้าของ $\displaystyle \left[ {Cu\left( {H_2 O} \right)_4 } \right]^{2 + }$ กลับคืนมา ดังรูป 7.3

รูป 7.3 ก. สารละลายที่มี $\displaystyle \left[ {Cu\left( {H_2 O} \right)_4 } \right]^{2 + }$

ข. สารละลายที่ได้จากการเติม $\displaystyle Cl^ -  $ ลงใน $\displaystyle \left[ {Cu\left( {H_2 O} \right)_4 } \right]^{2 + }$

ค. สารละลายที่ได้จากการเติม $\displaystyle H_2 O$ ลงใน $\displaystyle \left[ {CuCl_4 } \right]^{2 - }$

$\displaystyle \left[ {Cu\left( {H_2 O} \right)_4 } \right]^{2 + }$ เป็นไอออนที่เกิดขึ้นจริงในสารละลาย โดยทั่วไปจะเขียนในรูปอย่างง่ายคือ $\displaystyle Cu^{2 + } (aq)$ ส่วนวงเล็บใหญ่ ([ ] ) ใช้แสดงว่าสารในวงเล็บเป็นไอออนเชิงซ้อน

ถ้าให้ $\displaystyle [Cu(H_2 O)_4 ]^{2 + }$ ซึ่งเป็นสารตั้งต้นที่มีสีฟ้าเปลี่ยนแปลงไปเป็นผลิตภัณฑ์คือ $\displaystyle [CuCl_4 ]^{2 - }$ ซึ่งมีสีเหลืองเป็น  ปฏิกิริยาไปข้างหน้า และการเปลี่ยนแปลงของผลิตภัณฑ์ซึ่งมีสีเหลืองเปลี่ยนกลับไปเป็นสารตั้งต้นที่มีสีฟ้าเป็น ปฏิกิริยาย้อนกลับ  สมการแสดงการเปลี่ยนแปลงที่เกิดขึ้นเขียนได้ดังนี้

จากการที่สังเกตเห็นสีของสารละลายเปลี่ยนกลับไปมาได้ แสดงว่าปฏิกิริยาระหว่าง $\displaystyle [Cu(H_2 O)_4 ]^{2 + }$ กับ HCl และน้ำเกิดการเปลี่ยนแปลงได้ทั้งไปข้างหน้าและย้อนกลับปฏิกิริยาเช่นนี้เรียกว่า ปฏิกิริยาผันกลับได้ การแสดงปฏิกิริยาผันกลับได้ใช้เครื่องหมาย $\displaystyle \Leftrightarrow$ เขียนสมการได้ดังนี้

$\displaystyle [Cu(H_2 O)_4 ]^{2 + } (aq) + 4Cl^ -  (aq) \Leftrightarrow [CuCl_4 ]^{2 - } (aq) + 4H_2 O(l)$

สีฟ้า สีเหลือง

จึงสรุปได้ว่า เมื่อสารตั้งต้นทำปฏิกิริยาเกิดเป็นผลิตภัณฑ์จะเรียกปฏิกิริยานั้นว่า ปฏิกิริยาไปข้างหน้า และในทางตรงกันข้ามเมื่อผลิตภัณฑ์ทำปฏิกิริยากันแล้วเปลี่ยนกับไปเป็นสารตั้งต้น จะเรียกปฏิกิริยานั้นว่า ปฏิกิริยาย้อนกลับ ปฏิกิริยาที่มีทั้งปฏิกิริยาไปข้างหน้าและย้อยกลับเรียกว่า ปฏิกิริยาผันกลับได้

- เมื่อปฏิกิริยาผันกลับได้ดำเนินไประยะเวลาหนึ่งทั้งสารตั้งต้นและผลิตภัณฑ์ยังคงทำปฏิกิริยาต่อไปอีกหรือไม่ เพราะเหตุใด

บทเรียนที่เกี่ยวข้อง

	การเปลี่ยนแปลงที่ผันกลับได้
	การเปลี่ยนแปลงที่ทำให้เกิดภาวะสมดุล
	ความสัมพันธ์ระหว่างความเข้มข้นของสารต่างๆ ณ ภาวะสมดุล
	ความสัมพันธ์ระหว่างความเข้มข้นของสารต่างๆ ณ ภาวะสมดุล
	ปัจจัยที่มีผลต่อภาวะสมดุล
	หลักของเลอชาเตอลิเอ
	สมดุลเคมีในสิ่งมีชีวิตและสิ่งแวดล้อม