นิยาม กรด - เบส
Arrhenius Concept
กรด คือ สารประกอบที่มี H และเมื่อละลายน้ำจะแตกตัวให้ H+ หรือ H3O+
เบส คือ สารประกอบที่มี OH และเมื่อละลายน้ำจะแตกตัวให้ OH-
ข้อจำกัดของทฤษฎีนี้คือ สารประกอบต้องละลายได้ในน้ำ และไม่สามารถอธิบายได้ว่า ทำไมสารประกอบบางชนิดเช่น NH3 จึงเป็นเบส
Bronsted-Lowry Concept
กรด คือ สารที่สามารถให้โปรตอน (proton donor) แก่สารอื่น
เบส คือ สารที่สามารถรับโปรตอน (proton acceptor) จากสารอื่น
ปฏิกิริยาระหว่างกรดกับเบสจึงเป็นการถ่ายเทโปรตอนจากกรดไปยังเบสเช่นแอมโมเนียละลายในน้ำ
NH3(aq) + H2O(1) = NH4+ (aq) + OH- (aq)
base 2 ........acid 1 ........acid 2 ........base 1
ในปฏิกิริยาไปข้างหน้า NH3 จะเป็นฝ่ายรับโปรตอนจาก H2O ดังนั้น NH3 จึงเป็นเบสและ H2O เป็นกรด แต่ในปฏิกิริยาย้อนกลับ NH4+ จะเป็นฝ่ายให้โปรตอนแก่ OH- ดังนั้น NH4+ จึงเป็นกรดและ OH- เป็นเบส อาจสรุปได้ว่าทิศทางของปฏิกิริยาจะขึ้นอยู่กับความแรงของเบส
Lewis Concept
กรด คือ สารที่สามารถรับอิเลคตรอนคู่โดดเดี่ยว (electron pair acceptor) จากสารอื่น
เบส คือ สารที่สามารถให้อิเลคตรอนคู่โดดเดี่ยว (electron pair donor) แก่สารอื่น
ทฤษฎีนี้ใช้อธิบาย กรด เบส ตาม concept ของ Arrhenius และ Bronsted-Lowry ได้ และมีข้อได้เปรียบคือสามารถอธิบาย กรด เบส ในกรณีที่เกิดปฏิกิริยาระหว่างกัน และได้สารประกอบที่มีพันธะโควาเลนซ์ เช่น
OH - (aq) + CO2 (aq) HCO3- (aq)
BF3 + NH3 BF3-NH3
ชนิดของกรดและเบส
ชนิดของกรด
1.กรด Monoprotic แตกตัว 1 ได้แก่ HNO3 , HClO3 , HClO4 , HCN
2.กรด Diprotic แตกตัว 2 ได้แก่ H2SO4 , H2CO3
3.กรด Polyprotic แตกตัว 3 ได้แก่ H3PO4
การแตกตัวของกรด Polyprotic แต่ละครั้งจะให้ H+ ไม่เท่ากัน แตกครั้งแรกจะแตกได้ดีมาก ค่า Ka สูงมากแต่แตกครั้งต่อ ๆ ไปจะมีค่า Ka ต่ำมาก เพราะประจุลบในไอออนดึงดูด H+ ไว้ดังสมการ
H2SO4 H+ + HSO4- Ka1 = 1011
HSO4- H+ + SO42- Ka2 = 1.2 x 10-2
เนื่องมาจากกรด Polyprotic มักมีค่า K1>>K2>>K3 H+ ในสารละลายส่วนใหญ่จะได้มาจากการแตกตัวครั้งแรก
ถ้าค่า K1 มากกว่า K2 =103 เท่าขึ้นไปจะพิจารณาค่า pH ของสารละลายกรด Polyprotic ได้จากค่า K1 เท่านั้น แต่ถ้าค่า K2 มีค่าไม่ต่ำมาก จะต้องนำค่า K2 มาพิจารณาด้วย
ชนิดของเบส
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
ความแรงของกรดและเบส
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 :
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
RETURN TO CONTENTS
กรด - เบส
สารละลายอิเล็กโทรไลต์(Electrolyte Solution) = สารละลายที่นำไฟฟ้าได้ เพราะ ตัวถูกละลายแตกตัวเป็นไอออนบวกและไอออนลบ
*ตัวอย่าง สารละลายอิเล็กโทรไลต์ ได้แก่ สารละลายกรด สารละลายเบส สารละลายเกลือ
****(อิเล็กโทรไลต์แก่ แตกตัวดี นำไฟฟ้าดี อิเล็กโทรไลต์อ่อน แตกตัวไม่ดี นำไฟฟ้าไม่ดี)****
กรด&เบส
กรด แบ่งได้ 2 ประเภทคือ กรดอินทรีย์ กรดอนินทรีย์
เบส แบ่งได้ 2 ประเภทคือ เบสอินทรีย์ เบสอนินทรีย์
*กรด มี 2 ชื่อคือ กรดไฮโดร กับกรดออกซี่
Hydro = HCl* HBr HI HF HCN ฯลฯ กรดเหล่านี้ออกเสียง “ไฮโดร” นำหน้าแล้วตามด้วยสารที่ตามมา
*HCl = ก๊าซไฮโดรเจนคลอไรด์ หรือ กรดเกลือ
Oxy = HNO3 H2SO4 HClO3 H2CO3 * ฯลฯ กรดเหล่านี้ออกเสียง “อิก” ลงท้ายเสมอ * H2CO3 ไม่เสถียรจะแตกตัวให้ H2O , CO2
สมบัติทั่วไปของสารละลายกรด-เบส
กรด
|
เบส
|
1.เปลี่ยนกระดาษลิตมัสจากน้ำเงินเป็นแดง B R
2.นำไฟฟ้าได้
3.ทำปฏิกิริยากับโลหะบางชนิดได้ก๊าซ H2
4.ทำปฏิกิริยากับเบสได้ เกลือ + น้ำ
|
1. เปลี่ยนกระดาษลิตมัสจากแดงเป็นน้ำเงิน R B
2.นำไฟฟ้าได้
3.ไม่ทำปฏิกิริยากับโลหะที่อุณหภูมิปกติ
4. ทำปฏิกิริยากับกรดได้ เกลือ + น้ำ
|
ทฤษฎีกรด-เบส
อาร์เรเนียส(Arrhenius)
|
เบรินสเตต-ลาวรี(Bronsted-Lowry)
|
1.กรด คือ สารที่ละลายน้ำแล้วแตกตัวให้ H+
2.เบส คือ สารที่ละลายน้ำแล้วแตกตัวให้ OH-
ตัวอย่าง สมการที่เป็นไปตามทฤษฎีของ อาร์เรเนียส
1.HCl(aq)+H2O(l) ↔ H3O+(aq) + Cl-(aq)
2.LiOH(s)↔ Li+ (aq) + OH- (aq)
ข้อเสีย สารใดที่ไม่ละลายน้ำไม่สามารถบอกได้ว่าเป็นกรดหรือเบส
|
1.กรด คือ สารที่ให้โปรตอนแก่สารอื่น
2.เบส คือ สารที่รับโปรตอนจากสารอื่น
ข้อเสีย สารใดที่ไม่มี H+ จะบอกไม่ได้ว่าสารนั้นเป็นกรดหรือเบส
สารใดที่มี H+ แต่แตกตัวเป็นไอออนไม่ได้จะบอกไม่ได้ว่าเป็นกรดหรือเบส
|
คู่กรด-เบส = สารที่เป็นคู่กรด-เบสกัน H+ ต่างกัน 1 ตัว โดยที่ คู่กรดจะมี H+ มากกว่าคู่เบส 1 ตัว
ความแรงของกรดและเบส = การแตกตัวในการให้โปรตอน(กรด) ความสามารถในการรับโปรตอน(เบส)
CH3COOH (aq) + H2O (aq) ↔ CH3COO- (aq) + H3O+ (aq)
****เราต้องรู้ทิศทางการเลื่อนของสมดุลก่อน เราจึงจะบอกถึงความแรงได้****
1.ถ้าสมดุลเลื่อนไปทางขวา CH3COOH เป็นกรดแรงกว่า H3O+ / H2O เป็นเบสแรงกว่า CH3COO-
2.ถ้าสมดุลเลื่อนไปทางซ้าย H3O+เป็นกรดแรงกว่า CH3COOH / CH3COO-เป็นเบสแรงกว่า H2O
ถ้าค่า K > 1 สมดุลเลื่อนไปข้างหน้า(สารผลิตภัณฑ์มากกว่าสารตั้งต้น)
K < 1 สมดุลเลื่อนย้อนกลับ(สารผลิตภัณฑ์น้อยกว่าสารตั้งต้น)
K = 1 ไปข้างหน้าเท่ากับย้อนกลับ (สารผลิตภัณฑ์ = สารตั้งต้น) ความแรงทั้ง 2 ข้างเท่ากัน
เปรียบเทียบกรดแก่กับเบสแก่
กรดแก่
|
เบสแก่
|
กรดแก่มีอะไรบ้าง
กรด Hydro = HCl HBr HI
กรด Oxy = HNO3 HClO3 HClO4 H2SO4
การแตกตัว100%
การเป็นอิเล็กโทรไลต์ = แก่
|
เบสแก่มีอะไรบ้าง
หมู่ 1 = LiOH NaOH KOH RbOH CsOH
หมู่ 2 = Ca(OH)2 Sr(OH)2 Ba(OH)2
การแตกตัว 100 % (หมู่ 2 แตก 200 %)
การเป็นอิเล็กโทรไลต์ = แก่
|
ชนิดของกรดและเบส
กรด แบ่งตามการแตกตัว แบ่งได้ 3 ชนิด
1.กรด Monoprotic แตกตัว 1 ได้แก่ HNO3 , HClO3 , HClO4 , HCN
2.กรด Diprotic แตกตัว 2 ได้แก่ H2SO4 , H2CO3
3.กรด Polyprotic แตกตัว 3 ได้แก่ H3PO4
การแตกตัวของกรด Polyprotic แต่ละครั้งจะให้ H+ ไม่เท่ากัน แตกครั้งแรกจะแตกได้ดีมาก ค่า Ka สูงมากแต่แตกครั้งต่อ ๆ ไปจะมีค่า Ka ต่ำมาก เพราะประจุลบในไอออนดึงดูด H+ ไว้ดังสมการ
H2SO4 ↔ H+ + HSO4- Ka1 = 1011
HSO4- ↔ H+ + SO42- Ka2 = 1.2 x 10-2
เนื่องมาจากกรด Polyprotic มักมีค่า K1>>K2>>K3 H+ ในสารละลายส่วนใหญ่จะได้มาจากการแตกตัวครั้งแรก
ถ้าค่า K1 มากกว่า K2 =103 เท่าขึ้นไปจะพิจารณาค่า pH ของสารละลายกรด Polyprotic ได้จากค่า K1 เท่านั้น แต่ถ้าค่า K2 มีค่าไม่ต่ำมาก จะต้องนำค่า K2 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
รวมสูตรที่ใช้คำนวณในกรณีหา กรดอ่อน เบสอ่อน ไม่ผสมกัน (Pure)
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
|
RETURN TO CONTENTS
การแตกตัวของกรดแก่และเบสแก่ จะแตกตัวได้หมด 100% หมายถึง การแตกตัวของกรดแก่และเบสแก่ เป็นไอออนได้หมดในตัวทำละลายซึ่งส่วนใหญ่เป็นน้ำ เช่น การแตกตัวของกรด HCl จะได้ H + หรือ H 3O + และ Cl - ไม่มี HCl เหลืออยู่ หรือการแตกตัวของเบส เช่น NaOH ได้ Na + ไม่มี NaOH เหลืออยู่ และ OH
RETURN TO CONTENTS
อินดิเคเตอร์ ส่วนใหญ่เป็นสารอินทรีย์มีสมบัติเป็นกรดอ่อน มีโครงสร้างซับซ้อนเป็นสารที่มีสีและสามารถเปลี่ยนสีได้เมื่อ pH ของสารละลายเปลี่ยนไป เป็นสารที่ใช้บอกความเป็นกรด-เบส ของสารละลายได้อย่างหนึ่ง ตามทฤษฎีของ Ostwald กล่าวว่าเมื่ออินดิเคเตอร์อยู่ในรูปโมเลกุลและเมื่อยู่ในรูปไอออนจะมีสีต่างกัน
RETURN TO CONTENTS
การไทเทรตกรด-เบส เป็นการไทเทรตระหว่างสารละลายกรดกับเบส ใช้ในการหาปริมาณหรือความเข้มข้นที่แน่นอนของกรดหรือเบส ทำได้โดยนำสารตัวอย่างมาไทเทรตกับกรดหรือเบสที่ทราบความเข้มข้นที่แน่นอน แล้วสังเกตสีของอินดิเคเตอร์ที่เปลี่ยนไปเมื่อปฏิกิริยาเกิดจนถึงจุดสมมูล ขณะไทเทรต pH ถ้าเลือกใช้อินดิเคเตอร์ที่เหมาะสมจะบอกจุดยุติที่ใกล้เคียงกับจุดสมมูลได้ การไทเทรตกรด-เบส สามารถแบ่งออกได้เป็น 4 แบบ ซึ่งการไทเทรตแต่ละแบบให้ผลลัพธ์ที่แตกต่างกันออกไป ดังนี้
- การไทเทรตระหว่างกรดแก่กับเบสแก่
- การไทเทรตระหว่างเบสอ่อนกับกรดแก่
- การไทเทรตระหว่างกรดอ่อนกับเบสแก่
- การไทเทรตระหว่างกรดอ่อนกับเบสอ่อน
RETURN TO CONTENTS
สารละลายบัฟเฟอร์
หมายถึง สารละลายที่ได้จากการผสมของกรดอ่อนกับคู่เบสของกรดนั้น หรือเบสอ่อนกับคู่กรดของเบสนั้น จะได้สารละลายที่มีไอออนร่วม
หน้าที่สำคัญของสารละลายบัฟเฟอร์ คือเป็นสารละลายที่ ใช้ควบคุม ความเป็นกรดและเบสของสารละลาย เพื่อไม่ให้เปลี่ยนแปลงมาก เมื่อเติมกรดหรือเบสลงไปเล็กน้อย นั่นคือสามารถ รักษาระดับ pH ของสารละลายไว้ได้เกือบคงที่เสมอ แม้ว่าจะเติมน้ำหรือเติมกรดหรือเบสลงไปเล็กน้อย ก็ไม่ทำให้ pH ของสารละลายเปลี่ยนแปลงไปมากนัก เราเรียกความสามารถในการต้านทานการเปลี่ยนแปลง pH นี้ว่า buffer capacity
หน้าที่สำคัญของสารละลายบัฟเฟอร์ คือเป็นสารละลายที่ ใช้ควบคุม ความเป็นกรดและเบสของสารละลาย เพื่อไม่ให้เปลี่ยนแปลงมาก เมื่อเติมกรดหรือเบสลงไปเล็กน้อย นั่นคือสามารถ รักษาระดับ pH ของสารละลายไว้ได้เกือบคงที่เสมอ แม้ว่าจะเติมน้ำหรือเติมกรดหรือเบสลงไปเล็กน้อย ก็ไม่ทำให้ pH ของสารละลายเปลี่ยนแปลงไปมากนัก เราเรียกความสามารถในการต้านทานการเปลี่ยนแปลง pH นี้ว่า buffer capacity
อ้างอิง
ความคิดเห็น
แสดงความคิดเห็น