กรดเบส

                                                                         Homepage
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

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

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

อินดิเคเตอร์ ส่วนใหญ่เป็นสารอินทรีย์มีสมบัติเป็นกรดอ่อน  มีโครงสร้างซับซ้อนเป็นสารที่มีสีและสามารถเปลี่ยนสีได้เมื่อ pH  ของสารละลายเปลี่ยนไป   เป็นสารที่ใช้บอกความเป็นกรด-เบส ของสารละลายได้อย่างหนึ่ง ตามทฤษฎีของ  Ostwald  กล่าวว่าเมื่ออินดิเคเตอร์อยู่ในรูปโมเลกุลและเมื่อยู่ในรูปไอออนจะมีสีต่างกัน

การไทเทรตกรด-เบส เป็นการไทเทรตระหว่างสารละลายกรดกับเบส ใช้ในการหาปริมาณหรือความเข้มข้นที่แน่นอนของกรดหรือเบส ทำได้โดยนำสารตัวอย่างมาไทเทรตกับกรดหรือเบสที่ทราบความเข้มข้นที่แน่นอน แล้วสังเกตสีของอินดิเคเตอร์ที่เปลี่ยนไปเมื่อปฏิกิริยาเกิดจนถึงจุดสมมูล ขณะไทเทรต pH ถ้าเลือกใช้อินดิเคเตอร์ที่เหมาะสมจะบอกจุดยุติที่ใกล้เคียงกับจุดสมมูลได้ การไทเทรตกรด-เบส สามารถแบ่งออกได้เป็น 4 แบบ ซึ่งการไทเทรตแต่ละแบบให้ผลลัพธ์ที่แตกต่างกันออกไป ดังนี้

การไทเทรตระหว่างกรดแก่กับเบสแก่
การไทเทรตระหว่างเบสอ่อนกับกรดแก่
การไทเทรตระหว่างกรดอ่อนกับเบสแก่
การไทเทรตระหว่างกรดอ่อนกับเบสอ่อน


หมายถึง สารละลายที่ได้จากการผสมของกรดอ่อนกับคู่เบสของกรดนั้น หรือเบสอ่อนกับคู่กรดของเบสนั้น จะได้สารละลายที่มีไอออนร่วม
หน้าที่สำคัญของสารละลายบัฟเฟอร์ คือเป็นสารละลายที่ ใช้ควบคุม  ความเป็นกรดและเบสของสารละลาย เพื่อไม่ให้เปลี่ยนแปลงมาก เมื่อเติมกรดหรือเบสลงไปเล็กน้อย นั่นคือสามารถ รักษาระดับ pH ของสารละลายไว้ได้เกือบคงที่เสมอ แม้ว่าจะเติมน้ำหรือเติมกรดหรือเบสลงไปเล็กน้อย ก็ไม่ทำให้ pH ของสารละลายเปลี่ยนแปลงไปมากนัก  เราเรียกความสามารถในการต้านทานการเปลี่ยนแปลง pH นี้ว่า buffer capacity