สภาวะสมดุล (Equilibrium) หมายถึง ภาวะที่อัตราการเกิดปฏิกิริยาไปข้างหน้าเท่ากับอัตราการเกิดปฏิกิริยาย้อนกลับ ในสภาวะสมดุล ปริมาณของสารตั้งต้นและสารผลิตภัณฑ์จะไม่เปลี่ยนแปลงอีกแม้เวลาจะผ่านไปนานเท่าไรก็ตาม ปฏิกิริยาเคมีในสภาวะสมดุลเรียกว่า ปฏิกิริยาสมดุล (Reversible reaction)
คุณสมบัติของสภาวะสมดุล
- ในสภาวะสมดุล อัตราการเกิดปฏิกิริยาไปข้างหน้าเท่ากับอัตราการเกิดปฏิกิริยาย้อนกลับ
- ในสภาวะสมดุล ปริมาณของสารตั้งต้นและสารผลิตภัณฑ์จะไม่เปลี่ยนแปลงอีกแม้เวลาจะผ่านไปนานเท่าไรก็ตาม
- ในสภาวะสมดุล ความดันและอุณหภูมิของระบบจะคงที่
ชนิดของสภาวะสมดุล
สภาวะสมดุลสามารถแบ่งออกเป็น 2 ชนิด ดังนี้
- สภาวะสมดุลเชิงปริมาณ (Quantitative equilibrium) หมายถึง สภาวะสมดุลที่ปริมาณของสารตั้งต้นและสารผลิตภัณฑ์มีอัตราส่วนคงที่
- สภาวะสมดุลเชิงคุณภาพ (Qualitative equilibrium) หมายถึง สภาวะสมดุลที่ปริมาณของสารตั้งต้นและสารผลิตภัณฑ์มีปริมาณไม่แน่นอน แต่มีแนวโน้มที่จะเปลี่ยนไปในสัดส่วนที่เท่ากัน
ตัวอย่างของสภาวะสมดุล
- ปฏิกิริยาการสลายตัวของไฮโดรเจนเปอร์ออกไซด์ (H2O2)
1 | 2H2O2(aq) → 2H2O(l) + O2(g) |
ในสภาวะสมดุล ปริมาณของไฮโดรเจนเปอร์ออกไซด์ น้ำ และออกซิเจนจะมีอัตราส่วนคงที่
- ปฏิกิริยาระหว่างกรดและเบส
1 | HCl(aq) + NaOH(aq) → NaCl(aq) + H2O(l) |
ในสภาวะสมดุล ปริมาณของกรด เบส และเกลือจะมีปริมาณไม่แน่นอน แต่มีแนวโน้มที่จะเปลี่ยนไปในสัดส่วนที่เท่ากัน
หลักของเลอชาเตอลิเยร์
หลักของเลอชาเตอลิเยร์ (Le Chatelier’s principle) เป็นหลักที่อธิบายว่าเมื่อระบบในสภาวะสมดุลถูกรบกวน ระบบจะพยายามปรับสมดุลใหม่เพื่อให้อยู่ในสภาวะสมดุลอีกครั้ง
การรบกวนสภาวะสมดุล
การรบกวนสภาวะสมดุลสามารถเกิดขึ้นได้จากปัจจัยต่างๆ ดังนี้
- การเปลี่ยนแปลงความเข้มข้น
- การเปลี่ยนแปลงความดัน
- การเปลี่ยนแปลงอุณหภูมิ
- การเติมตัวเร่งปฏิกิริยา
การปรับสมดุลใหม่
เมื่อระบบในสภาวะสมดุลถูกรบกวน ระบบจะพยายามปรับสมดุลใหม่เพื่อให้อยู่ในสภาวะสมดุลอีกครั้ง การปรับสมดุลใหม่สามารถเกิดขึ้นได้ 2 กรณี ดังนี้
- ระบบพยายามต้านทานการเปลี่ยนแปลง
- ระบบพยายามตอบสนองต่อการเปลี่ยนแปลง
สรุป
สภาวะสมดุลเป็นแนวคิดที่สำคัญของปฏิกิริยาเคมี ในสภาวะสมดุล อัตราการเกิดปฏิกิริยาไปข้างหน้าเท่ากับอัตราการเกิดปฏิกิริยาย้อนกลับ ปริมาณของสารตั้งต้นและสารผลิตภัณฑ์จะไม่เปลี่ยนแปลงอีกแม้เวลาจะผ่านไปนานเท่าไรก็ตาม