กรด - เบส คืออะไร
กรด เบส ในชีวิตประจำวัน ( Acid Base in Everyday Life)
สารประกอบจำพวกกรด เบส มีความสำคัญและเกี่ยวข้องกับชีวิตประจำวันของมนุษย์อย่างมาก ก่อนอื่นต้องทำความเข้าใจว่า กรด เบส คืออะไรอย่างง่ายๆ
สารละลายกรด คือสารละลายที่มีรสเปรี้ยว เปลี่ยนสีกระดาษลิตมัสจากน้ำเงินเป็นแดง หรือทำปฏิกิริยากับโลหะได้ แก๊ส H 2 และ เกลือ
สารละลายเบส คือสารละลายที่มีรสขม เปลี่ยนสีกระดาษลิตมัสจากแดงเป็นน้ำเงิน หรือมีลักษณะลื่นๆ
สารละลายกรด คือสารละลายที่มีรสเปรี้ยว เปลี่ยนสีกระดาษลิตมัสจากน้ำเงินเป็นแดง หรือทำปฏิกิริยากับโลหะได้ แก๊ส H 2 และ เกลือ
สารละลายเบส คือสารละลายที่มีรสขม เปลี่ยนสีกระดาษลิตมัสจากแดงเป็นน้ำเงิน หรือมีลักษณะลื่นๆ
นิยามของกรด-เบส
Arrhenius Concept
กรด คือ สารประกอบที่มี H และเมื่อละลายน้ำจะแตกตัวให้ H + หรือ H 3O +
เบส คือ สารประกอบที่มี OH และเมื่อละลายน้ำจะแตกตัวให้ OH -
ข้อจำกัดของทฤษฎีนี้คือ สารประกอบต้องละลายได้ในน้ำ และไม่สามารถอธิบายได้ว่า ทำไมสารประกอบบางชนิดเช่น NH 3 จึงเป็นเบส
เบส คือ สารประกอบที่มี OH และเมื่อละลายน้ำจะแตกตัวให้ OH -
ข้อจำกัดของทฤษฎีนี้คือ สารประกอบต้องละลายได้ในน้ำ และไม่สามารถอธิบายได้ว่า ทำไมสารประกอบบางชนิดเช่น NH 3 จึงเป็นเบส
Bronsted-Lowry Concept
กรด คือ สารที่สามารถให้โปรตอน ( proton donor)แก่สารอื่น
เบส คือ สารที่สามารถรับโปรตอน ( proton acceptor)จากสารอื่น
ปฏิกิริยาระหว่างกรดกับเบสจึงเป็นการถ่ายเทโปรตอนจากกรดไปยังเบสเช่น แอมโมเนียละลายในน้ำ
เบส คือ สารที่สามารถรับโปรตอน ( proton acceptor)จากสารอื่น
ปฏิกิริยาระหว่างกรดกับเบสจึงเป็นการถ่ายเทโปรตอนจากกรดไปยังเบสเช่น แอมโมเนียละลายในน้ำ
NH 3(aq) + H 2O (1)base 2 ........ acid 1 ........ acid 2 ........ base 1NH 4 + (aq) + OH - (aq)
ในปฏิกิริยาไปข้างหน้า NH 3 จะเป็นฝ่ายรับโปรตอนจาก H 2O ดังนั้น NH 3 จึงเป็นเบสและ H 2O เป็นกรด แต่ในปฏิกิริยาย้อนกลับ NH 4 + จะเป็นฝ่ายให้โปรตอนแก่ OH - ดังนั้น NH 4 + จึงเป็นกรดและ OH - เป็นเบส อาจสรุปได้ว่าทิศทางของปฏิกิริยาจะขึ้นอยู่กับความแรงของเบส
Lewis Concept
กรด คือ สารที่สามารถรับอิเลคตรอนคู่โดดเดี่ยว ( electron pair acceptor) จากสารอื่น
เบส คือ สารที่สามารถให้อิเลคตรอนคู่โดดเดี่ยว ( electron pair donor)แกสารอื่น
ทฤษฎีนี้ใช้อธิบาย กรด เบส ตาม concept ของ Arrhenius และ Bronsted-Lowry ได้ และมีข้อได้เปรียบคือสามารถอธิบาย กรด เบส ในกรณีที่เกิดปฏิกิริยาระหว่างกัน และได้สารประกอบที่มีพันธะโควาเลนซ์ เช่น
เบส คือ สารที่สามารถให้อิเลคตรอนคู่โดดเดี่ยว ( electron pair donor)แกสารอื่น
ทฤษฎีนี้ใช้อธิบาย กรด เบส ตาม concept ของ Arrhenius และ Bronsted-Lowry ได้ และมีข้อได้เปรียบคือสามารถอธิบาย กรด เบส ในกรณีที่เกิดปฏิกิริยาระหว่างกัน และได้สารประกอบที่มีพันธะโควาเลนซ์ เช่น
OH - (aq) + CO 2 (aq) 
HCO 3 - (aq)
HCO 3 - (aq)
BF 3 + NH 3BF 3-NH 3
BF 3-NH 3
คู่กรด – เบส
คู่กรด – เบส คือ สารที่เป็นคู่กรด-เบสกัน H + ต่างกัน 1 ตัว โดยที่ คู่กรดจะมี H + มากกว่าคู่เบส 1 ตัว
ความแรงของกรดและเบส = การแตกตัวในการให้โปรตอน(กรด) ความสามารถในการรับโปรตอน(เบส)
CH 3COOH (aq) + H 2O (aq) CH 3COO - (aq) + H 3O + (aq)
CH 3COO - (aq) + H 3O + (aq)
<<< เราต้องรู้ทิศทางการเลื่อนของสมดุลก่อน เราจึงจะบอกถึงความแรงได้>>>
1. ถ้าสมดุลเลื่อนไปทางขวา CH 3COOH เป็นกรดแรงกว่า H 3O + / H 2O เป็นเบสแรงกว่า CH 3COO -
2. ถ้าสมดุลเลื่อนไปทางซ้าย H 3O + เป็นกรดแรงกว่า CH 3COOH / CH 3COO - เป็นเบสแรงกว่า H 2O
2. ถ้าสมดุลเลื่อนไปทางซ้าย H 3O + เป็นกรดแรงกว่า CH 3COOH / CH 3COO - เป็นเบสแรงกว่า H 2O
ถ้าค่า K > 1 สมดุลเลื่อนไปข้างหน้า(สารผลิตภัณฑ์มากกว่าสารตั้งต้น)
K < 1 สมดุลเลื่อนย้อนกลับ(สารผลิตภัณฑ์น้อยกว่าสารตั้งต้น)
K = 1 ไปข้างหน้าเท่ากับย้อนกลับ (สารผลิตภัณฑ์=สารตั้งต้น) ความแรงทั้ง 2 ข้างเท่ากัน
เปรียบเทียบกรดแก่กับเบสแก่
กรดแก่
|
เบสแก่
|
| 1. กรดแก่มีอะไรบ้าง 2. กรด Hydro = HCl HBr HI 3. กรด Oxy = HNO3 HClO3 HClO4 H2SO4 4. การแตกตัว 100% 5. การเป็นอิเล็กโทรไลต์ = แก่ | 1. เบสแก่มีอะไรบ้าง 2. หมู่ 1 = LiOH NaOH KOH RbOH CsOH 3. หมู่ 2 = Ca(OH)2 Sr(OH)2 Ba(OH)2 4. การแตกตัว 100 % ( หมู่ 2 แตก 200 %) 5. การเป็นอิเล็กโทรไลต์ = แก่ |
กรดแก่ ( strong acid) คือกรดที่สามารถแตกตัวได้ 100% ในน้ำ เช่น HCl H2SO4 HN03 HBr HClO4 และ HI
เบสแก่ ( weak base) คือกรดที่สามารถแตกตัวได้ 100% ในน้ำ เช่น Hydroxide ของธาตุหมู่ 1 และ 2 ( NaOH LiOH CsOH Ba(OH) 2 Ca(OH) 2 )
กรดอ่อน ( weak acid) คือกรดที่สามารถแตกตัวเป็นไอออนได้เพียงบางส่วน เช่น กรดอะซิติคในน้ำส้มสายชู (vinegar) ยาแอสไพริน (acetylsalicylic acid) ใช้บรรเทาอาการปวดศรีษะ saccharin เป็นสารเพิ่มความหวาน niacin (nicotinic acid) หรือ ไวตามินบี เป็นต้น ตัวอย่างปฏิกิริยาของสารละลายกรด CH 3COOH ในส่วนผสมของน้ำส้มสายชูจะมีดังนี้ :
เบสแก่ ( weak base) คือกรดที่สามารถแตกตัวได้ 100% ในน้ำ เช่น Hydroxide ของธาตุหมู่ 1 และ 2 ( NaOH LiOH CsOH Ba(OH) 2 Ca(OH) 2 )
กรดอ่อน ( weak acid) คือกรดที่สามารถแตกตัวเป็นไอออนได้เพียงบางส่วน เช่น กรดอะซิติคในน้ำส้มสายชู (vinegar) ยาแอสไพริน (acetylsalicylic acid) ใช้บรรเทาอาการปวดศรีษะ saccharin เป็นสารเพิ่มความหวาน niacin (nicotinic acid) หรือ ไวตามินบี เป็นต้น ตัวอย่างปฏิกิริยาของสารละลายกรด CH 3COOH ในส่วนผสมของน้ำส้มสายชูจะมีดังนี้ :
CH 3COOH (aq) + H2O (1) H3O + (aq) + CH3COO - (aq) มีค่า K a
H3O + (aq) + CH3COO - (aq) มีค่า K a
เบสอ่อน (weak base) คือเบสที่สามารถแตกตัวเป็นไออนได้เพียงบางส่วน เช่น NH 3 urea aniline เป็นต้น ตัวอย่างปฏิกิริยาของ ammonia มีดังนี้
NH3(aq) + H2O (aq) NH4 + (aq) + OH - (aq)
NH4 + (aq) + OH - (aq)
ชนิดของกรดและเบส
กรด แบ่งตามการแตกตัว แบ่งได้ 3 ชนิด
1. กรด Monoprotic แตกตัว 1 ได้แก่ HNO 3 , HClO 3 , HClO 4 , HCN
2. กรด Diprotic แตกตัว 2 ได้แก่ H 2SO 4 , H 2CO 3
3. กรดPolyprotic แตกตัว 3 ได้แก่ H 3PO 4
การแตกตัวของกรด Polyprotic แต่ละครั้งจะให้ H + ไม่เท่ากัน แตกครั้งแรกจะแตกได้ดีมาก ค่า Ka สูงมากแต่แตกครั้งต่อ ๆ ไปจะมีค่า Ka ต่ำมาก เพราะประจุลบในไอออนดึงดูด H + ไว้ดังสมการ
1. กรด Monoprotic แตกตัว 1 ได้แก่ HNO 3 , HClO 3 , HClO 4 , HCN
2. กรด Diprotic แตกตัว 2 ได้แก่ H 2SO 4 , H 2CO 3
3. กรดPolyprotic แตกตัว 3 ได้แก่ H 3PO 4
การแตกตัวของกรด Polyprotic แต่ละครั้งจะให้ H + ไม่เท่ากัน แตกครั้งแรกจะแตกได้ดีมาก ค่า Ka สูงมากแต่แตกครั้งต่อ ๆ ไปจะมีค่า Ka ต่ำมาก เพราะประจุลบในไอออนดึงดูด H + ไว้ดังสมการ
H 2SO 4 H+ + HSO 4 - Ka 1 = 10 11
H+ + HSO 4 - Ka 1 = 10 11
HSO 4 - H+ + SO 4 2- Ka 2 = 1.2 x 10 -2
H+ + SO 4 2- Ka 2 = 1.2 x 10 -2
เนื่องมาจากกรด Polyprotic มักมีค่า K 1 >> K 2 >> K 3 H + ในสารละลายส่วนใหญ่จะได้มาจากการแตกตัวครั้งแรก
ถ้าค่า K 1 มากกว่า K 2 =10 3 เท่าขึ้นไปจะพิจารณาค่า pH ของสารละลายกรด Polyprotic ได้จากค่า K 1 เท่านั้น แต่ถ้าค่า K 2 มีค่าไม่ต่ำมาก จะต้องนำค่า K 2 มาพิจารณาด้วย
ถ้าค่า K 1 มากกว่า K 2 =10 3 เท่าขึ้นไปจะพิจารณาค่า pH ของสารละลายกรด Polyprotic ได้จากค่า K 1 เท่านั้น แต่ถ้าค่า K 2 มีค่าไม่ต่ำมาก จะต้องนำค่า K 2 มาพิจารณาด้วย
เบส แบ่งตาม จำนวน OH - ในเบส แบ่งได้เป็น 3 ชนิด คือ
1. เบสที่มี OH - ตัวเดียว เช่น LiOH NaOH KOH RbOH CsOH
2. เบสที่มี OH - 2 ตัว เช่น Ca(OH) 2 Sr(OH) 2 Ba(OH) 2
3. เบสที่มี OH - 3 ตัว เช่น Al(OH) 3 Fe(OH) 3
1. เบสที่มี OH - ตัวเดียว เช่น LiOH NaOH KOH RbOH CsOH
2. เบสที่มี OH - 2 ตัว เช่น Ca(OH) 2 Sr(OH) 2 Ba(OH) 2
3. เบสที่มี OH - 3 ตัว เช่น Al(OH) 3 Fe(OH) 3
รวมสูตรที่ใช้คำนวณในกรณีหา กรดอ่อน เบสอ่อน ไม่ผสมกัน
สูตรที่
|
กรณี (ต้องการหาอะไร)
|
กรดอ่อน
|
เบสอ่อน
|
1.
|
หาค่า K
|
Ka = [H +] 2 /N
|
Kb = [ OH -] 2 /N
|
2.
|
หา [ H +]
|
[H +] = [Ka.N]^1/2
|
[ OH -] = [Kb.N]^1/2
|
3.
|
หา % การแตกตัว
|
% การแตกตัว = [H +] x 100 / N
|
% การแตกตัว = [ OH -] x 100 / N
|
4.
|
การรวมสูตรของ % กับ K
|
% = Ka x 100 / N
|
% = Kb x 100 / N
|
ปฏิกิริยาของกรด - เบส
ปฏิกิริยาของกรด เบส แบ่งได้เป็น 4 ชนิดคือ
- ปฏิกิริยาระหว่างกรดแก่กับเบสแก่
- ปฏิกิริยาระหว่างกรดแก่กับเบสอ่อน
- ปฏิกิริยาระหว่างกรดอ่อนกับเบสแก่
- ปฏิกิริยาระหว่างกรดอ่อนกับเบสอ่อน
การแตกตัวของน้ำและค่า pH ของสารละลาย
น้ำบริสุทธิ์จัดเป็นตัวทำละลายที่สำคัญ เป็นพวก นอน-อิเลคโตรไลท์ (nonelectrolyte) หรือไม่สามารถนำไฟฟ้า แต่จากการทดลองพบว่า น้ำบริสุทธิ์นำไฟฟ้าได้บ้างเล็กน้อย ทั้งนี้เพราะว่าน้ำสามารถแตกตัวได้เอง ซึ่งเรียกว่า self-ionization หรือ autoprotolysis
H 2O (1) + H 2O (1)
.... acid 1 .....base 2 .............acid 2 ........base 1
หรือ 2H 2O (1) = H 3O + (aq) + OH - (aq)
จากความสัมพันธ์ของ K w ในปฏิกิริยาการแตกตัวของน้ำ
K w = [H 3O +][ OH -] = 1.0 x 10 -14 ที่ 25 C
(K w ที่ 0 C = 0.12 x 10 -14 และ ที่ 60 C = 9.6 x 10 - 14 M2)
จะได้ pK w = pH + pOH
โดยที่ pH ของ น้ำ = -log [H 30 +] = 7 และpOH ของ น้ำ = -log[ OH -] = 7
โดยทั่วไปแล้ว ค่า pH ของสารละลายที่พบอยู่ทั่วไป จะมีค่าอยู่ในช่วง 1-14 เท่านั้น อย่างไรก็ตาม ค่า pH อาจแสดงค่าเป็นลบหรือมีค่ามากกว่า 14 ได้เช่นเดียวกัน
ตัวอย่าง ค่า pH ของนมสด เท่ากับ 6.5 ถ้านมเสีย (เปรี้ยว) ค่า pH ของนมเสียจะมากหรือน้อยกว่านมสด
ตอบ น้อยกว่า
ตอบ น้อยกว่า
ตัวอย่าง จงหาค่า pH ของสารละลายที่เจือจางของ HCl เข้มข้น 1.0 x 10 - 8 M
วิธีทำ HCl เจือจาง แตกตัวได้ H + 1.0 x 10 - 8 M และน้ำแตกตัวได้ H+ 1.0 x 10 - 7 M
ปริมาณ H + ที่เกิดขึ้น = 1.0 x 10 -8 + 1.0 x 10 - 7 M
pH = -log (1.0 x 10 -8 + 1.0 x 10 -7 )
= 6.96
วิธีทำ HCl เจือจาง แตกตัวได้ H + 1.0 x 10 - 8 M และน้ำแตกตัวได้ H+ 1.0 x 10 - 7 M
ปริมาณ H + ที่เกิดขึ้น = 1.0 x 10 -8 + 1.0 x 10 - 7 M
pH = -log (1.0 x 10 -8 + 1.0 x 10 -7 )
= 6.96
สารละลายบัฟเฟอร์ ( Buffer Solution)
สารละลายบัฟเฟอร์ คือ สารละลายที่สามารถต้านทานการเปลี่ยนแปลงค่า pH ของสารละลายได้
สารละลายบัฟเฟอร์ คือ สารละลายที่ค่า pH จะไม่เปลี่ยนแปลงเมื่อนำไปทำให้เจือจางหรือเข้มข้นขึ้น
สารละลายบัฟเฟอร์ คือ สารละลายที่ประกอบไปด้วยกรดอ่อนกับเกลือของกรดอ่อนหรือเบสอ่อนกับเกลือของเบสอ่อน และสารในระบบจะไม่ทำปฏิกิริยากัน โดยที่กรดในระบบจะคอยทำปฏิกิริยากับเบสที่เติมลงไป และเบสในระบบจะคอยทำปฏิกิริยากับกรดที่เติมลงไป
Reference :http://nakhamwit.ac.th/pingpong_web/Acid&Base.htm
สารละลายบัฟเฟอร์ คือ สารละลายที่ค่า pH จะไม่เปลี่ยนแปลงเมื่อนำไปทำให้เจือจางหรือเข้มข้นขึ้น
สารละลายบัฟเฟอร์ คือ สารละลายที่ประกอบไปด้วยกรดอ่อนกับเกลือของกรดอ่อนหรือเบสอ่อนกับเกลือของเบสอ่อน และสารในระบบจะไม่ทำปฏิกิริยากัน โดยที่กรดในระบบจะคอยทำปฏิกิริยากับเบสที่เติมลงไป และเบสในระบบจะคอยทำปฏิกิริยากับกรดที่เติมลงไป
Reference :http://nakhamwit.ac.th/pingpong_web/Acid&Base.htm
ไม่มีความคิดเห็น:
แสดงความคิดเห็น