วิชาการ.คอม-บทเรียนออนไลน์-การเปลี่ยนแปลงที่ผันกลับได้ | บทเรียน วิชาการ.คอม
คณิตศาสตร์
 

การเปลี่ยนแปลงที่ผันกลับได้

สร้างเมื่อ 12 ก.ค. 2555 17:03:53
  • ระดับประถม
  • 12,964 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<span style="mso-spacerun:yes">&nbsp; </span>\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 - }<span style="mso-spacerun:yes">&nbsp; </span> 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^ -<span style="mso-spacerun:yes">&nbsp; </span> 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 <b> ปฏิกิริยาไปข้างหน้า</b> และการเปลี่ยนแปลงของผลิตภัณฑ์ซึ่งมีสีเหลืองเปลี่ยนกลับไปเป็นสารตั้งต้นที่มีสีฟ้าเป็น <b>ปฏิกิริยาย้อนกลับ </b> 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^ -<span style="mso-spacerun:yes">&nbsp; </span>(aq) \Leftrightarrow [CuCl_4 ]^{2 - } (aq) + 4H_2 O(l)

                   สีฟ้า                                                                                          สีเหลือง

 

 

จึงสรุปได้ว่า เมื่อสารตั้งต้นทำปฏิกิริยาเกิดเป็นผลิตภัณฑ์จะเรียกปฏิกิริยานั้นว่า  ปฏิกิริยาไปข้างหน้า และในทางตรงกันข้ามเมื่อผลิตภัณฑ์ทำปฏิกิริยากันแล้วเปลี่ยนกับไปเป็นสารตั้งต้น จะเรียกปฏิกิริยานั้นว่า ปฏิกิริยาย้อนกลับ ปฏิกิริยาที่มีทั้งปฏิกิริยาไปข้างหน้าและย้อยกลับเรียกว่า ปฏิกิริยาผันกลับได้

 

          - เมื่อปฏิกิริยาผันกลับได้ดำเนินไประยะเวลาหนึ่งทั้งสารตั้งต้นและผลิตภัณฑ์ยังคงทำปฏิกิริยาต่อไปอีกหรือไม่ เพราะเหตุใด