1

กรด-เบส (Acids and Bases)

2

Out line

Electrolyte Solution & Non Electrolyte Solution

Acid-Base Theory

Conjugate Acid-Base Pair

Strong acid-base & Weak acid-base

pH & pOH

Acid-Base Titration

Buffer Solution

Acid-Base Reaction

3

Acid Base in Everyday Life

Acid and Base Properties

กรด เบส

เมอละลายน าน าไฟฟา เปลยนสกระดาษลตมสน าเงน→แดง เมอท าปฏกรยากบเบสจะเกดเกลอ

มรสเปรยว

เมอละลายน าน าไฟฟา เปลยนสกระดาษลตมสแดง→น าเงน เมอท าปฏกรยากบกรด จะเกดเกลอ

มรสฝาด

สารละลายกรดและเบสหลายชนดมสมดลเกดขน การเปลยนแปลงของสารทอยในภาวะสมดลจะมทงการเปลยนแปลงไปขางหนาและการเปลยนแปลงยอนกลบเกดขนตลอดเวลา

4

ตวอยางการทดลอง

เมอกดสวตซใหครบวงจรจะเกดอะไรขน โดยทสาร ละลายทใชในบกเกอรเปนสารชนดตาง ๆ ตามตาราง

สารละลาย

หลอดไฟ

ชนดของสารละลาย ผลการทดสอบ

น าบรสทธ

น าบรสทธทมน าตาลละลายอย

สารละลาย NaCl

สารละลายกรดไฮโดรคลอรก

สารละลายกรดอะซตก

สารละลายโซเดยมไฮดรอกไซด

5

1.Electrolyte Solution & Non Electrolyte Solution

สารละลายแบงตามสภาพการน าไฟฟาเปนเกณฑ

1.1 Non Electrolyte Solution

สารละลายทไมน าไฟฟาเพราะตวถกละลายไมสามารถแตกตวเปนไอออนในตวท าละลายได เชน สารละลายน าตาลกลโคส, น าบรสทธ, แอลกอฮอล

การละลายน าของน าตาลกลโคส

6

1.2 Electrolyte Solution

สารทเมอละลายในน าจะน าไฟฟาได เนองจากมไอออนซงเปนไอออนบวกและไอออนลบเคลอนทอยในสารละลาย สารละลายอเลกโทรไลตนอาจเปนสารละลายกรด เบสหรอเกลอ กได ตวอยางเชน สารละลายกรดไฮโดรคลอรก (HCl) สารละลายโซเดยมไฮดรอกไซด (NaOH) และสารละลายของเกลอ KNO3

H+ Cl-

การละลายน าของกรดไฮโดรคลอรก

7

สารละลายอเลกโทรไลตตางๆ น าไฟฟาไดไมเทากน อเลกโทรไลตทแตกตวเปนไอออนไดมากกวา กจะน าไฟฟาไดดกวาอเลกโทรไลตทแตกตวเปนไอออนไดนอยกวา

สารอเลกโทรไลตสามารถแบงไดเปน 2 ชนด

1. สารอเลกโทรไลตแก (Strong electrolyte)

สารอเลกโทรไลตทสามารถแตกตวเปนไอออนไดหมดหรอเกอบหมด (˜100%) ในน าหรอในสารละลายเจอจาง ท าใหในสารละลายนนมไอออนเปนจ านวนมาก จงน าไฟฟาไดด ไดแก เกลอทละลายน าได กรดแก และเบสแก

8

9

เขยนสมการแสดงการแตกตวของสารอเลกโทรไลตแก โดยใชลกศร →

HCl(aq) → H+(aq) + Cl-(aq)

NaOH(s) → Na+(aq) + OH-(aq)

2. สารอเลกโทรไลตออน (weak electrolyte)

สารอเลกโทรไลตทแตกตวใหไอออนไดนอยหรอแตกตวไดไมหมดในสารละลายเจอจาง (<5%)โดยมสวนใหญยงคงอยเปนโมเลกล จงน าไฟฟาไดนอยไดแกกรดออน เบสออน

เขยนสมการแสดงการแตกตวของสารอเลกโทรไลตออน โดยใชลกศร

CH3COOH(aq) + H2O(l) H3O+(aq) + CH3COO-(aq)

10

2. Acid-Base Theory and Conjugate Acid-Base Pair

2.1 ทฤษฎกรด-เบสของอารเรเนยส

กรด คอ สารประกอบทละลายน าแลวแตกตวให H+ หรอ H3O+

HClO4(l) → H+(aq) + ClO4-(aq)

H2O

HA → H+(aq) + A-(aq) H2O

เบส คอ สารประกอบทละลายน าแลวแตกตวให OH-

BOH → B+(aq) + OH-(aq) H2O

Ca(OH)2(s) → Ca2+(aq) + 2OH-(aq) H2O

ขอจ ากด จะเนนเฉพาะการแตกตวในน า ใหเปน H+ และ OH- ไมรวมถงตวท าละลายอนๆ

สารทจะเปนกรดไดตองม H+ อยในโมเลกล และสารทจะเปนเบสไดกตองม OH- อยในโมเลกล

11

2.2 ทฤษฎกรด-เบส ของเบรนสเตต-เลาร

กรด คอ สารทสามารถใหโปรตอนกบสารอน ได (Proton donor)

เบส คอ สารทสามารถรบโปรตอนจากสารอนได (Proton acceptor)

CH3COOH + H2O CH3COO- + H3O+

กรด เบส กรด เบส

*สารทจะเปนกรดเบรนสเตต-เลารไดจะตองม H ทแตกตวงาย

CH3COOH เปนคกรดของ CH3COO-

H2O เปนคเบสของ H3O+

CH3COO- เปนคเบสของ CH3COOH

H3O+ เปนคกรดของ H2O

12

NH3 + H2O NH4+ + OH-

*สารทจะเปนเบสเบรนสเตต-ลาวรไดจะตองมอเลกตรอนคโดดเดยว ไมเปนบวก

กรด เบส กรด เบส

NH3 เปนคเบสของ NH4+ NH4

+ เปนคกรดของ NH3

H2O เปนคกรดของ OH- OH- เปนคเบสของ H2O

ขอจ ากด สารทจะท าหนาทเปนกรดจะตองมโปรตอนอยในสารนน (H+)

(จะเหนไดวา คกรด-เบสนนจะมจ านวนโปรตอน (H+) ตางกน 1 ตว)

13

สารทเปนไดทงกรดและเบส (Amphoteric)

สารทเปนแอมโฟเทอรก ถาท าปฏกรยากบสารทใหโปรตอนไดดกวา ตวมนเองจะรบโปรตอน (ท าหนาทเปนเบส) แตถาไปท าปฏกรยากบสารทใหโปรตอนไดไมด ตวมนเองจะเปนตวใหโปรตอนกบสารนน (ท าหนาเปนกรด)

H2O + NH3 NH4+ + OH –

NH4+ + H2O H3O

+ + NH3

กรด เบส

กรด เบส

ให H+

ให H+

รบ H+

รบ H+

14

2.3 ทฤษฎกรด-เบสของลวอส

กรด คอ สารทสามารถรบอเลคตรอนคโดดเดยว (Electron pair acceptor) จากสารอน

เบส คอ สารทสามารถใหอเลคตรอนคโดดเดยว (Electron pair donor) แกสารอน

รบคอเลกตรอน ใหคอเลกตรอน เกดพนธะโคเวเลนต

กรดรบอเลกตรอนเรยกวาเปน Electrophile และเบสใหอเลกตรอนเรยกวาเปน Nucleophile

กรด เบส

ขอด คอ สามารถจ าแนกกรด-เบส ทไมมทง H หรอ OH- ในสารนน สารอยในสถานะแกสกสามารถใชทฤษฎลวอสอธบายความเปนกรดเบสได

15

1.ใหเขยนคกรด-เบสของสารตอไปน ก. NH4

+ คเบสคอ

HClO คเบสคอ

H2PO4- คเบสคอ

HIO4 คเบสคอ

CH3COOH คเบสคอ

ข. HS- คกรดคอ HSO4

- คกรดคอ CO3

2- คกรดคอ HPO4

2- คกรดคอ PO4

3- คกรดคอ

2. จงระบคกรด-เบสในปฏกรยาตอไปน

CH3COO- + HCN CH3COOH + CN-

HCO3- + HCO3

- H2CO3 + CO32-

CO32- + H2O HCO3

- + OH-

HClO + CH3NH2 CH3NH3+ + ClO-

แบบฝกหด 1

16

3. จงเขยนสมการเมอสารตอไปนละลายน า พรอมบอกวาสารเหลานเปนกรดหรอเบส

3.1 HClO

3.2 HNO3

3.3 H2O

3.4 KOH

4.สารละลาย Ba(OH)2 เขมขน 0.1 mol/dm3 ปรมาตร 100 cm3 ถาเตมน าใหมปรมาตรเปน 400 cm3 ความเขมขนของ OH- จะเปนกโมลาร

5.ในภาชนะมสารละลายของกรดไนตรกปรมาตร 500 cm3 พบวามมความเขมขนของโปรตอน 0.5 mol/dm3 ถาหากน าสารละลายนมา 50 cm3 แลวปรบปรมาตรใหเปน 250 cm3 สารละลายจะมความเขมขนของกรดไนตรกเทาไร

3.5 CH3COOH

3.6 Ca(OH)2

17

3.Strong acid-base & Weak acid-base

3.1 การพจารณาความแรงของกรดและเบส

3.1.1 ดจากการแตกตวของกรด กรดและเบสทแตกตวได 100% จะเรยกวากรดแก และเบสแก แตถากรดและเบสนนแตกตวไดเพยงบางสวนกจะเรยกวา กรดออน หรอเบสออน

การแตกตวของกรดและเบสนนดไดจากคาคงทสมดลของการแตกตวของกรดหรอเบส (Ka หรอ Kb)

HClO2 Ka = 1.1 x 10-2

HF Ka = 6.8 x 10-4

CH3COOH Ka = 1.8 x 10-5 H2CO3 Ka = 4.4 x 10-7

จงเรยงล าดบความแรงของกรดจากมากไปหานอยตามคา Ka

18

3.1.2 ดจากการเรยงล าดบในตารางธาต

NH3 Kb = 1.76 x 10-5

N2H4 Kb = 9.5 x 10-7

C6H5NH2 Kb = 4.3 x 10-10

จงเรยงล าดบความแรงของเบสจากมากไปหานอยตามคา Kb

1.H2SO4 H2SeO4 H3PO4 H3AsO4

จงเรยงล าดบความแรงของกรดตอไปน

2.HClO HClO2 HClO3 HClO4

19

การแตกตวของกรดแกและเบสแก จะแตกตวไดหมด 100% เปนไอออนไดหมดในตวท าละลายซงสวนใหญเปนน า

3.2 การแตกตวของกรดแกและเบสแก

การแตกตวของกรดแกและเบสแกนน เขยนแทนดวยลกศร → ซงแสดงการเปลยนแปลงไปขางหนาเพยง อยางเดยว

HCl (aq) → H+(aq) + Cl- (aq)

1 โมล 1 โมล 1 โมล

[HCl] = [H+] = [Cl-] = 1 โมล/ลตร

NaOH (aq) → Na+ (aq) + OH- (aq)

0.1 โมล 0.1 โมล 0.1 โมล

[NaOH] = [Na+] = [OH-] = 0.1 โมล/ลตร

20

แบบฝกหด 2

1 จงค านวณหาความเขมขนของไอออนแตละชนดทเกดจากสารละลาย 0.015 M HNO3

2 ถาน าโพแทสเซยมไฮดรอกไซด 2.8 กรมละลายน า สารละลายมปรมาตร 2 dm3 ในสารละลายจะมไอออนใดบางอยางละก mol/dm3 (มวลอะตอม K=39, O=16, H=1)

3 สารละลายกรดแก (HA) 250 cm3 มปรมาณ H3O+ ไอออน 0.05 mol ถาเตมกรดนลงไปอก

0.2 mol โดยทสารละลายมปรมาตรคงเดม สารละลายทไดจะมความเขมขนเทาใด

4 จงหาความเขมขนของไอออนแตละชนด ทเกดจากการน า NaOH 10.0 กรม ละลายในน าท าเปนสารละลาย 0.2 dm3 (Na = 23, O = 16, H = 1)

5 ถาสารละลาย NaNO3 แตกตวไดอยางสมบรณ สารละลาย 0.01 M NaNO3 ปรมาตร 200 มลลลตร จะมไอออนชนดใดบางและอยางละกโมล

21

สารละลายกรดออน เชน กรดอะซตก (CH3COOH) เมอละลายน า จะน าไฟฟาไดไมด ทงน เพราะกรดอะซตกแตกตวเปนไอออนไดเพยงบางสวน เขยนแทนโดยสมการจะใชลกศร

3.2 การแตกตวของกรดออน

ปรมาณการแตกตวของกรดออน นยมบอกเปนรอยละ เชน กรด HA แตกตวไดรอยละ 10 ในน าหมายความวา?

ปรมาณการแตกตวของกรดออน นยมบอกเปนรอยละ

รอยละการแตกตวของกรดออน = [H

3O+]

C x 100

C = ความเขมขนเรมตนของกรดออน หนวย mol/ dm3

[H3O+] = ความเขมขนของไฮโดรเนยมไอออน ทภาวะสมดล หนวย mol/dm3

22

ตวอยาง 1 สารละลายกรด HB เขมขน 0.2 mol/dm3 เมอละลายน ามปรมาณ H3O+ ไอออน

0.05 mol จงค านวณหาปรมาณการแตกตวเปนรอยละ

การแตกตวของกรดออนชนดเดยวกน จะเพมขนเมอสารละลายมความเจอจางมากขน

CH3COOH 1.0 M แตกตวได 0.42 % CH3COOH 0.10 M แตกตวได 1.30 % CH3COOH 0.010 M แตกตวได 4.20 %

23

ตวอยาง 2 สารละลายกรด HCN 0.02 M แตกตวให [H3O+] 1.2x10-5 M จงหา %การแตกตว

24

ชนดของกรดตามความสามารถในการใหโปรตรอน

1.กรดมอนอโปรตก (monoprotic acid dissociation)

กรดทแตกตวให H+ ไดเพยง 1 ตว

CH3COOH (aq) H+ (aq) + CH3COO- (aq)

2.กรดโพลโปรตก (polyprotic acid dissociation)

กรดทมโปรตอนมากกวา 1 ตว และสามารถแตกตวให H+ ไดมากกวา 1 ตว

Diprotic แตกตวให 2โปรตอน

H2CO3 H+ + HCO3

-

HCO3- H+ + CO3

2-

triprotic แตกตวให 3โปรตอน

H3PO4 H+ + H2PO4

-

H2PO4- H+ + HPO4

2-

HPO42- H+ + PO4

3-

25

คาคงทสมดลของกรดออน (Acid Ionization Constant, Ka)

กรดออนแตกตวไดเพยงบางสวน ปฏกรยาการแตกตวไปขางหนา และปฏกรยายอนกลบเกดขนไดพรอมกน และปฏกรยาการแตกตวของกรดออนนจะอยใน ภาวะสมดล

HA (aq) + H2O (l) H3O+(aq) + A-(aq)

Ka = [H3O+] [A-]

[HA]

Ka คอ คาคงทสมดลของกรดออน (HA) และถอวา [H2O] มคาคงท

ถาคา Ka มคามากแสดงวากรดมความแรงมาก แตกตวไดด ถาคา Ka นอยแสดงวากรดแตกตวไดนอย มความแรงนอย ส าหรบกรดทแตกตวได 100% จะไมมคา Ka

26

กรณกรดไดโปรตก

Ka1 = = 1.1 x 10-7

H2S (aq) + H2O(l) H3O+ (aq) + HS- (aq)

HS- (aq) + H2O (l) H3O+ (aq) + S2- (aq)

Ka2 = = 1.10 x 10-14

[H3O+] [HS-]

[H2S]

[H3O+] [S2-]

[HS-]

จะเหนวาคา Ka1 > Ka2 หมายความวา ?

27

กรณกรดไตรโปรตก

Ka1 = = 5.9 x 10-3

H3PO4(aq) + H2O(l) H3O+ (aq) + H2PO4

- (aq)

H2PO4-(aq) + H2O(l) H3O

+ (aq) + HPO42- (aq)

Ka2 = = 6.2 x 10-8

[H3O+] [H2PO4

-]

[H3PO4]

[H3O+] [HPO4

2-]

[H2PO4-]

HPO42-(aq) + H2O(l) H3O

+ (aq) + PO43- (aq)

Ka3 = = 4.8 x 10-13 [H3O

+] [PO43-]

[HPO42-]

28

การค านวณ ทภาวะสมดล โดยใชคา Ka และ Kb และรอยละการแตกตวของกรดออนและเบสออน

กรดออน C เปนความเขมขนเรมตนของกรดออน (mol/ dm3)

X เปนความเขมขนของกรดออนทแตกตวได

HA (aq) + H2O (l) H3O+(aq) + A-(aq) จงเขยนสมการแสดงคา Ka

29

กรณท 1 ≥ 1000 Ka C

(C-[H+]) ≈ C ก าหนดให

กรณท 2 < 1000 Ka C

(C-[H+]) จะมคาแตกตางกบคา C มาก

30

เบสออน C เปนความเขมขนเรมตนของเบสออน (mol/ dm3)

X เปนความเขมขนของเบสออนทแตกตวได

B (aq) + H2O (l) BH+(aq) + OH-(aq) จงเขยนสมการแสดงคา Kb

31

กรณท 1 ≥ 1000 Kb C

(C-[OH-]) ≈ C ก าหนดให

กรณท 2 < 1000 Kb C

(C-[OH-]) จะมคาแตกตางกบคา C มาก

32

สรปสตรการแตกตวของกรดออนและเบสออน

กรดออน เบสออน

≥ 1000 Ka C กรณท

[H3O+] = [คเบสของกรดออน] = √KaC

รอยละการแตกตว = [H3O+]

C X 100

= √KaC C

X 100

≥ 1000 Kb C กรณท

[OH-] = [คกรดของเบสออน] = √KbC

รอยละการแตกตว = [OH+] C

X 100

= √KbC C

X 100

33

ตวอยาง 3 สารละลายเบส NH3 เขมขน 2.0 M จะมความเขมขนของ OH- เทาใด ก าหนด Kb ของเบสนเทากบ 1.8×10-5

34

ตวอยาง 4 สารละลายกรด HA มคา Ka เปน 6.8 x 10-4 สารละลายกรดนมความเขมขน 1 mol/dm3 สารละลายกรดนจะมความเขมขนของ H3O

+ เทาใด

35

ตวอยาง 5 แอมโมเนยจ านวน 0.106 mol ละลายในน า 1 dm3 ทภาวะสมดลแตกตวให NH4+ และ

OH- เทากน คอ 1.38 x10-3 mol จงหาคาคงทของการ แตกตวของ NH3

36

ตวอยาง 6 จงเรยงล าดบความแรงของกรดจากขอมลตอไปน

กรด ความเขมขน M รอยละการแตกตว HA 0.1 2

HB 0.2 4

HC 0.3 1

37

ตวอยาง 7 ท 25 0C กรดอะซตก (CH3COOH) เขมขน 0.1 mol/dm3 แตกตวได 1.34 % จงค านวณ หาความเขมขนของไฮโดรเนยมไอออน อะซเตตไอออน และ Ka

38

ตวอยาง 8 จงค านวณหาความเขมขนของ H+, SO42- และ HSO4

- ของสารละลายกรด H2SO4 เขมขน 0.5 mol/dm3 ก าหนดคา Ka2 = 1.26 x 10-2

39

ตวอยาง 9 จากการศกษาพบวาสารละลาย NH3 0.10 mol/dm3 แตกตวให NH4+ และ OH- เทากบ

1.88 x 10-3 mol/dm3 ถาใชสารละลาย NH3 เขมขน 0.20 mol/dm3 จะแตกตวไดกเปอรเซนต