บทท6กรด เบส เกลอ

สารประกอบจำาพวกกรด เบส มความสำาคญและเกยวของกบชวตประจำาวนของมนษยอยางมาก กอนอนตองทำาความเขาใจวา กรด เบส คออะไรอยางงายๆ

สารละลายกรด คอสารละลายทมรสเปรยว เปลยนสกระดาษลตมสจากนำาเงนเปนแดง หรอทำาปฏกรยากบโลหะได แกส H 2 และ เกลอ

สารละลายเบส คอสารละลายทมรสขม เปลยนสกระดาษลตมสจากแดงเปนนำาเงน หรอมลกษณะลนๆ

กรด เบส คออะไร?

Arrhenius Concept กรด คอ สารประกอบทม H และเมอละลายนำาจะแตกตว

ให H + หรอ H 3O +เบส คอ สารประกอบทม OH และเมอละลายนำาจะแตกตวให OH –ขอจำากดของทฤษฎนคอ สารประกอบตองละลายไดในนำา และไมสามารถอธบายไดวา ทำาไมสารประกอบบางชนดเชน NH 3 จงเปนเบส

นยามของกรด-เบส

สเวนเต อารรเนยส (Svante Arrhenius) นกเคมชาวสวเดนไดใหคำาจำากดความของกรดและเบสขน ในป พศ 2427. .  โดยเกยวของกบความเขมขนของไฮโดรเจนไอออน (H+) หรอ ไฮโดรเนยมไอออน (H3O+) และไฮดรอกไซดไอออน (OH−) เมอสารนนๆละลายนำา โดยระบวา "กรด หมายถง สารทละลายนำาแลวแตกตวทำาใหความเขมขนของไฮโดรเจนไอออนหรอไฮโดรเนยมไอออนเพมขน" และ "เบส หมายถง สารทละลายนำาแลวแตกตวทำาใหความเขมขนของไฮดรอกไซดไอออนเพมขน"สเวนเต อารรเนยส (Svante Arrhenius)การแตกตวในนำาของกรดHCl (aq) → H+ (aq) + Cl− (aq)การแตกตวในนำาของเบสNaOH (aq) → Na+ (aq) + OH− (aq)

นยามของสเวนเต อารรเนยส

โยฮนเนส นโคลส เบรนสเตด (Johannes Nicolaus Brønsted) และ ทอมส มารตน ลาวร (Thomas Martin Lowry) นกเคมสองคนไดใหคำาจำากดความของกรด-เบสใหม ในป พศ 2466. .  โดยเกยวของกบการถายโอนโปรตอน (Proton Transferring) โดยเปนทฤษฎทครอบคลมและอธบายสมบตของกรด-เบสไดดกวาทฤษฎของอารรเนยส โดยกลาววา "กรด (AH) หมายถง สารทใหโปรตอน (Proton Donor) แกเบส " และ "เบส (B) หมายถงสารทรบโปรตอน (Proton Acceptor) จากกรด" ดงสมการ:โยฮนเนส นโคลส เบรนสเตด (Johannes Nicolaus Brønsted)โทมส มารตน ลาวร (Thomas Martin Lowry)AH + B ⇌ A− + BH+พจารณาการแตกตวในนำาของกรดอะซตก (CH3COOH) ดงสมการ:CH3COOH (aq)) + H2O (l) ⇌ CH3COO− (aq)) + H3O+ (aq)

นยามของเบรนสเตด-ลาวร

ในป ค. ศ. 1923 ( พ. ศ. 2466) ลวอสไดเสนอนยามของกรดและเบสดงน

กรด คอ สารทสามารถรบอเลกตรอนค จากเบส แลวเกดพนธะโคเวเลนตเบส คอ สารทสามารถใหอเลกตรอนคในการเกดพนธะโคเวเลนตปฏกรยาระหวางกรด- เบส ตามทฤษฎน อธบายในเทอมทมการใชอเลกตรอน

ครวมกน กรดรบอเลกตรอนเรยกวาเปน Electrophile และเบสใหอเลกตรอนเรยกวาเปน Nucleophile และตามทฤษฎนสารทเปนเบสตองมอเลกตรอนคอสระ เชน ในกรณน NH3 เปนเบส มอเลกตรอนค 1 ค จะใหอเลกตรอนคกบกรดในการเกดพนธะโคเวเลนต และ BF3รบอเลกตรอนจาก NH3BF3 จงเปนกรด ทฤษฎของลวอสนมขอดคอ สามารถจำาแนกกรด- เบส ทไมมทง H หรอ OH– ในสารนน และแมวาสารนนไมไดอยในรปสารละลาย แตอยในสถานะแกสกสามารถใชทฤษฎลวอสอธบายความเปนกรดเบสได

นยามของลวอส

 สารละลายกรดและเบสจดเปนสารละลายอเลกโทรไลดสำาหรบกรดหรอเบสทเปนอเลกโทรไลตแกเรยกวา กรดแกหรอเบสแก สวนกรดหรอเบสทเปนอเลกโทรไลตออนเรยกวา กรดออนหรอเบสออน ตามลำาดบ สารใดจดเปนกรดแกเบสแก กรดออนหรอเบสออน สารเหลานแตกตวเปนไอออนไดแตกตางกนอยางไร

   การแตกตวของกรดแกและเบสแก         เนองจากกรดแกและเบสแกเปนอเลกโทรไลตแกทแตกตว

เปนไออนไดมากหรอแตกตวเปนไอออนไดอยางสมบรณ จงเกดปฏกรยาไปขางหนาเพยงอยาง ถาทราบความเขมขนของกรดแกหรอเบสแกจะสามารถบอกความเขมขนของไฮโดรเนยมไอออนหรอไฮดรอกไซดไอออนในสารละลายได เชน สารละลาย 3 เขมขน   จะแตกตวให   และ   ชนดละ 

  ดงน    HNO3

                                                                                                                                        

การแตกตวของกรดและเบส

จากทฤษฎกรด-เบสของเบรนสเตตและลาวร กรดคอสารทใหโปรตอน และเบสคอ สารทรบโปรตอน เมอกรดทำาปฏกรยากบเบส จงมการถายโอนโปรตอนระหวางกรดและเบสนนเอง ตวอยางเชน ปฏกรยาระหวาง HCl และ NaOH สามารถเขยนปฏกรยาไดดงนHCl (aq) + NaOH (aq)   NaCl (aq) + H2OHCl เปนกรดจะใหโปรตอน (H+) กบเบส NaOH ไดเกลอ NaCl กบนำา โปรตอนถายโอนจากกรด HCl ไปใหกบเบส NaOH เมอเขยนสมการไอออนกสทธระหวางกรดและเบสจะไดดงน

H+ (aq) + OH- (aq)   H2O (l)

ปฏกรยาระหวางกรดกบเบส

ปฏกรยาระหวาง H+ จากสารละลายกรดกบ OH- จากสารละลายเบสได H2O เรยกวา ปฏกรยาสะเทน (Neutralization reaction) ปฏกรยาระหวางกรดกบเบส จะไดเกลอกบนำาเปนสวนใหญ แตจะมบางปฏกรยาทไดเกลอเพยงอยางเดยว เชน ปฏกรยาระหวาง HCl กบ NH3 ไดเกลอ NH4Cl ซงเกลอ NH4Cl จะแตกตวให NH4

+ และ Cl- ทำาใหสารละลายนำาไฟฟาไดHCl (aq) + NH3   NH4Cl (aq)NH4Cl (aq)    NH4

+ (aq) + Cl-(aq)สารละลาย H2SO4 และสารละลาย BaSO4 นำาไฟฟาได แตเมอนำามาผสมเขาดวยกนแลวสารละลายทไดไมสามารถนำาไฟฟาไดเพราะ BaSO4เปนของแขงทละลายนำาไดนอยมาก จงมไอออนทจะนำาไฟฟาไดอยนอยมาก ซงไอออนทเกดขนอาจเกดขนเนองจากการแตกตวของนำา ทำาใหสารละลายผสมสามารถนำาไฟฟาไดเลกนอย

1.ปฏกรยาระหวางกรดแกกบเบสแกเชน ปฏกรยาระหวางกรดแก HCl กบเบสแก KOH ไดเกลอ KCl และนำา ดงนHCl (aq) + KOH (aq)   KCl (aq) + H2O (l)

2.ปฏกรยาระหวางกรดแกกบเบสออนเชน ปฏกรยาระหวางกรดแก HCl กบเบสออน NH4OH ไดเกลอ NH4Cl และนำาHCl (aq) + NH4OH (aq)   NH4Cl (aq) + H2O (l)

3.ปฏกรยาระหวางกรดออนกบเบสแกเชน ปฏกรยาระหวางกรด CH3COOH และเบส NaOH ไดเกลอโซเดยมแอซเตต (CH3COONa) และนำาCH3COOH (aq) + NaOH (aq)   CH3COONa (aq) + H2O (l)

4.ปฏกรยาระหวางกรดออนกบเบสออนเชน ปฏกรยาระหวางกรด HCN กบเบส NH4OH ไดเกลอ NH4CN และนำาHCN (aq) + NH4OH (aq)   NH4CN (aq) + H2O (l)

ปฏกรยาระหวางกรดและเบสในนำานจะทำาใหสารละลายทไดแสดงสมบตเปนกรด เบส หรอกลางได ซงพจารณาไดเปน 2 กรณ1.ในกรณกรดและเบสทำาปฏกรยากนแลวมกรดหรอเบสเหลออย ถามกรดเหลออยสารละลายแสดงสมบตเปนกรด ถามเบสเหลออยสารละลายกจะแสดงสมบตเปนเบส2.ถากรดกบเบสทำาปฏกรยากนหมดพอด ไดเกลอกบนำา สารละลายของเกลอทไดจากปฏกรยา จะแสดงสมบตเปนกรด เบส หรอกลาง ขนอยกบชนดของเกลอนนวามาจากกรดและเบสประเภทใด ทงนเพราะเกลอแตละชนดจะเกดการแตกตวและทำาปฏกรยากบนำา เรยกวา ไฮโดรไลซส ซงจะทำาใหสารละลายแสดงสมบตกรด-เบสตางกน รายละเอยดอยในหวขอตอไป

กรดนอกจากจะสามารถทำาปฏกรยาสะเทนกบเบสไดเกลอกบนำา แลวยงสามารถทำาปฏกรยากบโลหะบางชนด เชน Zn, Fe, ไดแกส H2 และเกลอของโลหะนน หรอทำาปฏกรยากบเกลอคารบอนเนต เชน CaCO3 , Na2CO3 หรอเกลอ NaHCO3 ไดแกส CO2ตวอยางปฏกรยาระหวาง HCl กบ CaCO3 จะไดเกลอและแกส CO2

HCl(aq) + CaCO3 (s)   CaCl2 (aq) + CO2 (g)เบสกเชนเดยวกนนอกจากจะทำาปฏกรยาสะเทนกบกรดไดเกลอกบนำาแลว ยงสามารถทำาปฏกรยากบเกลอแอมโมเนยมเชน NH4Cl, (NH4)2SO4, จะไดแกส NH3 หรอทำาปฏกรยากบเกลอ เชนปฏกรยาระหวาง NaOH กบ FeCl3 ไดสารผลตภณฑดงน3NaOH (aq) + FeCl3 (aq)   Fe(OH)2 (s) + 3NaCl (aq)

ดงนน จะเหนไดวากรดและเบสทำาปฏกรยากนเองได และทงกรดและเบสกสามารถทำาปฏกรยากบสารอนไดดวย

กรดมประโยชนตอสงมชวต และรจกกนโดยทว ๆ ไป มดงน1.กรดไฮโดรคลอรก (HCl) หรอกรดมเรยตก(muriatic acid) ซงเปนชอ

ทางการคา ใชมากในอตสาหกรรมงานในหองปฏบตการ และในทางการแพทยตามปกตแลวในนำายอยอาหารมกรดไฮโดรคลอรก ซงสำาคญอยางยงในการยอยอาหารพวกโปรตนในกระเพาะอาหาร คนไขซงมปรมาณของกรดไฮโดรคลอรกตำากวาปกตในนำา ยอยอาหารเรยกวาเกดอาการ ไฮโพแอซดต(hypoacidity) แพทยจะแนะนำาใหรบประทานกรดไฮโดรคลอรกเจอจางกอนอาหาร

2.กรดไนตรก(HNO3) เปนสารเคมทใชในหองปฏบตการ เพอตรวจหาปรมาณของโปรตน กรดนเมอถกกบผวหนง ผวหนงจะกลายเปนสเหลอง นอกจากนยงใชกรดไนตรกเปนสารชวยตรวจหาโปรตนประเภทแอลบมน(albumin) ในนำา ปสสาวะและกรดนยงใชเปนสารทขจดหดหรอไฝไดอกดวย

ประโยชนของกรด (Uses of Acids)

3.กรดซลฟ วรก (H2SO4) เปนกรดทไมมสกลน มลกษณะเปนของเหลวขน หนกกวานำา สวนใหญใชในหองปฏบตการเคมในการเปนออกซไดซงเอเจนตและเปนตวขจดไอนา ออกจากแกส กรดนเมอถกกบไมฝายและสตวจะสลายใหกลายเปนถานเหลออยกรดนจะละลายนำา แลวใหความรอนออกมาสงดงนน เมอตองการทำาใหเจอจางดวยนำาตองระมดระวง อยาเทนำาลงในกรด ใหเทกรดลงในนำากรดกำามะถนน ใชเตรยมกรดอน ๆ ในทางอตสาหกรรม เพราะมความแรงและมจดเดอดสง

4. กรดแอซตลซาลไซลก (acetylsalicylic acid) หรอแอสไพรน ใชเปนยารกษาความปวดและลดไขบรรเทาโรคหวดกลามเนออกเสบ ปวดศรษะเนองจากเชอหวด แตไมสามารถรกษาโรคตดเชอได

5.กรดแอสคอบก หรอวตามนซพบในนำา ผลไมใชรกษาและปองกนโรคลกปดลกเปด6.กรดไฮโพคลอรส (HClO) ใชเปนยาฆาเชอโรคตามพนหรอกำาแพงในโรงพยาบาล7.กรดบอรก(H3BO3) ใชเปนยาฆาเชอรา และยาลางตา

เบสทสำาคญ และใชประโยชนไดทวๆไป มดงน1.โซเดยมไฮดรอกไซด (NaOH) บางทรจกกน ในชอโซดาไฟ ใชกา จดไขมน

และสงสกปรกจากไขมนอดตนในทอนำาทง2.แคลเชยมไฮดรอกไซด Ca(OH)2 หรออกชอหนงไลมวอเตอร (lime

water) ใชทำาลายกรดทมอยมากในกระเพาะและยงทำาลายพษของกรดออกซาลคใหเปนแคลเซยมออกซาเลต

3.แมกนเซยมไฮดรอกไซด Mg(OH)2 หรอเรยกวา มลคออฟแมกนเซย ( milk of magnesia)ถาอยในสภาพทเปนสารละลายเจอจางใชเปนยาลดกรดในกระเพาะอาหาร และยงใชเปนยาถายดวย

4.แอมโมเนยมไฮดรอกไซด (NH4OH) ใชดมเพอบำารงหวใจชวยในการหายใจ5.แอมโมเนยมคารบอเนต (NH4)2CO3 ใชแกนำาระดาง เพอนำามาใชในการ

ซกผา หรออาบชะลาง

ประโยชนของเบส

สารละลายในนำาไมวาจะเปนกรด เบส หรอกลางยอมประกอบดวย H3O+ และ OH- เสมอโดยมผลคณของไอออนทงสองเทากบ 10-14 ดงนนถาทราบ [ H3O+] หรอ [H+] เพยงอยางเดยวกสามารถบอกไดวาสารละลายเปนกรด เบส หรอเปนกลาง เนองจาก [ H3O+] ในสารละลายมคานอยและเปลยนแปลงในชวงกวาง จาก 1 mol dm-3 (1 M HCI ) ถง10-14 mol dm-3 (1 M NaOH) การเขยนความเขมขนดวยเลขยกกำาลงทตดลบยอยไมสะดวกและผดพลาดไดงาย ซอเรนเสน (Sorensen) จงเสนอแนะใหใชมาตราสวนใหมทสะดวกกวาซงเรยกวา มาตราสวนpH (pH scale)

โดยนยามวาpH = - log [ H+] หรอ [ H+] = 10-pH

 โดยสรปแลว สารละลายกรดมpH < 7 และ สารละลายเบสมpH > 7 สวนสารละลายทเปนกลางจะมpH เทากบ 7

มาตราสวน pOHโดยนยามวา pOH = - log [OH-] ในนำาบรสทธ[H3O+] = [OH-] = 10-

7 M. นนคอ pH = pOH = 7 และ pH + pOH = 14

มาตราสวน pH

การไทเทรต กรด-เบสไทเทรชน (titration) หมายถง กระบวนการวเคราะหปรมาณสารทมอยในสารละลาย โดยใชสารละลายมาตรฐาน (standard solution) ทำาปฏกรยาสมมลพอดกบ สารละลายอกชนดหนง ซงเราไมทราบความเขมขน แลวคำานวณโดยใชสมการเคมสารละลายมาตรฐาน (standard solution) คอสารละลายททราบความเขมขน ของตวถกละลายแนนอนหนวยความเขมขน มกใชเปนนอรแมล (N) หรอโมลาร (โมล / ลตร)การไทเทรตจา เปนตองใชอนดเคเตอรเปนตวช เมอถงจดสมมล ทกรดและเบส หรอสารทำาปฏกรยากนอยางสมบรณ โดยดไดจากสทเปลยนไปของอนดเคเตอร จดทกรดและเบสทำาปฏกรยาสมมลพอดนเรยกวา จดยตหรอจดปลาย (end point) สภาวะของปฏกรยาทจดยตนเรยกวา ปฏกรยาการสะเทน (neutralization) การไทเทรตแตละครงจะเลอกใชอนดเคเตอรตางชนดกน โดยมหลกการพจารณาดงน

การหาคาความเขมขนของกรด เบส ดวยวธการไทรเทรต

1. ปฏกรยาระหวางกรดแกกบเบสแกจะใชอนดเคเตอรทมชวงจดยตประมาณ 7 คอโบรโมไทมอลบล(Bromothylmol blue)

2. ปฏกรยาระหวางกรดแกกบ เบสออน จะใชอนดเคเตอรทมชวงจดยตตำากวา 7 คอเมทลออเรนจ(Methyl orange)

3. ปฏกรยาระหวางกรดออนกบ เบสแกจะใชอนดเคเตอรทมชวงจดยตสงกวา 7 คอ ฟ นอลฟทาลน(Phynalfthaline)

4. ปฏกรยาระหวางกรดแกกบออน จะใชอนดเคเตอรทมชวงจดยตทสงหรอตำากวา 7 กไดแลวแตวา กรดหรอเบสตวไหนจะแกกวากน

อนดเคเตอร (Indicator)อนดเคเตอรหมายถง สารทใชเปนตวชบอกความเปนกรดเปนเบส

ของสารละลาย อนดเคเตอรสำาหรบกรดเบส เปนสารอนทรยทมสมบตเปนกรดออน หรอเบสออน ซงเมออย ในรปของโมเลกลทไมแตกตวจะมสแตกตางจากเมอแตกตวเปนไอออน การทเปนเชนนไดขนกบ พเอชของสารละลายทเปนตวกลาง เราใชการเปลยนสของอนดเคเตอรเปนประโยชนในการบอกจดยต(end point)ของปฏกรยาการไทรเทรชน อยา งไรกตามอนดเคเตอรตางๆ มไดเปลยนสทพเอช คาเดยวกน ดงนนการเลอกใชอนดเคเตอรในการไทเทรตแตละครงจะขนอยกบชนดของกรดและเบสทใชในการไทเทรต เราใช HInแทนสตรทว ไปของอนดเคเตอรเมออยในสารละลายตวกลางจะแตกตวดงน

เกลอเปนสารประกอบไอออนกทเกดจากปฏกรยาระหวางกรดกบเบส เกลอเปนสารอเลกโทรไลตทแตกตวเปนไอออน ในสารละลายทมนำา เปนตวทำาละลาย บางกรณเกลอสามารถทำา ปฏกรยากบ นำา ไดเรยกวา ไฮโดรไลซสของเกลอ (salt hydrolysis) ซงหมายถง ปฏกรยาระหวางไอออนลบ และหรอ ไอออนบวกของเกลอกบ นำา จากปฏกรยาไฮโดรไลซสของเกลอมกมผลตอความเปนกรดเปนเบสของสารละลาย ซงจะพจารณาไดดงน

1. เกลอทใหสารละลายเปนกลางเกลอทใหสารละลายทเปนกลางจะเกดจากปฏกรยาระหวางกรดแกกบ เบสแก ซงแตกตวในสารละลายทมนำาเปนตวทำาละลายไดอยางสมบรณหรอเกดจากกรดออนและเบสออนทมคาคงทการแตกตว (Ka, Kb) เทาๆกนมความสามารถในการแตกตวไดพอๆกนเมอปฏกรยาเกดอยางสมบรณ ณ สภาวะสมดลจะไดสารละลายทมฤทธเป นกลางม pH เทากบ 7

เกลอ

2. เกลอทใหสารละลายเบสเกลอทสารละลายเปนเบสจะเกดจากปฏกรยาระหวางกรดออนกบ เบสแกในสารละลายนำา ซงเบสแกแตกตวไดหมดอยางสมบรณและกรดออนแตกตวไดนอย และสามารถเกดปฏกรยากบ นำา (ไฮโดรไลซส) ไดดงตวอยาง

Na+ ชอบอยอยางอสระ โดยมนา ลอมรอบ สวน CH3COO-ซงเปนคเบสของกรดออนซง CH3COOH สามารถเกดปฏกรยาไฮโดรไลซสไดดงสมการ

เมอปฏกรยาสนสดอยางสมบรณณ สภาวะสมดลจะไดส ารละลายทมสมบตเปนเบส เนองจากมOH- เหลออยในสารละลาย

3. เกลอทใหสารละลายกรดเกลอเหลานเกดจากปฏกรยาระหวางเบสออนกบกรดแกในสารละลายทมนำาเปนตวทำาละลายซงกรดแกแตกตวไดหมดสมบรณแตเบสออนแตกตวไดนอยและสามารถเกดปฏกรยาไฮโดรไลซสกบนำาไดดงตวอยาง

Cl- ชอบอยอยางอสระโดยมนำาลอมรอบในขณะท NH+4 สามารถเกดปฏกรยาไฮโดรไลซสกบนำาไดดงสมการ

เมอปฏกรยาสนสดอยางสมบรณ ณ สถานะสมดลจะไดสารละลายมสมบตเปนกรด เนองจากมH+ เหลออยในสารละลาย

4. เกลอททงไอออนบวกและไอออนลบเกดไฮโดรไลซสเกลอประเภทนเกดจากปฏกรยาระหวา งกรดออนและเบสออน ในสารละลายทมนำาเปนตวทำาละลาย ซงทงไอออนบวกและไอออนลบของเกลอเหลานเกดไฮโดรไลซสไดทงคอยางไรกตามสารละลายของเกลอเหลานจะแสดงสมบตเปนกรด หรอเบสหรอเปนกลางขนอยกบความสามารถในการแตกตวของกรดออน (Ka)และเบสออน(Kb) ทเกยวของ ซงพจารณาได 2 กรณดงน 1) ถาคา Kb มากกวา Ka นนหมายความวา เบสออนแตกตวไดดกวา กรดออน สารละลายทไดจะมสมบตเปน 2) ถาคา Kb นอยกวา Ka นน หมายความวา เบสแตกตวไดนอยกวากรด สารละลายทไดจะมสมบตเปนกรดเพราะไอออนบวกเกดไฮโดรไลซสไดมากกวาไอออนลบ ณ สภาวะสมดลจะมH+มากกวา OH-สารละลายจงมสมบตเปนกรด

เมอสำารอยในสภาพละลายในนำาสามารถเปนตวนำากระแสไฟฟาไดเรยกสารนนวา อเลกโทรไลต(electrolyte) ในทางตรงกนขามถาสารละลายนนไมนำา กระแสไฟฟาเรยกสารนนวา นอนอเลกโทรไลต(non electrolyte) ทดสอบโดยการนำาสารทตองการทราบนน ใหอยในสภาพสารละลายแลวนำาไปใสภาชนะทมอเลกโทดสองอนจมอยตรงอเลกโทดทงสองมลวดตอไปยงเครองกำาเนดไฟฟาและหลอดไฟฟามาตรฐาน ถาสารละลายเปนตวนำาไฟฟา หลอดไฟฟามาตรฐานจะสวางขน (เปนอเลกโทรไลต) แตถาหลอดไฟฟามาตรฐานไมสวา งแสดงวาสารละลายนนไมนำา ไฟฟา (เปนนอนอเลกโทรไลต)

สารละลายอเลกโทรไลต (Electrolyte)