หน่วยที่ 5: ปฏิกิริยาเคมี (Chemical Reactions)
5.2 การคำนวณสมการเคมี (Balancing Chemical Equations)
สมการเคมีเป็นวิธีในการแสดงปฏิกิริยาเคมีโดยใช้สัญลักษณ์และสูตรทางเคมี การคำนวณสมการเคมีหรือการปรับสมดุลสมการเคมีคือการทำให้จำนวนอะตอมของธาตุที่เกี่ยวข้องในสารตั้งต้นและผลิตภัณฑ์เท่ากันในทั้งสองฝั่งของสมการ ปฏิกิริยาเคมีต้องปฏิบัติตามกฎของการอนุรักษ์มวล ซึ่งระบุว่ามวลไม่สามารถสร้างหรือทำลายได้ในปฏิกิริยาเคมี ดังนั้นจำนวนอะตอมของแต่ละธาตุในสารตั้งต้นและผลิตภัณฑ์ต้องเท่ากัน
ขั้นตอนในการปรับสมดุลสมการเคมี
- เขียนสมการเคมีเบื้องต้น เริ่มต้นด้วยการเขียนสูตรทางเคมีของสารตั้งต้นและผลิตภัณฑ์ที่เกี่ยวข้องในปฏิกิริยา
- ตรวจสอบจำนวนอะตอม นับจำนวนอะตอมของแต่ละธาตุในสารตั้งต้นและผลิตภัณฑ์
- ปรับค่าสัมประสิทธิ์ ปรับค่าสัมประสิทธิ์ของสารประกอบหรือธาตุเพื่อให้จำนวนอะตอมของธาตุในสารตั้งต้นและผลิตภัณฑ์เท่ากัน โดยเริ่มจากธาตุที่ปรากฏในสารเพียงชนิดเดียวก่อน
- ตรวจสอบอีกครั้ง ตรวจสอบสมการเคมีอีกครั้งเพื่อให้แน่ใจว่าจำนวนอะตอมของแต่ละธาตุเท่ากันทั้งสองฝั่งของสมการ
ตัวอย่างการปรับสมดุลสมการเคมี
พิจารณาสมการการเผาไหม้ของก๊าซมีเทน (\(CH_4\))
\[ CH_4 + O_2 \rightarrow CO_2 + H_2O \]
ขั้นตอนที่ 1 นับจำนวนอะตอมของธาตุแต่ละชนิด
- ในสารตั้งต้น \(C = 1\), \(H = 4\), \(O = 2\)
- ในผลิตภัณฑ์ \(C = 1\), \(H = 2\), \(O = 3\)
ขั้นตอนที่ 2 ปรับสมดุลธาตุไฮโดรเจนโดยใส่สัมประสิทธิ์ 2 หน้าสารประกอบน้ำ (\(H_2O\))
\[ CH_4 + O_2 \rightarrow CO_2 + 2H_2O \]
ตอนนี้จำนวนอะตอมของไฮโดรเจนในทั้งสองฝั่งคือ \(H = 4\)
ขั้นตอนที่ 3 ปรับสมดุลธาตุออกซิเจนโดยใส่สัมประสิทธิ์ 2 หน้าสารประกอบออกซิเจน (\(O_2\))
\[ CH_4 + 2O_2 \rightarrow CO_2 + 2H_2O \]
จำนวนอะตอมของออกซิเจนในทั้งสองฝั่งตอนนี้เท่ากับ \(O = 4\)
ขั้นตอนที่ 4 ตรวจสอบอีกครั้ง จำนวนอะตอมของทุกธาตุในสารตั้งต้นและผลิตภัณฑ์เท่ากันแล้ว ดังนั้นสมการนี้จึงสมดุล
การคำนวณปริมาณสารสัมพันธ์ (Stoichiometry Calculation)
หลังจากปรับสมดุลสมการเคมีแล้ว สามารถใช้สมการเคมีนั้นในการคำนวณปริมาณสารสัมพันธ์ เช่น คำนวณปริมาณของสารที่จำเป็นในการทำปฏิกิริยา หรือคำนวณปริมาณผลิตภัณฑ์ที่ได้ ตัวอย่างเช่น ในการเผาไหม้ของก๊าซมีเทน (\(CH_4\)) ตามสมการที่ปรับสมดุลแล้ว
\[ CH_4 + 2O_2 \rightarrow CO_2 + 2H_2O \]
จากสมการนี้ ถ้าต้องการคำนวณจำนวนโมลของก๊าซออกซิเจนที่ต้องใช้ในการเผาไหม้ก๊าซมีเทน 1 โมล สามารถดูจากสัมประสิทธิ์ของสมการได้ว่า ต้องใช้ \(2 \, \text{mol}\) ของ \(O_2\) ต่อ \(1 \, \text{mol}\) ของ \(CH_4\)
การคำนวณสมการเคมีหรือการปรับสมดุลสมการเคมีเป็นขั้นตอนสำคัญในการทำให้จำนวนอะตอมของสารตั้งต้นและผลิตภัณฑ์เท่ากัน การทำความเข้าใจวิธีการปรับสมดุลสมการเคมีเป็นพื้นฐานในการคำนวณปริมาณสารสัมพันธ์และการคำนวณปฏิกิริยาเคมีต่าง ๆ
