กรด-เบส
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
เบสอ่อน (weak base) คือเบสที่สามารถแตกตัวเป็นไออนได้เพียงบางส่วน เช่น NH 3 urea aniline เป็นต้น ตัวอย่างปฏิกิริยาของ ammonia มีดังนี้
NH3(aq) + H2O (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
H 2SO 4 H+ + HSO 4 - Ka 1 = 10 11
HSO 4 - 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
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
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
Return to contents
ม.5
ม.6
นักเรียน
