สมดุลเคมีคืออะไร?

ในร่างกายมนุษย์ ความสมดุลของคุณคือความรู้สึกถึงตำแหน่งและการเคลื่อนไหวของร่างกาย รวมถึงความรู้สึกสมดุลของคุณ คำศัพท์ทางเคมีสำหรับดุลยภาพมีความคล้ายคลึงกันในธรรมชาติ สมดุลเคมี หรือที่เรียกว่าปฏิกิริยาในสภาวะคงตัว คือเมื่อไม่มีการเปลี่ยนแปลงเพิ่มเติมในปฏิกิริยาเคมีของความเข้มข้นของสารตั้งต้นหรือผลิตภัณฑ์ ไม่ได้หมายความว่าปฏิกิริยาหยุดเกิดขึ้น แต่การก่อตัวและการใช้สารจะอยู่ในสภาวะที่สมดุลโดยไม่มีการเปลี่ยนแปลงเพิ่มเติม

กฎสมดุลเคมีระบุว่าที่อุณหภูมิและความดันคงที่ อัตราของปฏิกิริยาเคมีจะเป็นสัดส่วนโดยตรงกับความเข้มข้นของ โมเลกุลของสารตั้งต้นเมื่อเทียบกับความเข้มข้นของผลิตภัณฑ์เมื่อทั้งสองถูกยกให้เป็นกำลังเท่ากันตามที่แสดงโดยสารเคมีที่สมดุล สมการ

เพื่อให้เข้าใจกฎสมดุลเคมีได้ดีขึ้น ให้พิจารณาปฏิกิริยาย้อนกลับ สารตั้งต้นของ A และ B ก่อตัวเป็นผลิตภัณฑ์ C และ D

A + B = C + D

หลังจากเวลาผ่านไป ความเข้มข้นของผลิตภัณฑ์ของ C และ D จะเพิ่มขึ้น และความเข้มข้นของสารตั้งต้นของ A และ B ลดลง ดังนั้นจึงบ่งชี้ว่าปฏิกิริยาย้อนกลับเพิ่มขึ้นและปฏิกิริยาไปข้างหน้าลดลงในเวลาเดียวกัน ในที่สุด อัตราการเกิดปฏิกิริยาทั้งไปข้างหน้าและข้างหลังจะเท่ากัน และความเข้มข้นของผลิตภัณฑ์และสารตั้งต้นยังคงเหมือนเดิม นี่คือตัวอย่างสมดุลเคมีเมื่อเกิดสภาวะหยุดนิ่งที่มองเห็นได้ด้วยปฏิกิริยาเคมี

ปฏิกิริยาเคมีไม่หยุด แต่จะดำเนินต่อไปในอัตราเดียวกัน จำนวนโมลของผลิตภัณฑ์ในปฏิกิริยาไปข้างหน้าเท่ากับจำนวนโมลของสารที่หายไปต่อวินาทีในปฏิกิริยาย้อนกลับ

ปฏิกิริยาเคมีที่ยังคงดำเนินต่อไปด้วยจำนวนของผลิตภัณฑ์และสารตั้งต้นที่เหลืออยู่เท่าเดิมคือสมดุลไดนามิก

สมดุลเคมีมีอยู่สองประเภท: เอกพันธ์และต่างกัน ในสภาวะสมดุลที่เป็นเนื้อเดียวกัน มันคือปฏิกิริยาเมื่อสารตั้งต้นและผลิตภัณฑ์อยู่ในเฟสเดียวกัน สมดุลที่ต่างกันคือเมื่อสารตั้งต้นและผลิตภัณฑ์อยู่ในระยะที่ต่างกัน

ต้องเป็นไปตามสี่รายการเพื่อจำแนกปฏิกิริยาใด ๆ เป็นสมดุลทางเคมี:

คุณสมบัติที่คุณสามารถวัดได้ เช่น ความเข้มข้น ความหนาแน่น สี หรือความดันจะยังคงที่ที่อุณหภูมิที่กำหนด

สมดุลเคมีอาจเกิดขึ้นจากด้านใดด้านหนึ่งของสมการที่เป็นปฏิกิริยาไปข้างหน้าหรือข้างหลัง

เมื่อมีตัวเร่งปฏิกิริยา สมดุลเคมีอาจบรรลุได้ในระยะเวลาอันสั้น ตัวเร่งปฏิกิริยาไม่ได้เปลี่ยนสมดุลเนื่องจากส่งผลต่อทั้งปฏิกิริยาไปข้างหน้าและข้างหลังในระดับเดียวกัน

สมดุลเคมีเป็นไดนามิกเสมอ

มีหลายปัจจัยที่สามารถทำให้สมดุลเปลี่ยนแปลงและเปลี่ยนผลลัพธ์ของผลิตภัณฑ์หรือสารตั้งต้น รวมถึงการเปลี่ยนแปลงความดัน ความเข้มข้น อุณหภูมิ การเพิ่มตัวเร่งปฏิกิริยา หรือการเพิ่มก๊าซเฉื่อย สิ่งใดสิ่งหนึ่งเหล่านี้อาจทำให้ผลลัพธ์ไม่สมดุล

หากคุณเติมสารตั้งต้นหรือผลิตภัณฑ์หรือเปลี่ยนความเข้มข้นของสารตั้งต้น จะส่งผลต่อสมดุล การเติมสารตั้งต้นทำให้มีรูปแบบผลิตภัณฑ์มากขึ้น และการเพิ่มผลิตภัณฑ์มากขึ้นจะทำให้สารตั้งต้นเกิดรูปแบบมากขึ้น

เมื่ออุณหภูมิเปลี่ยนแปลง จะส่งผลต่อสภาวะสมดุล อุณหภูมิที่เพิ่มขึ้นจะเปลี่ยนสมดุลไปในทิศทางของปฏิกิริยาดูดความร้อน และการลดลงจะเปลี่ยนไปสู่ทิศทางของปฏิกิริยาคายความร้อน

การเปลี่ยนแปลงของความดันส่งผลกระทบต่อสมดุลเนื่องจากการลดปริมาตรของก๊าซจริง ๆ แล้วเพิ่มความดัน ซึ่งจะเพิ่มความเข้มข้นของผลิตภัณฑ์และสารตั้งต้น ปฏิกิริยาสุทธิของกระบวนการนี้ทำให้ความเข้มข้นของโมเลกุลก๊าซลดลง