กรด-เบส

                             หน้าแรก                        

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

หน้าแรก

Credit : https://www.scimath.org/lesson-chemistry/item/7071-2017-05-26-15-16-15