ปฏิกิริยาผันกลับได้และภาวะสมดุล

1. ปฏิกิริยาเคมี ที่ดำเนินไปทิศทางเดียว คือ เมื่อดำเนินไปข้างหน้า จากสารตั้งต้นเปลี่ยนแปลงไปเป็นสารผลิตภัณฑ์ และไม่สามารถเกิดย้อนกลับไปเป็นสารตั้งต้นดังเดิมได้ เรียกว่า ปฏิกิริยาผันกลับไม่ได้
   ตัวอย่างเช่น การเผาไหม้น้ำมันเชื้อเพลิง การเกิดสนิมเหล็ก การแช่ลวดโลหะลงในกรด
2. ปฏิกิริยาดำเนินไปข้างหน้า คือ ปฏิกิริยาที่เกิดการเปลี่ยนแปลงจากสารตั้งต้นไปเป็นผลิตภัณฑ์
3. ปฏิกิริยาย้อนกลับ คือ ปฏิกิริยาที่เกิดการเปลี่ยนแปลงจากผลิตภัณฑ์ไปเป็นสารตั้งต้น
4. ปฏิกิริยาผันกลับได้ คือ ปฏิกิริยาที่สามารถดำเนินไปข้างหน้าและย้อนกลับได้
5. ระบบปิด คือ ระบบที่ไม่มีการแลกเปลี่ยนมวลของสารกับสิ่งแวดล้อม มีเพียงแลกเปลี่ยนพลังงานกับสิ่งแวดล้อม ตัวอย่างเช่น การระเหิดของไอโอดีนในหลอดทดลองปิดฝา จะเห็นว่าไม่มีการแพร่ของแก๊สไอโอดีนไปยังสิ่งแวดล้อมได้ มีเพียงการถ่ายเทพลังงานให้กับสิ่งแวดล้อม
6. ระบบเปิด คือ ระบบที่มีการแลกเปลี่ยนมวลของสารและพลังงานให้กับสิ่งแวดล้อม ตัวอย่างเช่น การต้มน้ำเดือดแบบไม่ปิดฝา ทำให้มวลของน้ำในสถานะแก๊สถ่ายโอนไปยังสิ่งแวดล้อมได้นั้นเอง
7. ภาวะสมดุล คือ อัตราเร็วในการเกิดปฏิกิริยาไปข้างหน้าและย้อนกลับเท่ากัน ทำให้ความเข้มข้นของสารตั้งต้นและสารผลิตภัณฑ์คงที่ หากสารตั้งต้นหรือผลิตภัณฑ์มีสถานะเป็นแก๊ส จะต้องทำในระบบปิด
8. สมดุลเคมีแบบสมดุลไดนามิก (Dymamic Equilibrium) เป็นขบวนการที่ระบบมีการเปลี่ยนแปลงตลอดเวลาไม่หยุดนิ่ง โดยการเปลี่ยนแปลงไปข้างหน้าและย้อนกลับเกิดขึ้นในอัตราเร็วที่เท่ากัน แต่ระบบสมดุลไดนามิกนี้สามารถถูกรบกวนได้ด้วยการเปลี่ยนแปลง ความเข้มข้นของสาร อุณหภูมิ และความดัน
9. สมดุลเคมี มี 3 ประเภทหลักๆ คือ
   1. สมดุลของการละลาย เช่น การละลายของน้ำตาล (C₁₂H₂₂O₁₁) ในน้ำจนอิ่มตัว และเกิดน้ำตาลตกผลึกลงมาบางส่วน สมดุลแบบนี้เกิดขึ้นได้ในระบบเปิด
      
      
   2. สมดุลระหว่างสถานะ เช่น ปรอทสถานะของเหลวและไอปรอทสถานะของแก๊สในเทอร์มอมิเตอร์ ณ อุณหภูมิคงที่ สมดุลที่มีสารตั้งต้นหรือผลิตภัณฑ์เป็นแก๊สเกิดขึ้นได้ในระบบปิดเท่านั้น
      
      
   3. สมดุลของปฏิกิริยาเคมี เช่น ปฏิกิริยาระหว่างกรดและเบส เรียกว่า สมดุลกรดเบส ปฏิกิริยาการตกตะกอน เรียกว่า สมดุลตกตะกอน
      
      
      

เพื่อให้เข้าใจมากยิ่งขึ้น แสดงตัวอย่าง ปฏิกิริยาผันกลับได้และภาวะสมดุล รวมทั้งการทดสอบทางเคมี ดังนี้

หากปฏิกิริยาดำเนินไปข้างหน้า Fe²⁺ และ I₂ ในสารละลายจะเพิ่มขึ้น

หากปฏิกิริยาดำเนินแบบย้อนกลับ ปริมาณ Fe³⁺ และ I^- ในสารละลายจะเพิ่มขึ้น

จึงสามารถทดสอบได้ว่าปฏิกิริยาข้างต้นย้อนกลับได้หรือไม่ โดยทำการผสม Fe³⁺ และ I^-  ในสัดส่วนที่มี I^-  มากเกินพอ นั้นหมายความว่า จะใช้ Fe³⁺  จนหมดจากปฏิกิริยาไปข้างหน้า จึงทำการทดสอบ ว่ามี Fe³⁺ ในสารละลายหลังทำปฏิกิริยาหรือไม่ Fe³⁺  ในสารละลาย สามารถทดสอบด้วย SCN^-  จะให้สารละลายสีแดงเลือดนกหากมี Fe³⁺ ในสารละลาย

ผลการทดลองพบว่า มีสารละลายสีแดงเลือดนกเกิดขึ้น

สรุปผลได้ว่า ปฏิกิริยานี้ย้อนกลับได้ ทำให้เกิด Fe³⁺  ในสารละลาย

แต่ต้องทำการทดสอบต่อไปว่า มีปฏิกิริยาดำเนินไปข้างหน้าตลอดเวลาด้วยหรือไม่ เพื่อศึกษาว่าเกิดภาวะสมดุลหรือไม่ จึงทำการทดสอบ ผลิตภัณฑ์ที่เกิดขึ้น จากปฏิกิริยาไปข้างหน้านั้นก็ คือ ทดสอบหา Fe²⁺ และ I₂

Fe²⁺  ในสารละลาย สามารถทดสอบด้วย [Fe(CN)₆]^3- ให้ตะกอนสีน้ำเงิน

I₂ ในสารละลาย สามารถทดสอบด้วยน้ำแป้ง จะให้สารละลายสีน้ำเงิน

ผลการทดลองพบว่า มีตะกอนสีน้ำเงินเมื่อทดสอบด้วย [Fe(CN)₆]^3- และสารละลายสีน้ำเงิน เมื่อทดสอบด้วยน้ำแป้ง

สรุปผลได้ว่า ปฏิกิริยานี้ดำเนินไปข้างหน้าตลอดเวลาเช่นเดียวกับปฏิกิริยาย้อนกลับ

จึงสามารถเรียกภาวะนี้ว่า ภาวะสมดุล

และเมื่อปฏิกิริยานี้เข้าสู่ภาวะสมดุลแล้ว ทำการเติมสารใดลงไปเพิ่ม ถือเป็นการบกวรสมดุลไดนามิด ในปัจจัยเรื่องความเข้มข้น แต่สมดุลจะปรับเพื่อให้เข้าสมดุลอีกครั้ง

ตัวอย่างเช่น

เติม I^- ลงไปเพิ่ม ปฏิกิริยาจะดำเนินไปข้างหน้า ได้ Fe²⁺ และ I₂ ในสารละลายเพิ่มขึ้น

เติม Fe²⁺ ลงไปเพิ่ม ปฏิกิริยาจะย้อนกลับ ได้ Fe³⁺ และ I^- ในสารละลายจะเพิ่มขึ้น

หลังจากนั้นสมดุลจะปรับอีกครั้งเพื่อให้อัตราเร็วปฏิกิริยาไปข้างหน้าเท่ากับย้อนกลับ จนเกิดภาวะสมดุลอีกครั้ง