ใน พ.ศ. 2427  อ็องรี หลุยส์ เลอ ชาเตอลิเยร์ (Le  Chatelier,  Henry-louis)  ได้ให้ข้อมูลสรุปการศึกษาการค้นคว้าเกี่ยวกับการเปลี่ยนแปลงสภาสมดุลของปฏิกิริยาต่างๆไว้ดังนี้  “เมื่อระบบที่อยู่ในภาวะสมดุลถูกรบกวนโดยการเปลี่ยนแปลงปัจจัยที่มีผลต่อภาวะสมดุลขอระบบ  ระบบจะเกิดการเปลี่ยนแปลงไปในทิศทางที่จะลดผลของการรบกวนนั้น  เพื่อให้ระบบเข้าสู่ภาวะสมดุลอีกครั้ง”

          โดยระบบที่อยู่ในภาวะสมดุลมีสมบัติต่างๆของระบบคงที่  เช่น  ความเข้มข้นของสารตั้งต้นและสารผลิตภัณฑ์คงที่  ความดันของระบบคงที่  อัตราการเกิดปฏิกิริยาไปข้างหน้าเท่ากับอัตราการเกิดปฏิกิริยาย้อนกลับ  เป็นต้น  การรบกวนภาวะสมดุลของระบบโดยการเปลี่ยนแปลงสภาวะของสารในปฏิกิริยา  อาจทำให้ค่าคงที่ของสมดุลและตำแหน่งของภาวะสมดุลเปลี่ยนไป  หรืออาจทำให้ระบบเข้าสู่ภาวะสมดุลได้เร็วขึ้นหรือช้าลง

ภาพอ็องรี หลุยส์ เลอ ชาเตอลิเยร์
ที่มา https://commons.wikimedia.org/wiki/File:Lechatelier.jpg ,

การเปลี่ยนแปลงความเข้มข้นของสาร

          การเพิ่มความเข้มข้นของสาร  เป็นการเพิ่มจำนวนโมเลกุลของสารที่เข้าทำปฏิกิริยาให้มีโอกาสชนกันมากขึ้น  ทำให้อัตราการเกิดปฏิกิริยาเพิ่มขึ้น  แต่การลดความเข้มข้นของสารเป็นการลดจำนวนโมเลกุลของสารที่เข้าทำปฏิกิริยา  ทำให้อัตราการเกิดปฏิกิริยาลดลง

          การเปลี่ยนแปลงความเข้มข้นของสารในปฏิกิริยาเคมี  โดยทั่วไปมีผลต่อภาวะสมดุลของระบบดังนี้

1. การเพิ่มความเข้มข้นของสารตั้งต้นสารใดสารหนึ่ง สมดุลจะเลื่อนไปทางขวา  และเมื่อเพิ่มความเข้มข้นของสารผลิตภัณฑ์สารใดสารหนึ่ง  สมดุลจะเลื่อนไปทางซ้าย

2. การลดความเข้มข้นของสารตั้งต้นสารใดสารหนึ่ง สมดุลจะเลื่อนไปทางซ้าย  และเมื่อลดความเข้มข้นของสารผลิตภัณฑ์สารใดสารหนึ่ง  สมดุลจะเลื่อนไปทางขวา

3. สารที่มีสถานะเป็นของแข็ง (s)  หรือของเหลวบริสุทธิ์  (l)  จะไม่มีผลต่อภาวะสมดุลของระบบ  เนื่องจากมีค่าความเข้มข้นคงที่

          โดยเมื่อเปลี่ยนความเข้มข้นของสารในระบบ  ภาวะสมดุลของระบบจะเปลี่ยนแปลงด้วย  แต่ไม่มีผลต่อค่าคงที่สมดุลของระบบ  คือ  ค่าคงที่สมดุลของระบบจะมีค่าคงที่ถึงแม้ว่าจะเพิ่มหรือลดความเข้มข้นของสารตั้งต้นหรือผลิตภัณฑ์ก็ตาม

การเปลี่ยนแปลงความดันของระบบ

การเปลี่ยนแปลงความดันหรือปริมาตรจะมีผลต่อภาวะสมดุลก็ต่อเมื่อ

1. ต้องเป็นภาวะสมดุลของระบบที่มีสารอย่างน้อยหนึ่งชนิดเป็นแก๊ส ถ้าเป็นระบบที่มีสารตั้งต้นและสารผลิตภัณฑ์เป็นของแข็งหรือของเหลว  การเปลี่ยนแปลงความดันจะไม่มีผลต่อภาวะสมดุลของระบบ

2. จำนวนโมลของสารตั้งต้นที่เป็นแก๊ส ต้องไม่เท่ากับจำนวนโมลของสารผลิตภัณฑ์ที่เป็นแก๊ส

          โดยการเปลี่ยนแปลงความดันกับภาวะสมดุลของระบบที่มีแก๊สเกี่ยวข้องและจำนวนโมลของแก๊สตั้งต้น และจำนวนโมลของแก๊สผลิตภัณฑ์ต้องไม่เท่ากัน  การเปลี่ยนแปลงความดันจะมีผลในการทำให้ภาวะสมดุลเปลี่ยนไป  คือ

          -  การเพิ่มความดัน  เมื่อเพิ่มความดันให้แก่ระบบ  (ลดปริมาตรของระบบ)  ระบบจะปรับตัวไปในทิศทางลดความดัน  โดยการลดจำนวนโมลหรือโมเลกุลของระบบลง  เพราะความดันเป็นสัดส่วนโดยตรงกับจำนวนโมลหรือโมเลกุล  ดังนั้นการเพิ่มความดันจะทำให้ปฏิกิริยาเกิดไปทางด้านที่มีจำนวนโมลหรือโมเลกุลของแก๊สที่มีจำนวนโมลน้อยกว่าได้ดีขึ้น  ที่ภาวะสมดุลใหม่ความเข้มข้นของสารจะต่างจากภาวะสมดุลเดิม

          -  การลดความดัน  เมื่อลดความดันให้แก่ระบบ  (เพิ่มปริมาตรของระบบ)  ระบบจะปรับตัวไปในทิศทางเพิ่มความดัน  โดยการเพิ่มจำนวนโมลหรือโมเลกุลของระบบลง  เพราะความดันเป็นสัดส่วนโดยตรงกับจำนวนโมลหรือโมเลกุล  ดังนั้นการลดความดันจะทำให้ปฏิกิริยาเกิดไปทางด้านที่มีจำนวนโมลหรือโมเลกุลของแก๊สที่มีจำนวนโมลมากกว่าได้ดีขึ้น  ที่ภาวะสมดุลใหม่ความเข้มข้นของสารจะต่างจากภาวะสมดุลเดิม

          กรณีการเปลี่ยนความดันกับภาวะสมดุลของระบบที่มีแก๊สเข้ามาเกี่ยวข้อง  แต่มีจำนวนโมลของสารตั้งต้นที่เป็นแก๊สเท่ากับจำนวนโมลของสารผลิตภัณฑ์ที่เป็นแก๊ส  การเพิ่มหรือลดความดันจะไม่มีผลต่อภาวะสมดุลของระบบ  เพราะจำนวนโมลของสารตั้งต้นที่เป็นแก๊สเท่ากับจำนวนโมลของสารผลิตภัณฑ์ที่เป็นแก๊สเท่ากัน  ดังนั้นไม่ว่าจะเกิดปฏิกิริยาไปข้างหน้าหรือย้อนกลับจำนวนโมลของสารที่มีสถานะแก๊สภายในระบบก็ไม่เปลี่ยนแปลง  เมื่อเปลี่ยนความดันอัตราการเกิดปฏิกิริยาไปข้างหน้าและย้อนกลับยังคงเท่ากันตลอดเวลา 

การเปลี่ยนแปลงอุณหภูมิของระบบ

          กรณีที่ 1  การเปลี่ยนแปลงอุณหภูมิกับภาวะสมดุลของปฏิกิริยาดูดความร้อน  คือ ΔE มีค่าเป็นบวกในปฏิกิริยาดูดความร้อน  เมื่อมีการเปลี่ยนแปลงอุณหภูมิจะทำให้ภาวะสมดุลเปลี่ยนไป  ดังนี้

1. การเพิ่มอุณหภูมิ เมื่อเพิ่มอุณหภูมิของระบบ  ระบบจะต้องปรับตัวไปในทิศทางลดอุณหภูมิของระบบลง  โดยระบบจะดูดความร้อนไปใช้ในการเกิดปฏิกิริยามากขึ้น  ดังนั้นเมื่อเพิ่มอุณหภูมิระบบปฏิกิริยาจะเกิดไปทางด้านดูดความร้อนมากขึ้น  หรือเกิดปฏิกิริยาไปข้างหน้ามากขึ้น

2. การลดอุณหภูมิ เมื่อลดอุณหภูมิของระบบลดลง  ระบบจะต้องปรับตัวไปในทิศทางเพิ่มอุณหภูมิของระบบลง  ดังนั้นเมื่อลดอุณหภูมิระบบปฏิกิริยาจะเกิดไปทางด้านคายความร้อนออกมา  หรือเกิดปฏิกิริยาย้อนกลับเพื่อเพิ่มอุณหภูมิของระบบขึ้น

          กรณีที่ 2  การเปลี่ยนแปลงอุณหภูมิกับภาวะสมดุลของปฏิกิริยาคายความร้อน  คือ  ΔE มีค่าเป็นลบในปฏิกิริยาคายความร้อน  เมื่อมีการเปลี่ยนแปลงอุณหภูมิจะทำให้ภาวะสมดุลเปลี่ยนไป  ดังนี้

1. การเพิ่มอุณหภูมิ เมื่อเพิ่มอุณหภูมิของระบบลดลง  ระบบจะต้องปรับตัวไปในทิศทางลดอุณหภูมิของระบบลง  ดังนั้นเมื่อเพิ่มอุณหภูมิระบบปฏิกิริยาจะเกิดไปทางด้านดูดความร้อนหรือเกิดปฏิกิริยาย้อนกลับได้ดีขึ้น  เมื่อความร้อนถูกใช้ไปมากขึ้นก็จะทำให้อุณหภูมิลดต่ำลง

2. การลดอุณหภูมิ เมื่อลดอุณหภูมิของระบบ  ระบบจะต้องปรับตัวไปในทิศทางเพิ่มอุณหภูมิของระบบลง  ดังนั้นเมื่อลดอุณหภูมิระบบปฏิกิริยาจะเกิดไปทางด้านคายความร้อนหรือเกิดปฏิกิริยาไปข้างหน้าได้ดีขึ้น เมื่อปฏิกิริยาคายความร้อนออกมาก็จะทำให้อุณหภูมิสูงขึ้น

          โดย  ผลของการเปลี่ยนแปลงอุณหภูมินั้น  ถ้าเป็นปฏิกิริยาคายความร้อน  การลดอุณหภูมิทำให้ผลิตภัณฑ์มากขึ้นและค่าคงที่สมดุลสูงขึ้น  แต่ถ้าเป็นปฏิกิริยาดูดความร้อน  การลดอุณหภูมิทำให้ได้ผลิตภัณฑ์น้อยลงและค่าคงที่สมดุลลดลง  ส่วนการเพิ่มอุณหภูมินั้นจะทำให้ถ้าเป็นปฏิกิริยาคายความร้อน  การเพิ่มอุณหภูมิทำให้ผลิตภัณฑ์น้อยลงและค่าคงที่สมดุลลดลง  แต่ถ้าเป็นปฏิกิริยาดูดความร้อน  การเพิ่มอุณหภูมิทำให้ได้ผลิตภัณฑ์มากขึ้นและค่าคงที่สมดุลเพิ่มขึ้น

แหล่งที่มา

บัญชา  แสนทวี และคณะ .(2551). หนังสือเรียนรายวิชาเคมีเพิ่มเติมชั้นมัธยมศึกษาปีที่ 4 - 6 หลักสูตรแกนกลางการศึกษาขั้นพื้นฐาน พุทธศักราช 2551. กรุงเทพฯ : สำนักงานพิมพ์วัฒนาพานิช.

พงศธร  นันทธเนศ และคณะ .(2556). หนังสือเสริมสร้างศักยภาพและทักษะ เคมี เล่ม 3 ชั้นมัธยมศึกษาปีที่ 4 - 6. กรุงเทพฯ : บริษัทไทยร่มเกล้า จำกัด.

สถาบันส่งเสริมการสอนวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยี. (2553). หนังสือเรียนสาระการเรียนรู้พื้นฐานและเพิ่มเติม เคมี เล่ม 3 กลุ่มสาระการเรียนรู้วิทยาศาสตร์ ตามหลักสูตรแกนกลางการศึกษาขั้นพื้นฐาน พุทธศักราช 2551. กรุงเทพฯ: โรงพิมพ์คุรุสภาลาดพร้าว

 กระบวนการหายใจและการแลกเปลี่ยนแก๊สในระบบหมุนเวียนเลือด

          การดำรงชีวิตของมนุษย์จะเกี่ยวข้องกับกระบวนการและปฏิกิริยาต่างๆภายในร่างกาย ซึ่งเกิดขึ้นในลักษณะของสมดุลไดนามิก เช่น กระบวนการหายใจและแลกเปลี่ยนแก๊สในระบบหมุนเวียนเลือด ในภาวะปกติขณะที่ร่างกายพักผ่อน กระบวนการหายใจเป็นกระบวนการที่เฮโมโกลบินรับแก๊สออกซิเจนที่แพร่ผ่านเนื้อเยื่อของถุงลมเข้าสู่เส้นเลือดฝอย  แล้วรวมกับเฮโมโกลบินในเม็ดเลือดแดงได้ออกซีเฮโมโกลบิน  ขณะหายใจเข้า  ความดันของ O₂ ในถุงลมปอดสูงกว่าในเส้นเลือดฝอย  ปฏิกิริยาจึงดำเนินไปข้างหน้า  จึงเกิดออกซีเฮโมโกลบินมาก  ซึ่งจะไหลเวียนไปสู่เซลล์ต่างๆ  ของร่างกายเพื่อนำ O₂ ไปสันดาปกับสารอาหารในเซลล์  ผลจากการสันดาปอาหารจะได้แก๊ส CO₂ กับน้ำ  และพลังงาน 

          ขณะหายใจเข้า   จะผ่านหลอดลมฝอยเข้าสู่ถุงลมปอด ความดันของ   ในถุงลมปอดจะสูงกว่าความดันในเส้นเลือดฝอย   จากถุงลมปอดจึงแพร่ผ่านเนื้อเยื่อของถุงลมปอดเข้าสู่เส้นเลือดฝอยและรวมตัวกับเฮโมโกลบินที่เม็ดเลือดแดงกลายเป็นออกซีเฮโมโกลบิน ปฏิกิริยาจะดำเนินไปข้างหน้า เมื่อเลือดไหลเวียนไปยังเนื้อเยื่อต่าง ๆ ของร่างกายซึ่งจำเป็นต้องใช้   เพื่อทำกิจกรรมต่าง ๆ ที่เป็นผลจากเมแทบอลิซึม   ในเลือดจึงถูกปล่อยออกมา ปฏิกิริยาจะเกิดในทิศทางย้อนกลับเพื่อเพิ่มปริมาณ   เนื่องจากกระบวนการทั้งสองนี้ดำเนินไปอย่างต่อเนื่องรวมทั้งมีอัตราการเกิดปฏิกิริยาไปข้างหน้าและปฏิกิริยาย้อนกลับเท่ากัน จึงทำให้มีภาวะสมดุล

         ในกระบวนการหายใจ นอกจากจะมีการปรับสมดุลของ   แล้ว ให้นักเรียนพิจารณาสมการแสดงปฏิกิริยาที่เกิดขึ้นในกระบวนการเมแทบอลิซึมของกลูโคสซึ่งใช้ออกซิเจนต่อไปนี้

          C₆H₁₂O₆ + O₂             CO₂  +  H₂O

         จากสมการทำให้ทราบว่าในการเผาผลาญกลูโคส 1 โมเลกุล จะต้องใช้   จำนวนมากและทำให้เกิด   มากด้วยเช่นกันเมื่อ   ที่เนื้อเยื่อมีปริมาณสูง   จะแพร่เข้าสู่เลือดในหลอดเลือดฝอยเพื่อส่งผ่านไปยังปอด ซึ่ง   จะทำปฏิกิริยากับน้ำเกิดเป็นกรดคาร์บอนิก   และแตกตัวอยู่ในรูปของไฮโดรเจนคาร์บอเนตไอออน   กับไฮโดรเจนไอออน เมื่อไฮโดรเจนคาร์บอเนตไอออนถูกส่งถึงหลอดฝอยรองถุงลมปอด ซึ่งภายในถุงลมปอดมีความดันของ  น้อยปฏิกิริยาจะเกิดย้อนกลับเพื่อเพิ่มความดัน โดย   ในหลอดเลือดฝอยจะแพร่เข้าสู่ถุงลมปอดและถูกขับออกจากปอดในขณะที่เราหายใจออก ระบบการส่ง   และ   ของร่างกาย จากการศึกษาพบว่าในเลือดของคนที่อาศัยอยู่ในพื้นที่สูงกว่าระดับน้ำทะเลมาก ๆ จะมีความเข้มข้นของเฮโมโกลบินในเม็ดเลือดแดงสูง แสดงว่าภาวะแวดล้อมที่แตกต่างกันเป็นปัจจัยที่มีผลต่อการทำงานของระบบต่าง ๆ ภายในร่างกาย ดังนั้นผู้ที่ต้องเดินทางไปในพื้นที่สูงกว่าระดับน้ำทะเลมาก ๆ อาจเกิดอาการที่เรียกว่า ไฮพอกเซีย (hypoxia) ซึ่งเกิดจากการที่มีออกซิเจนไปเลี้ยงเนื้อเยื่อของร่างกายไม่เพียงพอ ทำให้มีอาการปวดศีรษะ คลื่นไส้ และอ่อนเพลีย ในรายที่เป็นรุนแรงอาจถึงตายได้เนื่องจากความดันของออกซิเจนที่ระดับความสูงจากระดับน้ำทะเลมากๆ มีค่าต่ำกว่าความดันของออกซิเจนในบรรยากาศมีค่าประมาณ 0.14 บรรยากาศ ส่วนความดันย่อยของออกซิเจนในบรรยากาศที่ระดับน้ำทะเลมีค่าประมาณ 0.2 บรรยากาศ ดังนั้นการอยู่ในที่ระดับความสูงมากๆ จึงมีปริมาณของ O₂ ในอากาศลดลง ตามหลักของเลอชาเตอลิเอ เมื่อความเข้มข้นของสารตั้งต้นในที่นี้คือออกซิเจนลดลง ปฏิกิริยาย้อนกลับจะเกิดมากขึ้น ทำให้ปริมาณของออกซีเฮโมโกลบินลดลง เป็นผลให้การขนส่ง O₂ ไปเลี้ยงเนื้อเยื่อส่วนต่างๆได้น้อยลง จึงทำให้เกิดอาการไฮพอกเซีย อย่างไรก็ตามถ้าอยู่ในบริเวณนั้นนานๆ ร่างกายสามารถปรับตัวโดยสร้าง Hb ในเลือดให้เพิ่มมากขึ้นจนมีผลให้เฮโมโกลบินสามารถจับกับ O₂เกิดเป็นออกซีเฮโมโกลบินได้อย่างเพียงพอ ด้วยเหตุนี้คนที่อยู่ในบริเวณที่มีความสูงมากๆ จึงมีระดับความเข้มข้นของเฮโมโกลบินในเลือดสูงกว่าของคนที่อยู่ที่ระดับน้ำทะเลปกติ เนื่องจากกระบวนการทั้งสองเกิดขึ้นอย่างต่อเนื่องและมีอัตราการเกิดปฏิกิริยาไปข้างหน้าและปฏิกิริยาย้อนกลับเท่ากัน ในที่สุดระบบก็จะปรับตัวเข้าสู่ภาวะสมดุล 

ภาวะสมดุลของแคลเซียมในร่างกาย

          ในร่างกายประกอบด้วยกระดูกซึ่งทำหน้าที่เป็นโครงสร้างสำคัญของร่างกาย  ทำให้คนรูปร่างแตกต่างกันไปตามลักษณะโครงกระดูกที่มีทั้งกระดูกแกนกลางและกระดูกรยางค์  ซึ่งมีธาตุแคลเซียมเป็นองค์ประกอบสำคัญประมาณร้อยละ 98-99 ที่เหลืออีกร้อยละ 1-2 จะอยู่ในเนื้อเยื่อและกระแสเลือด  โดยการรักษาภาวะสมดุลของธาตุแคลเซียมที่มีอยู่ในกระแสเลือดกับปริมาณธาตุแคลเซียมในกระดูกโดยมีวิตามินดีและฮอร์โมนจากต่อมพาราไทรอยด์ช่วยควบคุม  ทำให้การทำงานของระบบต่างๆของร่างกายเป็นไปตามปกติ

ภาวะสมดุลกับการเปลี่ยนแปลงเพศของสัตว์บางชนิด

          สัตว์บางชนิดมีอัตราส่วนระหว่างเพศผู้กับเพศเมียเท่ากัน  ตามธรรมชาติสัตว์บางประเภทจะมีการเปลี่ยนแปลงเพศเพื่อตอบสนองต่อสิ่งแวดล้อมภายนอกที่มากระทบ  เพื่อเป็นการปรับภาวะสมดุล  เช่น  ปลาแอตแลนติก  ซิลเวอร์ไซด์  (Atlantic  zilverside  fish)  เปลี่ยนเพศตัวเองเมื่ออุณหภูมิของน้ำและสิ่งแวดล้อมสูงขึ้น  สัตว์อื่นๆเช่น  กบแอฟริกัน  (African  Reed  frog)  เพศเมียและปลาแอนเทเรียส 

สคอมิพินนิส  (Anthias  squamipinnis  fish)  จะเปลี่ยนเพศเมื่อปลาเพศผู้มีปริมาณลดลง  การเปลี่ยนแปลงเพศของประชากรปลามีผลต่อภาวะสมดุล  และมีการปรับภาวะสมดุลในธรรมชาติ  ดังนี้

 ภาวะสมดุลของวัฏจักรคาร์บอน

          ธาตุคาร์บอนเป็นองค์ประกอบของสารจำนวนมากทั้งในสิ่งมีชีวิตและไม่มีชีวิต  พบได้ในเชื้อเพลิงซึ่งเป็นสารประกอบไฮโดรคาร์บอน  ในหินปูน  เปลือกหอย  เปลือกไข่  และปะการัง  ซึ่งเป็นสารประกอบประเภทคาร์บอเนต  การหมุนเวียนของธาตุคาร์บอนระหว่างบรรยากาศกับแหล่งน้ำจะอยู่ในรูปของสารประกอบ CO₂  ในขณะที่  CO₂  จากกระบวนการหายใจ  เผาไหม้  และการเน่าเปื่อยเข้าสู่บรรยากาศนั้น  บางส่วนละลายอยู่ในแหล่งน้ำบนพื้นโลก 

แหล่งที่มา

บัญชา  แสนทวี และคณะ .(2551). หนังสือเรียนรายวิชาเคมีเพิ่มเติมชั้นมัธยมศึกษาปีที่ 4 - 6 หลักสูตรแกนกลางการศึกษาขั้นพื้นฐาน พุทธศักราช 2551. กรุงเทพฯ : สำนักงานพิมพ์วัฒนาพานิช.

พงศธร  นันทธเนศ และคณะ .(2556). หนังสือเสริมสร้างศักยภาพและทักษะ เคมี เล่ม 3 ชั้นมัธยมศึกษาปีที่ 4 - 6. กรุงเทพฯ : บริษัทไทยร่มเกล้า จำกัด.

สถาบันส่งเสริมการสอนวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยี. (2553). หนังสือเรียนสาระการเรียนรู้พื้นฐานและเพิ่มเติม เคมี เล่ม 3 กลุ่มสาระการเรียนรู้วิทยาศาสตร์ ตามหลักสูตรแกนกลางการศึกษาขั้นพื้นฐาน พุทธศักราช 2551. กรุงเทพฯ: โรงพิมพ์คุรุสภาลาดพร้าว