RMUTP Acid-Base and Complex Equilibria

เอกสารประกอบการสอน รายวชาเคมวเคราะห เรยบเรยงโดย ผชวยศาสตราจารย ดร.วรวทย จนทรสวรรณ คณะวทยาศาสตรและเทคโนโลย มหาวทยาลยเทคโนโลยราชมงคลพระนคร อเมล [email protected]

บทท 5 สมดลกรด-เบส และสมดลไอออนเชงซอน

(Acid-Base and Complex Equilibria) นยามกรด-เบส 1) นยามของอารเรเนยส

ในป ค.ศ.1887 อารเรเนยส (Svante A. Arrhenius) นกเคมชาวสวเดนใหนยามของกรด-เบส ดงน กรด หมายถง สารทละลายนาแลวสามารถแตกตวใหไฮโดรเจนไอออน (H+) เชน HCl,

H2SO4 และ HNO3 ดงปฏกรยา HCl(aq) H+(aq) + Cl-(aq) HNO3(aq) H+(aq) + NO3

-(aq)

หมายเหต H+ หรอ โปรตอน คอสปชสทแสดงความเปนกรด เบส หมายถง สารทเมอละลายนาแลวแตกตวใหไฮดรอกไซดไอออน (OH-) เชน NaOH,

KOH, Ca(OH)2 และ Ba(OH)2 ดงปฏกรยา NaOH(aq) Na+(aq) + OH-(aq)

Ca(OH)2(aq) Ca2+(aq) + 2OH-(aq)

หมายเหต OH- คอสปชสทแสดงความเปนเบส นยามของอารเรเนยสมขอจากด คอ

1) สารทมสมบตเปนกรดและเบส จะตองละลายนาไดเทานน ในความเปนจรงปฏกรยาเคมไมจาเปนตองเกดขนในตวทาละลายนา

2) สารบางตวไมมหม OH เปนองคประกอบในโมเลกล แตมสมบตเปนเบส เชน NH3

สปชสทแสดงความเปนกรดของสารคอ H+ หรอ โปรตอน ซงในความเปนจรง H+ ไมสามารถอยเปนสปชสอสระในสารละลายนา จงรวมตวกบ H2O เปน H3O+ เรยกวา ไฮโดรเนยมไอออน ทมความเสถยรมากกวา โดยทวไป H+ จะม H2O หอมลอม เรยกวา ไฮเดรตไอออน (hydrate ion) โดยจานวนโมเลกลของนาทหอมลอมมประมาณ 4-6 โมเลกล เชน H5O2

+ และ H9O4+ ดงภาพท 7.00 ดงนน ใน

การศกษาเกยวกบสมบตกรด-เบส สปชสทใชแสดงความเปนกรดของสารจะแสดงเปน H+ เพอใหงายตอการทาใหสมการสมดลและการคานวณคา แตมบางสวนทแสดงเปน H3O+ เพอแสดงสมการเคมทสมบรณ

2 | เคมวเคราะห

ภาพท 5.1 โครงสรางไฮโดรเนยมไอออนชนด H5O2

+ และ H9O4+

2) นยามของเบรนสเตดและลาวร

ในป ค.ศ.1923 เบรนสเตด (Johannes Nicolaus Bronsted) นกเคมชาวเดนมารก และลาวร (Thomas Martin Lowry) นกเคมชาวองกฤษ ไดศกษาการใหและรบ H+ ของสาร เพออธบายและจาแนกกรด-เบสไดกวางขน ไดใหนยาม ดงน

กรด หมายถง สารทให H+ แกสารอน เบส หมายถง สารทรบ H+ จากสารอน

ในการพจารณาสมบตกรด-เบสตามนยามเบรนสเตดและลาวร จะตองพจารณาสองสวนควบคกน คอ สารทเปนกรดหรอเบส และสปชสทมการเปลยนแปลงวาม H+ เพมขน หรอลดลง เชน

HCl + H2O H3O+ + Cl- กรด1 เบส2 กรด2 เบส1

HCl เปนกรด (ดไดจากสปชสทเปลยนแปลงไปซงจะเหลอเพยง Cl- แสดงวา HCl สญเสย H+ ไป) ในขณะท H2O จะเปนเบส เนองจากรบ H+ มาจาก HCl (ดไดจากสปชสทเปลยนแปลงไปเปน H3O+) และเมอพจารณาปฏกรยายอนกลบ H3O+ จะเปนกรด และ Cl- เปนเบส

NH4

+ + H2O H3O+ + NH3

กรด1 เบส2 กรด2 เบส1

NH4+ เปนสารทให H+ ดงนน NH4

+ จงเปนกรด สวน H2O เปนสารทรบ H+ ดงนน H2O จงเปนเบส เมอเกดปฏกรยายอนกลบ H3O+ เปนกรดสวน NH3

เปนเบสซงอธบายไดเชนเดยวกน NH3 + H2O NH4

+ + OH- เบส1 กรด2 กรด1 เบส2

NH3 เปนเบสจะรบ H+ จาก H2O ซงเปนกรด แลว NH3 กลายเปน NH4+ ซงเปนกรดสาหรบ

ปฏกรยายอนกลบ และ OH- เปนเบสสาหรบปฏกรยายอนกลบ

สมดลกรด-เบสและสมดลไอออน | 3

จากนยามของเบรนสเตดและลาวร จะเหนวาในปฏกรยาหนงๆ จะมตวใหและตวรบ H+ เสมอ สารทเปนกรดเมอแตกตวให H+ แกสารอนไป สปชสทเหลอจะเปนเบส (จะสามารถรบ H+ ไดในปฏกรยายอนกลบ) สวนสารทเปนเบสเมอรบ H+ แลวจะเปลยนไปเปนกรด (จะสามารถให H+ ไดในปฏกรยายอนกลบ) จงเรยกกรดและเบสคดงกลาววา คกรด-เบส (conjugated acid-base)

จากปฏกรยาระหวางกรดกบเบสจะเหนวาในปฏกรยาหนงๆ อาจจะจดคกรด-เบสได 2 คดวยกน

กลาวคอ กรดเมอให H+ แลวจะไดสารทเปนคเบส (conjugated base) เชน HCl เปนกรดเมอให H+ เหลอสปชสเปน Cl- (เรยก Cl- เปนคเบสของกรด HCl)

NH4

+ + H2O H3O+ + NH3 กรด1 เบส2 กรด2 เบส1

ปฏกรยานเมอพจารณาปฏกรยาไปขางหนา NH4+ ทาหนาทเปนกรด เพราะให H+ แก H2O แลวส

ปชสทเปลยนแปลงไดเปน NH3 ในขณะท H2O รบ H+ จงเปนเบส (ดไดจากแลวสปชสทเปลยนแปลงไดเปน H3O+) และเมอพจารณาจากปฏกรยายอนกลบ สรปไดวา H3O+ เปนกรดเพราะให H+ กบ NH3 ซงเปนเบสแลวได H2O และ NH4

+ ตามลาดบ เรยก NH4

+ วา คกรดของ NH3 (เบส) H2O วา คเบสของ H3O+ (กรด) NH3 วา คเบสของ NH4

+ H3O+ วา คกรดของ H2O

จะเหนไดวา คกรด-เบส นนจะมจานวน H+ ตางกน 1 ตว หรออาจกลาวไดวาจานวน H+ ของคกรดจะมากกวา H+ คเบสอย 1 ตวเสมอ ตวอยาง 5.1 เขยนปฏกรยากรดแอซตก (CH3COOH) แตกตวในนาและบอกคกรด-เบส

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

คกรดของ H2O คอ H3O+ คเบสของ CH3COOH คอ CH3COO- คกรดของ CH3COO- คอ CH3COOH คเบสของ H3O+ คอ H2O

คกรด-เบส

คกรด-เบส


ตวอยาง 5.2 เขยนปฏกรยาการแตกตวของสารตอไปนใหสมบรณ 1) H3PO4 H+ + H2PO4

- 2) H2PO4

- H+ + HPO42-

3) HSO4- + OH- SO4

2- + H2O 4) NaHCO3 + H2O NaCO3

- + H3O+ ตวอยาง 5.3 จากปฏกรยาตอไปน บอกคกรด-เบส

HCN + H2O CN- + H3O+ คกรดของ H2O คอ H3O+ คเบสของ HCN คอ CN-

H2CO3 HCO3- + H+ คกรดของ HCO3

- คอ H2CO3 HCO3

- CO32- + H+ คเบสของ HCO3

- คอ CO32-

HCOOH H+ + HCOO- คเบสของ HCOOH คอ HCOO- สารบางชนดสามารถเปนไดทงกรดและเบส เรยกวา สารแอมพโปรตก (amphiprotic) หรอแอมโฟ

เทอรก (amphoteric) เชน H2O, CH3COOH และ NH3 โดยสารแอมพโปรตกจะมสมบตเปนกรดหรอเบสขนกบทาหนาทใหหรอรบ H+ ในปฏกรยานนๆ เชน กรณของ H2O ให H+

NH4

+ + H2O H3O+ + NH3

รบ H+

ให H+

H2O + NH3 NH4

+ + OH-

รบ H+

ในปฏกรยาขางตน H2O ทาหนาทเปนกรดเมอทาปฏกรยากบ NH3 เนองจากรบ H+ สวนอกปฏกรยา H2O ทาหนาทเปนเบสเมอทาปฏกรยากบ NH4

+ เนองจากให H+

นยามกรด-เบสของเบรนสเตดและลาวร จะอธบายไดกวางขวางกวาของนยามของอารรเนยส แตมขอจากดคอ สารทจะทาหนาทเปนกรดไดนนจะตองม H เปนองคประกอบในสตรเคม และตองแตกตวให H+ แกสารอนไดดวย ดงนนถาสารใดสารหนงไมสามารถให H+ ไดจะไมจดเปนกรดตามนยามของเบรนสเตดและลาวร ซงในความจรงแลวยงมสารบางชนดทไมม H เปนองคประกอบในสตรเคม หรอไมแตกตวให H+ แกสารอน แตยงคงมสมบตเปนกรด


ตารางท 5.1 คกรด-คเบสและความแรงของคกรด-คเบส คกรด คเบส กรดเปอรคลอรก HClO4 เปอรคลอเรตไอออน ClO4

- กรดไฮโดรไอโอดก HI ไอโอไดดไอออน I- กรดไฮโดรโบรมก HBr โบรไมดไอออน Br- กรดไฮโดรคลอรก HCl คลอไรดไอออน Cl- กรดไนตรก HNO3 ไนเตรตไอออน NO3

- กรดซลฟวรก H2SO4 ไฮโดรเจนซลเฟตไอออน HSO4

- ไฮโดรเนยมไอออน H3O+ นา H2O ไฮโดรเจนซลเฟตไอออน HSO4

- ซลเฟตไอออน SO42-

กรดไนตรส HNO2 ไนตรสไอออน NO2-

กรดแอซตก CH3COOH แอซเตตไอออน CH3COO- กรดคารบอนก H2CO3 ไบคารบอเนตไอออน HCO3

- แอมโมเนยมไอออน NH4

+ แอมโมเนย NH3

ไบคารบอเนตไอออน HCO3- คารบอเนตไอออน CO3

2- นา H2O ไฮดรอกไซดไอออน OH- เมทานอล CH3OH เมทอกไซดไอออน CH3O- แอมโมเนย NH3 เอไมดไอออน NH2

-

3) นยามของลวอส ในป ค.ศ.1938 ลวอส (Gilbert Newton Lewis) นกเคมชาวอเมรกนไดใหนยามเกยวกบกรด-เบสท

เกยวของกบการใหและรบคอเลกตรอนระหวางสารทเปนกรดและเบส คอ กรด หมายถง สารทสามารถรบคอเลกตรอนจากสารอน เรยกวา กรดลวอส (Lewis acid) เบส หมายถง สารทสามารถใหคอเลกตรอนแกสารอน เรยกวา เบสลวอส (Lewis base)

คอเลกตรอน หมายถง เวเลนซอเลกตรอนสองตวทไมไดใชในการสรางพนธะ หรอทเรยกวา อเลกตรอนคโดดเดยว (lone pair electron) พนธะทเกดขนระหวางกรดลวอสและเบสลวอส ตามนยามของลวอสเปนพนธะโคออรดเนตโคเวเลนซ (coordinate covalent bond) เชน สาร B มอเลกตรอนคโดดเดยวเหลออยางนอยหนงค ในขณะท A มออรบทลวางทสามารถรบคอเลกตรอนได A + : B AB รบคอเลกตรอน ใหคอเลกตรอน

ตวอยางปฏกรยากรด-เบส ตามนยามของลวอส คอ ปฏกรยาระหวาง H+ กบ OH- H+(aq) + OH-(aq) H2O(aq)


N H

H

H

N+

HH

H H

B

F

F

F N H

H

H

B

F

F

F N

H

H

H

ตามนยามของลวอส OH- เปนเบส เรยกวา เบสลวอส เพราะทาหนาทใหคอเลกตรอนแก H+ ดงนน H+ จงเปนกรด เรยกวากรดลวอส เพราะเปนตวรบคของอเลกตรอน

ตวอยางปฏกรยาระหวาง NH3 กบ H+ H+ + NH3 NH4

+

H+ + กรดลวอส เบสลวอส

ตวอยางปฏกรยาระหวาง BF3 และ NH3 BF3 + NH3 F3B-NH3

+

กรดลวอส เบสลวอส ในทงสองกรณน NH3 เปนเบสลวอส เพราะใหคอเลกตรอนกบ H+ และ BF3 ในการเกดพนธะ

โคออรดเนตโคเวเลนซ ดงนน H+ และ BF3 จงเปนกรดลวอส เพราะสามารถรบคอเลกตรอนจาก NH3 การแตกตวของกรด-เบส

การแตกตวของกรด-เบส คอความสามารถในการแตกตวใหสปชสทแสดงความเปนกรดหรอเบสในตวทาละลายหนงๆ ในหนวยเรยนนจะอธบายเฉพาะการแตกตวของกรด-เบสในตวทาละลายนา (aqueous solvent) เทานน

การแตกตวของกรด-เบสขนอยกบปจจยสาคญ 2 ประการ คอ 1) ชนดของกรดหรอเบส 2) อทธพลของตวทาละลาย โดยตวทาละลายแบงอกเปน 2 ชนดคอ ตวทาละลายนา

(aqueous solvent) และ ตวทาละลายทไมใชนา (non-aqueous solvent) จากนยามของอารเรเนยส กรดแกจะสามารถแตกตวให H+ ไดมากกวากรดออน และเบสแกจะ

สามารถแตกตวให OH- ไดมากกวาเบสออน ในกรณทเปนกรดแกหรอเบสแก การแตกตวเปนไอออน (H+ หรอ OH-) เกดขนอยางสมบรณ ในกรณทเปนกรดออนหรอเบสออน การแตกตวเปนไอออน (H+ หรอ OH-) เกดขนอยางไม

สมบรณ ดงนน ณ ภาวะสมดล จะมทงสปชส H+ หรอ OH- ทแตกตวไป และยงคงกรดออน หรอเบสออนทแตกตวไมหมด การแตกตวกรดออนหรอเบสออนจงสามารถแสดงไดดวยคาคงทสมดลการแตกตว


1) การแตกตวของกรดแก-เบสแก กรดแก (strong acid) หมายถง กรดทสามารถแตกตวเปน H+ ไดอยางสมบรณ (100%) ซงกรดแกจะแตกตวให H+ ไดทงหมด ดงนน ความเขมขนของ H+ ทเกดจากการแตกตวจะเทากบความเขมขนเรมตนของกรดแกนน เชน

HCl(aq) H+(aq) + Cl-(aq) HNO3(aq) H+(aq) + NO3

-(aq) ดงนน [H+]แตกตว = [HCl]เรมตน

[H+]แตกตว = [HNO3]เรมตน เบสแก (strong base) หมายถง เบสทสามารถแตกตวเปน OH- ไดอยางสมบรณ (100%)

ซงเบสแกทาปฏกรยากบนาแลวแตกตวให OH- ไดทงหมด ดงนน ความเขมขนของ OH- ทเกดจากการแตกตวจะเทากบความเขมขนเรมตนของเบสแกนน เชน

NaOH(s) Na+(aq) + OH-(aq) KOH(s) K+(aq) + OH-(aq)

ดงนน [OH-]แตกตว = [NaOH]เรมตน [OH-]แตกตว = [KOH]เรมตน

2) การแตกตวของกรดออน-เบสออน

กรดออน (weak acid) หมายถง กรดทแตกตวเปน H+ ไดไมสมบรณ (<<100%) ซงกรดออนจะแตกตวให H+ ไดไมทงหมด และในระบบยงมกรดออนนนอยดวย ดงนน ความเขมขนของ H+ ทเกดจากการแตกตวของกรดออนจงนอยกวาความเขมขนเรมตนของกรดนน เชน

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

ดงนน [H+]แตกตว < [CH3COOH]เรมตน [H+]แตกตว < [COOH]เรมตน เบสออน (weak base) หมายถง เบสทแตกตวเปน OH- ไดไมสมบรณ (<<100%) ซงเบส

ออนจะแตกตวให OH- ไดไมทงหมด และในระบบยงเบสออนนนอยดวย ดงนน ความเขมขนของ OH- ทเกดจากการแตกตวของเบสออนจงนอยกวาความเขมขนเรมตนของเบสนน เชน

NH3(aq) + H2O(aq) NH4+(aq) + OH-(aq)

NH2(aq) + H2O(aq) NH3(aq) + OH-(aq) ดงนน [OH-]แตกตว < [NH3]เรมตน [OH-]แตกตว < [NH2]เรมตน


การบอกปรมาณ [H+] และ [OH-] ทเกดจากการแตกตวของกรดออนและเบสออนนยมบอกเปนรอยละเรยกวา รอยละการแตกตว ดงน

รอยละการแตกตวของกรด = x 100

รอยละการแตกตวของเบส = x 100

การคานวณรอยละการแตกตวของกรดหรอเบสไดนนจะตองรความเขมขนของ H+ หรอ OH- ทแตกตว ณ ภาวะสมดล ในการคานวณหาความเขมขน ณ ภาวะสมดล ทาไดโดยเขยนภาวะ 3 ภาวะคอ ภาวะเรมตน ภาวะเปลยนแปลง และภาวะสมดล ตวอยาง 5.4 กรด HA มความเขมขนเรมตนเทากบ 2.50 mol/L พบวาทภาวะสมดล มความเขมขนของ H+ ทแตกตวไดเทากบ 6.4x10-3 mol/L จงคานวณรอยละการแตกตว

%การแตกตวของ HA =-36.4x10 mol/L

x100 = 0.26%2.50 mol/L

ดงนน กรด HA มความเขมขนเรมตนเทากบ 2.50 mol/L แตกตวให H+ ไดเพยงรอยละ 0.26 คาคงทการแตกตวกรด-เบส

ปรมาณการแตกตวของกรดออนหรอเบสออนพจารณาไดโดยใชคาคงทสมดลทเรยกวา คาคงทการแตกตวของกรดออน (weak acid dissociation constant, Ka) และคาคงทการแตกตวของเบสออน (weak base dissociation constant, Kb)

กรณของกรดออน สมมตให HA เปนกรดออน ดงนน ปฏกรยาการแตกตวของกรดออน คอ HA(aq) A-(aq) + H+(aq)

คาคงทสมดล - +

a[A ][H ]

K = [HA]

……(5.1)

เมอ Ka = คาคงทของการแตกตวของกรดออน กรณของเบสออน สมมตให B- เปนเบสออน ปฏกรยาการแตกตวของเบสออน คอ

B-(aq) + H2O(l) HB(aq) + OH-(aq)

คาคงทสมดล -

b -

[HB][OH ]K =

[B ] ……(5.2)

เมอ Kb = คาคงทของการแตกตวของเบสออน คา Ka และ Kb บอกใหทราบวากรดออนหรอเบสออนนนแตกตวไดมากนอยเพยงใด ณ อณหภม

หนงๆ คา Ka และ Kb ของกรดออนและเบสออนบางชนด แสดงดงตารางท 7.2

ความเขมขนของ H+ ทแตกตว

ความเขมขนของกรดทงหมด

ความเขมขนของ OH- ทแตกตว

ความเขมขนของเบสทงหมด


ตารางท 5.2 คา Ka และ Kb ของกรด-เบส บางชนด กรด สตรเคม Ka เบส สตรเคม Kb แอซตก ไฮโดรไซยานก ไฮโดรฟลออรก ฟอรมก เบนโซอก เปอรคลอรก ไฮโดรคลอรก คารบอนก ไนตรส ซลฟวรก

CH3COOH HCN HF COOH C6H5COOH HClO4 HCl H2CO3 HNO2 H2SO4

1.8x10-5 4.9x10-10 7.2x10-4 1.8x10-4 6.5x10-5 สงมาก สงมาก 4.2x10-7 4.5x10-4 สงมาก

แอมโมเนย คารบอเนตไอออน ไซยาไนดไอออน ไนไตรตไอออน เอไมดไอออน ไนเตรทไอออน ซลไฟดไอออน ซลเฟตไอออน ฟลออไรดไอออน ยเรย

NH3 CO3

2- CN- NO2

- NH2

- NO3

- S2- SO4

2- F- C2H4CO

1.8x10-5

2.1x10-4 2.5x10-5 2.2x10-11 สงมาก ตามากๆ 1.0 x10 -5 8.3x10-13 1.4x10-11 1.5x10-14

หลกในการพจารณาความแรงของกรด-เบส จากคา Ka และ Kb

1) กรดออนทมคา Ka สงกวาจะแตกตวไดมากกวา และจะมความแรงมากกวากรดออนทมคา Ka ตากวา เชน CH3COOH มคา Ka=1.8x10-5 จะมความแรงมากกวา H2CO3 ทมคา Ka=4.2x10-7 หมายความวา CH3COOH จะแตกตวไดมากกวา H2CO3 ณ สภาวะเดยวดน

2) เบสออนทมคา Kb สงกวาจะแตกตวไดมากกวา และมความแรงมากกวาเบสออนทมคา Kb ตากวา เชน NH3 มคา Kb=1.8x10-5) จะมความแรงมากกวายเรย C2H4CO ทมคา Ka=1.5x10-14

3) กรดออนตางชนดกนทมความเขมขนเทากน กรดออนทมรอยละการแตกตวสงกวาจะมความแรงมากกวา สวนกรณเบสออนเปนทานองเดยวกน

4) กรดออนตางชนดกนทมความเขมขนตางกน และมรอยละการแตกตวเทากน กรดออนมความเขมขนสงกวาจะมความแรงมากกวา สวนกรณเบสออนเปนทานองเดยวกน ตวอยาง 7.5 เขยนสมการคาคงทสมดลของกรด-เบส

1. NH3(aq) + H2O(l) NH4+(aq) + OH-(aq)

+ -4

b3

[NH ][OH ]K =

[NH ]

2. HCOOH(aq) H+(aq) + HCOO−(aq) + -

a[H ][HCOO ]

K =[HCOOH]

3. NH4+(aq) NH3(aq) + H+(aq)

+3

a +4

[H ][NH ]K =

[NH ]

4. H3PO4(aq) H2PO4−(aq) + H+(aq)

+ -2 4

a3 4

[H ][H PO ]K =

[H PO ]

5. H2PO4−(aq) HPO4

2−(aq) + H+(aq) + 2-

4a -

2 4

[H ][HPO ]K =

[H PO ]


การคานวณจานวนโมลของ H+ หรอ OH- ทแตกตวจากคา Ka หรอ Kb ทาไดโดยการเขยนภาวะ 3 ภาวะคอ ภาวะเรมตน ภาวะเปลยนแปลง และภาวะสมดล ดงน

1) การคานวณจานวนโมลของ H+ ของกรดออน ในกรณนจะยกตวอยางการหาความเขมขนของ H+ จากการแตกตวของ CH3COOH โดยสมมตความเขมขนเรมตนเทากบ Ca mol/L

CH3COOH(aq) H+(aq) + CH3COO−(aq)

[ ]เรมตน Ca 0 0 [ ]เปลยนแปลง -x +x +x [ ]สมมดล Ca-x x x

+ -

3a

3

[H ][CH COO ]K = [CH COOH]

2

aa

xK = C - x

วธการประมาณคา โดยสมมตให x < Ca มากๆ (เทอม x ทเปนตวสวน สามารถตดทงได) จะได 2

aa

xK = C ……(5.3)

a ax = K C ……(5.4) ตวแปร x ในภาวะสมดล กคอ [H+] ดงนน +

a a[H ] = K C ……(5.5)

2) การคานวณจานวนโมลของ OH- ของเบสออน ในกรณนจะยกตวอยางการหาความเขมขนของ OH- จากการแตกตวของ NH3 โดยสมมตความเขมขนเรมตนเทากบ Cb mol/L NH3(aq) + H2O(l) OH-(aq) + NH4

+(aq) [ ]เรมตน Cb 0 0 [ ]เปลยนแปลง -x +x +x [ ]สมมดล Cb-x x x

- +

4b

3

[OH ][NH ]K = [NH ]

2

bb

xK = C - x

วธการประมาณคา โดยสมมตให x < Cb มากๆ (เทอม x ทเปนตวสวนสามารถตดทงได) สมการจะได


2

bb

xK = C ……(5.6)

b bx = K C ……(5.7) ตวแปร x ในภาวะสมดล กคอ [OH-] ดงนน -

b b[OH ] = K C ……(5.8) หมายเหต การคานวณโดยสมมตใหความเขมขนของกรดหรอเบสทแตกตวนอยกวาความเขมขนเรมตนมากๆ เรยกวา วธการประมาณคา ดงนน การคานวณ [H+] และ [OH-] ทของกรดออนหรอเบสออนสามารถใชสตรในสมการ (5.5) และ (5.8) โดยวธการประมาณคาจะลดขนตอนการคานวณลงและยงคงใหผลลพธทแตกตางจากคาทแทจรงเพยงเลกนอย อยางไรกตาม ถา Ca/Ka หรอ Cb/Kb นอยกวา 1000 เทา วธการประมาณคาไมสามารถใชไดในการคานวณ เพราะจะทาใหคาตอบทไดแตกตางผลลพททแทจรงมาก ดงนนจะตองใชวธกสมการกาลง ตวอยาง 5.6 จงหาคาความเขมขนของ H+ จาก HCN เขมขน 2.5 mol/L (Ka=6.4x10-10) วธคด ปฏกรยา HCN(aq) H+(aq) + CN-(aq)

จากสมการ (5.5) +a a[H ] = K C

+ -10[H ] = (6.4x10 )(2.50) = 4.0x10-5 ดงนน ความเขมขนของ H3O+ ทแตกตวเทากบ 4.0x10-5 mol/L

ตวอยาง 5.7 จงหาคาความเขมขนของ OH- จาก NH3 เขมขน 2.5 mol/L (Kb=1.8x10-5) วธคด ปฏกรยา NH3(aq) + H2O(l) NH4

+(aq) + OH-(aq) จากสมการ (5.8) -

b b[OH ] = K C - -5[OH ] = (1.8x10 )(2.50) = 6.7x10-3

ดงนน ความเขมขนของ OH- ทแตกตวเทากบ 6.7x10-3 mol/L


HO

H HO

H HO

+

H H

O H

การแตกตวเปนไอออนของน า นาบรสทธเปนสารอเลกโทรไลตทแตกตวไดเอง เปนไดทงกรดและเบส ซงปรากฏการณทนาแตก

ตวไดเองเรยกวา autoprotolysis หรอ self-ionization และคาคงทสมดลของการแตกตวเปนไอออนของนา (autoionization of water) เขยนดวย Kw

ปฏกรยาการแตกตวเปนไอออนของนา คอ H2O(l) + H2O(l) H3O+(aq) + OH-(aq) หรอ H2O(l) H+(aq) + OH-(aq)

+

กรด1 เบส2 กรด2 เบส1 คาคงทสมดลของการแตกตวเปนไอออนของนา เขยนไดเปน

+ -wK = [H ][OH ] ......(5.9)

ทอณหภม 25C -14

wK = 1.0x10 ......(5.10) ดงนน + - -14[H ][OH ] = 1.0x10 ......(5.11) เนองจากนาบรสทธเปนกลาง ([H+]=[OH-]) สมการ (5.11) เมอสมมตให [OH-]=[H+] เขยนไดเปน

+ 2 -14[H ] = 1.0x10 ......(5.12) + -7[H ] = 1.0x10 ......(5.13)

จากสมการ (7.13) สรปไดวา สารละลายกรด [H+] > 1.0x10-7 mol/L สารละลายทเปนกลาง [H+] = [OH-] = 1.0x10-7 mol/L สารละลายเบส [H+] < 1.0x10-7 mol/L จากความสมพนธของคา Kw สามารถคานวณ [H+] หรอ [OH-] ได ถารคาใดคาหนง ดงน

-14+

-

1.0x10[H ] =

[OH ] ......(5.14)

และ -14

-+

1.0x10[OH ] =

[H ] ......(5.15)

การแตกตวของกรดโพลโปรตก

กรดโพลโปรตก (polyprotic acid) หรอกรดหลายโปรตอน คอกรดบางชนดทในหนงโมเลกลสามารถแตกตวให H+ ไดมากกวาหนงตว กรดโพลโปรตกทพบมาก ประกอบดวย


1) กรดสองโปรตอน (diprotic acid) คอกรดทแตกตวให H+ ไดสองครง เชน H2SO3, H2SO4, H2CO3 และ H2S

2) กรดสามโปรตอน (triprotic acid) คอกรดทแตกตวให H+ ไดสามครง เชน H3PO4 การแตกตวของกรดโพลโปรตกเกดขนทละขน แตละขนจะแตกตวให H+ ขนละหนงตว ดงนน กรด

โพลโปรตกจงมคา Ka ไดมากกวาหนงคา มกแทนดวย Ka1, Ka2, Ka3 สาหรบการแตกตวขนทหนง ขนทสองและขนทสาม ตามลาดบ

เชน H2CO3 มการแตกตว 2 ขน คอ

H2CO3(aq) H+(aq) + HCO3-(aq)

+ -3 -7

a12 3

[H ][HCO ]K = =4.6x10

[H CO ]

HCO3-(aq) H+(aq) + CO3

2-(aq) + 2-

3 -11a2 -

3

[H ][CO ]K = =5.6x10

[HCO ]

เชน H3PO4 มการแตกตว 3 ขน คอ

H3PO4(aq) H+(aq) + H2PO4-(aq)

+ -2 4 -3

a13 4

[H ][H PO ]K = =7.5x10

[H PO ]

H2PO4-(aq) H+(aq) + HPO4

2-(aq) + 2-

4 -8a2 -

2 4

[H ][HPO ]K = =6.2x10

[H PO ]

HPO42-(aq) H+(aq) + PO4

3-(aq) + 3-

4 -12a3 2-

4

[H ][PO ]K = =2.2x10

[HPO ]

ขอสงเกต ในการแตกตวของกรดโพลโปรตกในขนทสองจะมคาคงทการแตกตว (Ka2) นอยกวาการแตกตวในขนแรกเสมอ ทงนเพราะในขนทสอง H+ จะตองแยกจากไอออนทมประจลบยอมตองมแรงดงดดระหวางไอออนทงสอง ถาคดโดยประมาณอาจกลาวไดวา H+ ทงหมดในสารละลายมาจากการแตกตวในขนแรก คาคงทของการแตกตวแตละขนของกรดโพลโปรตก แสดงดงตารางท 5.3 ตารางท 5.3 การแตกตวของกรดโพลโปรตกบางชนดท 25C

กรด สตรเคม Ka1 Ka2 Ka3 แอสคอรบก H2C6H6O6 8.0x10-5 1.6x10-12 คารบอนก H2CO3 4.3x10-7 5.6x10-11 ซตรก H3C6H5O7 7.4x10-4 1.7x10-5 4.0x10-7 ออกซาลก H2C2O4 5.9x10-2 6.4x10-5 ฟอสฟอรก H2PO4 7.5x10-3 6.2x10-8 ซลฟวรส H2SO3 1.7x10-2 6.4x10-8 4.2x10-13 ซลฟวรก H2SO4 มาก 1.2x10-2 ทารทารก H2C4H4O6 1.0x10-3 4.6x10-5


ตวอยาง 5.8 จงคานวณหาความเขมขนของ H+ ในสารละลาย CH3COOH เขมขน 0.10 mol/L และคานวณหารอยละการแตกตวของกรด CH3COOH (Ka=1.8x10-5) วธคด คานวณหา [H+] โดยพจารณาจากคาคงทสมดลของกรดออน

CH3COOH 0.10 mol/L สมมตใหแตกตวเปน H+ เทากบ x mol/L CH3COOH(aq) H+(aq) + CH3COO-(aq)

[ ]เรมตน 0.10 0 0 [ ]เปลยนแปลง -x +x +x [ ]ทสมดล 0.10-x x x

คาคงทสมดลคอ

+ -

a3

[H ][CHCOO ]K =

[CH COOH]

แทนคา 2

-5 x1.8x10 =

(0.10 - x)

x2 = (1.8x10-5)(0.10 - x) รปสมการทไดจะเปนสมการกาลงสอง (quadratic equation) เขยนไดเปน

x2 + (1.8x10-5)x – (1.8x10-6) = 0 จากการแกสมการกาลงสอง เพอหาตวแปร x ในสมการกาลงสองตองใชสตร คอ

2-b ± b - 4ac

x = 2a

……(5.16)

-5 -5 2 -6- (1.8x10 ) ± (1.8x10 ) + 4(1.8x10 )

x = 2

x =1.33x10-3 mol/L ตวแปร x คอ [H+] ดงนน [H+] =1.33x10-3 mol/L

รอยละการแตกตวของกรด = -31.34x10

x1000.10

= 1.34%

หมายเหต การคานวณโดยการแกสมการกาลงสองคอนขางยงยากมาก เพอใหการคานวณสะดวกและรวดเรวขน โดยยงคงไดตวเลขคาตอบทไมแตกตางจากคาตอบทแทจรงอยางมนยสาคญ การคานวณโดยวธประมาณคาโดยถอวากรดทแตกตวไปไดนอยมากๆ เมอเทยบกบความเขมขนเรมตน ดงนน ตวแปร x มคานอยมากๆ จนทาใหเทอม 0.10 - x ทภาวะสมดลมคาไมตางจากความเขมขนเรมตน (0.10 mol/L) มากนก ดงนนจงสมมตให x นอยกวา 0.10 มากๆ ซงจะเขยนคาคงทสมดลใหมไดเปน

1.8x10-5 = 2x

(0.10)

x2 = (1.8x10-5)(0.10)


x = 1.34x10-3 mol/L ซงจะเหนวาคา x หรอ [H+] ทไดโดยวธการประมาณคา มคาใกลเคยงกนมากกบคาทไดจากการ

แกสมการกาลงสอง ทได x=1.33x10-3 mol/L อยางไรกตาม การคานวณโดยวธประมาณคาอาจตองพจารณาอตราสวนระหวางความเขมขน

เรมตนของกรด (Ca) หรอเบส (Cb) กบคา Ka หรอ Kb ตามลาดบ โดยถา Ca/Ka > 1000 เทา หรอ Cb/Kb > 1000 เทา จงสามารถคานวณโดยวธประมาณคาได (คอ x ทบวกอยหรอลบอยตดทงได) แตถา Ca/Ka < 1000 เทา หรอ Cb/Kb < 1000 เทา การคานวณหา [H+] หรอ OH- ไมอาจใชวธประมาณคาได จาเปนตองแกสมการกาลงสองโดยอาศยสมการ (5.16)

ตวอยาง 5.9 จงหา [H+] ของ COOH เขมขน 0.0010 mol/L (Ka=1.8x10-4) วธคด COOH(aq) H+(aq) + COO-(aq)

[ ]เรมตน 0.0010 0 0 [ ]เปลยนแปลง -x +x +x [ ]ทสมดล 0.0010-x x x

สมการคาคงทสมดล + -

a[H ][COO ]

K =[COOH]

แทนคา 2

-4 x1.8x10 =

(0.0010 - x)

เนองจาก Ca/Ka<1000 เทา จงคดคาโดยวธประมาณคาไมได ดงนนตองคดหาคา x โดยใชการแก

สมการกาลงสอง จากสมการกาลงสอง x2 + (1.8x10-4)x – 1.8x10-7 = 0

จากสมการกาลงสอง

-4 -4 2 -7- (1.8x10 ) ± (1.8x10 ) + 4(1.8x10 )

x = 2

x = 3.25x10-3 จากตวแปร x คอ [H+] ดงนน [H+] = 3.25x10-3 mol/L

จากตวอยาง 5.9 สมมตการคานวณโดยใชวธประมาณคา โดยสมมตให x นอยกวา 0.0010

มากๆ จะไดเปน

2

-4 x1.8x10 =

(0.0010)

x = 4.24x10-4


จะเหนไดวา [H+] ทไดจากวธประมาณคาและการแกสมการกาลงสองแตกตางกนประมาณ 10 เทา

ตวอยาง 5.10 จงคานวณรอยละการแตกตวและคาคงทสมดล (Kb) ของสารละลาย NH3 0.10 mol/L แตกตวให NH4

+ และ OH- อยางละ 1.5x10-3 mol/L วธคด

รอยละการแตกตวของเบส = x 100

= -31.5x10

x1000.10

= 1.5%

ดงนน NH3 0.10 mol/L สามารถแตกตวไดเพยงรอยละ 1.5 ปฏกรยาการแตกตว NH3(aq) + H2O(l) NH4

+(aq) + OH-(aq) [ ]เรมตน 0.10 0 0 [ ]เปลยนแปลง -1.5x10-3 1.5x10-3 1.5x10-3 [ ]ทสมดล 0.10-(1.5x10-3) 1.5x10-3 1.5x10-3

+ -4

b3

[NH ][OH ]K =

[NH ]

-3 -3

b -3

(1.5x10 )(1.5x10 )K =

0.10-(1.5x10 ) = 2.28x10-5

ความสมพนธระหวางคา Ka, Kb และ Kw

พจารณาคกรด-เบส NH4+-NH3

คกรด NH4+(aq) NH3(aq) + H+

+3

a +4

[NH ][H ]K =

[NH ]

คเบส NH3(aq) + H2O(l) NH4+(aq) + OH-(aq)

+ -4

b3

[NH ][OH ]K =

[NH ]

+ + -3 4

a b +34

[NH ][H ] [NH ][OH ]K K =

[NH ][NH ]

……(5.17)

KaKb = [H+][OH-] ……(5.18) จาก Kw = [H+][OH-] ดงนน Kw = KaKb ……(5.19)

[OH-]ทแตกตว [NH3]


ตวอยาง 5.11 คา Ka ของ CH3COOH เทากบ 1.8x10-5 จงหาคา Kb ของคเบส CH3COO- วธคด จากสมการ (5.19) Kw = KaKb

Kb = -14

-5

1.0x101.8x10

= 5.55x10-10

ดงนน คา Kb ของคเบส CH3COO- เทากบ 5.55x10-10 คา pH

ความเขมขนของ H+ และ OH- ซงเปนสปชสบอกถงความเปนกรดหรอเบสในสารละลายมระดบความเขมขนทตาจงนยมเขยนอยรปของเลขยกกาลงทตดเครองหมายลบ เชน 0.000010 mol/L เขยนเปน 1.0x10-5 mol/L เปนตน

ตวอยางสารละลาย 0.10 mol/L HCl จะมความเขมขนของ H+ เทากบ 1.0x10-1 mol/L และความเขมขนของ OH- อยเทากบ 1.0x10-13 mol/L หรอในสารละลาย 0.10 mol/L NaOH จะม [H+] เทากบ 1.0x10-13 mol/L เพอความสะดวกจงใชคา pH แทนตวเลขความเขมขนของ H+ โดยใหคาจากดความของ pH วาเปนฟงกชนลอการทม (logarithmic function) ของ [H+] และเพอใหคาทไดเปนคาบวกตลอดมาตราวด จงกาหนดให pH เปนคา –logarithm

ในป ค.ศ.1909 ซอเรนเซน (Soren Peter Lauritz Sorensen) ไดเสนอวธการเปลยนคาความเขมขนของ H+ และ OH- โดยวธ p-function เปน pH และ pOH ตามลาดบ ดงน

pH = - log[H+] ……(5.20) และ pOH = - log[OH-] ……(5.21)

สารละลายกรด [H+] > 1.0x10-7 mol/L จะมคา pH <7 สารละลายทเปนกลาง [H+] = [OH-] = 1.0x10-7 mol/L จะมคา pH =7 สารละลายเบส [H+] < 1.0x10-7 mol/L จะมคา pH >7 ในทานองเดยวกบ pH สามารถทา p-function กบคา Ka และ Kb จะได

pKa = - logKa ……(5.22) pKb = - logKb ……(5.23)

และเมอทา p-function กบคา Kw จะเขยนไดเปน pKw = - logKw = 14 ……(5.24)

จาก Kw = [H+][OH-] เมอทา –log ทงสองขาง จะได

-logKw = -log[H+] -log[OH-] ……(5.25) pKw = pH + pOH ……(5.26)

ดงนน pH + pOH =14 ……(5.27)

จากสมการ (5.20) และ (5.21) สามารถคานวณ [H+] และ [OH-]


[H+] = 10-pH ……(5.28) [OH-] = 10-pOH ……5.29)

ตวอยาง 5.12 จงคานวณหา pH ของสารละลาย HCl เขมขน 0.0020 mol/L วธคด HCl เปนกรดแก ดงนน [H+] = 2.0x10-3 mol/L pH = - log[H+] = - log 2.0x10-3 = 3 – log 2.0 = 2.7 ตวอยาง 5.13 จงคานวณหา pH ของสารละลาย NaOH เขมขน 5.0x10-4 mol/L วธคด เนองจาก NaOH เปนเบสแก ดงนน [OH-] = 5.0x10-4 mol/L NaOH pOH = - log 5.0x10-4 = 3.30 pH = 14 – pOH = 10.7 ตวอยาง 5.14 จงคานวณหาเขมขนของ H+ และ OH- ในสารละลายทม pH=4.4 วธคด pH = - log[H+] = 4.4

[H+] =10-4.4 = 4.0x10-5 mol/L จาก Kw = [H+][OH-] = 1.0x10-14

[OH-] = -14

-5

1.0x104.0x10

= 2.5x10-10 mol/L ปฏกรยาไฮโดรไลซส

ไฮโดรไลซส (hydrolysis) คอปฏกรยาระหวางเกลอกบนา ปฏกรยาไฮโดรไลซสจดเปนปฏกรยายอนกลบของปฏกรยาสะเทน

ปฏกรยาสะเทน กรด + เบส เกลอ + นา ……(5.32)

ไฮโดรไลซส ไฮโดรไลซสของเกลอ ทาใหสารละลายของเกลอนนมสมบตเปนกรดออนหรอเปนเบสออน เพราะ

ไอออนบวกหรอไอออนลบทแตกตวออกจากเกลอ เมอเปนสารละลายไปทาปฏกรยากบนาแลวสามารถให H+ หรอ OH- ได สมบตความเปนกรด-เบสของสารละลายเกลอ จงขนอยกบไอออนบวกและไอออนลบในสารละลายทาปฏกรยานา ดงนน คา pH ของเกลอขนอยกบการแตกตวให H+ หรอ OH-


เมอนาเกลอ CH3COONa (เกลอทเกดจากกรดออน-เบสแก) ไปละลายนาจะแตกตวให Na+ และCH3COO- จากนน CH3COO- สามารถเกดไฮโดรไลซสกบนา เกดเปน OH- ขน ทาใหสารละลายทไดมสมบตเปนเบส สวน Na+ ไมเกดปฏกรยาไฮโดรไลซส

H2O CH3COONa(s) Na+(aq) + CH3COO-(aq) CH3COO-(aq) + H2O(l) CH3COOH(aq) + OH-(aq) Na+(aq) + H2O(l) ไมเกดไฮโดรไลซส

เมอนาเกลอ NH4Cl (เกลอทเกดจากกรดแก-เบสออน) มาละลายนาจะแตกตวเปน NH4

+ และ Cl- พบวา NH4

+ สามารถเกดไฮโดรไลซสกบนาเกด H3O+ ขน ทาใหสารละลายทไดมสภาพเปนกรด สวน Cl- ไมเกดปฏกรยาไฮโดรไลซส

H2O

NH4Cl(s) NH4+(aq) + Cl-(aq)

NH4+(aq) + H2O(l) NH3(aq) + H3O+(aq)

Cl-(aq) + H2O(l) ไมเกดไฮโดรไลซส

เมอนาเกลอ NaCl (เกลอทเกดจากกรดแก-เบสแก) มาละลายนาจะแตกตวได Na+ และ Cl- เกดขน ทง Na+ และ Cl- ไมสามารถเกดปฏกรยาไฮโดรไลซส สารละลายทไดมสภาพเปนกลาง เนองจากการแตกตวเปนไอออนของนา

NaCl(s) Na+(aq) + Cl-(aq) Na+(aq) + H2O(l) ไมเกดไฮโดรไลซส Cl-(aq) + H2O(l) ไมเกดไฮโดรไลซส

จากตวอยางของเกลอ CH3COONa, NH4Cl และ NaCl สามารถสรปคา pH ทจดสมมลไดวา

1) เกลอทไดจากกรดแก-เบสแก นาไปละลายนาจะไดสารละลายทเปนกลาง (ไมเกดไฮโดรไลซส) 2) เกลอทไดจากกรดแก-เบสออน นาไปละลายนาจะไดสารละลายทเปนกรด 3) เกลอทไดจากกรดออน-เบสแก นาไปละลายนาจะไดสารละลายทเปนเบส 4) เกลอทไดจากกรดออน-เบสออน สารละลายทไดอาจเปนไดทงกรด เบส หรอกลาง

คาคงทสมดลของปฏกรยาไฮโดรไลซส

เกลอทสามารถเกดไฮโดรไลซสได ณ ภาวะสมดล สามารถเขยนคาคงทสมดลของการเกดไฮโดรไลซส เชน การเกดไฮโดรไลซสเกลอทเกดจากกรดออน-เบสแก เชน CH3COONa

ปฏกรยาการแตกตวของเกลอ CH3COONa(s) Na+(aq) + CH3COO-(aq) ปฏกรยาไฮโดรไลซส CH3COO-(aq) + H2O(l) CH3COOH(aq) + OH-(aq)


คาคงทสมดล

-

3h -

3

[CH COOH][OH ]K =

[CH COO ] ……(5.33)

เมอ Kh = คาคงทสมดลของปฏกรยาไฮโดรไลซส

สมการ (5.33) ถานา [H+] คณทงเศษและสวน จะได

- +3

h - +3

[CH COOH][OH ][H ]K =

[CH COO ][H ] ……(5.34)

3 wh - +

3

[CH COOH] KK =

[CH COO ][H ] ……(5.35)

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

- +3

a3

[CH COO ][H ]K =

[CH COOH] ……(5.36)

จากสมการ (5.36) 3

- +a 3

1 [CH COOH]=

K [CH COO ][H ] ……(5.37)

แทนสมการ (5.37) ลงในสมการ (5.35) จะได w

ha

KK =

K ……(5.38)

ในทานองเดยวกน เกลอของกรดแก-เบสออน สามารถเกดไฮโดรไลซสได และมคาคงทสมดลไฮโดรไลซสเปน

w

hb

KK =

K ……(5.39)

สวนเกลอของกรดออน-เบสออน เกดไฮโดรไลซสแลวสารละลายอาจเปนไดทงกรด เบส หรอกลาง คาคงทสมดลไฮโดรไลซสเปน

w

ha b

KK =

K K ……(5.40)


ตวอยาง 5.25 คานวณคาคงทไฮโดรไลซส ของสารตอไปน 1) HC2O4

- (Ka ของ H2C2O4=5.9x10-2) วธคด HC2O4

- เปนคเบสของกรด H2C2O4 จากสมการ (5.38)

w-14

-13h -2

a

K 1.0x10K = = =1.7x10

K 5.9x10

2) NH4

+ (Kb NH3=1.8x10-5) วธคด NH4

+ เปนคกรดของเบส NH3 จากสมการ (5.39)

w-14

-10h -5

b

K 1.0x10K = = = 5.6x10

K 1.8x10

ตวอยาง 5.26 คานวณคา pH ของสารละลาย CH3COONa เขมขน 1.0 mol/L (Ka ของ CH3COOH=1.8x10-5) วธคด เกลอ CH3COONa เปนเกลอจากปฏกรยาระหวาง CH3COOH และ NaOH ปฏกรยาการแตกตว CH3COONa(s) Na+(aq) + CH3COO-(aq) (1) ปฏกรยาไฮโดรไลซส CH3COO-(aq) + H2O(l) CH3COOH(aq) + OH-(aq) (2)

คาคงทสมดลไฮโดรไลซส -

3h -

3

[CH COOH][OH ]K =

[CH COO ]

จากสมการ (5.38) w-14

-10h -5

a

K 1.0x10K = = = 5.5x10

K 1.8x10

CH3COO-(aq) + H2O(l) CH3COOH(aq) + OH-(aq) [ ]สมดล (mol/L) 1.0 x x

ดงนน -

3-5-

3

[CH COOH][OH ]5.5x10 =

[CH COO ]

-5 (x)(x)5.5x10 =

1.0 - x

สมมต x<1.0 มากๆ

2

-5 x5.5x10 =

1.0

x = 2.37x10-5 เมอตวแปร x คอ [OH-]


[OH-] = 2.37x10-5 จาก pOH = - log[OH-]

= - log2.37x10-5 = 3.35

ดงนน pH = 14 – pOH = 10.65 สารละลายบฟเฟอร

บฟเฟอร (buffer) คอสารละลายทมสมบตในการตานทานการเปลยน pH เมอเตมกรด หรอเบสลงไปในปรมาณเลกนอย

สารละลายบฟเฟอรเปนสารละลายผสมระหวางกรดออนกบเกลอของกรดออน หรอเบสออนกบเกลอของเบสออน สารละลายบฟเฟอรแบงออกเปนสองชนด คอ

1) บฟเฟอรกรด (ทเกดจากระหวางกรดออนกบเกลอของกรดออน) จะม pH < 7 เชน - แอซเตตบฟเฟอร (เกดจากระหวาง CH3COOH กบ CH3COONa) - ซเตรตบฟเฟอร (เกดจากระหวาง HCOOH กบ HCOOK) - คารบอเนตบฟเฟอร (เกดจากระหวาง H2CO3 กบ Na2CO3)

วธการควบคม pH ของบฟเฟอร (แอซเตตบฟเฟอร) ดงสมการ CH3COONa(s) CH3COO-(aq) + Na+(aq) CH3COOH(aq) CH3COO-(aq) + H3O+(aq)

ซงหลกการใชหลกการของสมดลเคม ในการเตมเกลอลงไปทา ใหกรดแตกตวไดนอยลง ตามหลกเลอชาเตอรเอ ดงนนสารละลายทม CH3COONa กบ CH3COOH จงเปนกรดทนอยกวาม CH3COOH เพยงอยางเดยว การรกษา pH คอถาเตมกรดลงไปในสารละลายบฟเฟอรปฏกรยาท 2 จะเกดยอนกลบถาเตมเบสลงไปจะสะเทนกบกรดไดนาออกมา

2) บฟเฟอรเบส (ทเกดจากระหวางเบสออนกบเกลอของเบสออน) จะม pH > 7 เชน

- แอมโมเนยมบฟเฟอร (เกดจากระหวาง NH3 กบ NH4Cl) หลกการทางานของบฟเฟอรชนดนเหมอนกบการทางานของบฟเฟอรประเภทกรด ซงใชหลกการ

รบกวนสมดลของปฏกรยา การคานวณเกยวกบสารละลายบฟเฟอร

สมมต สารละลายระบบบฟเฟอรกรด ทประกอบดวยกรด HA และเกลอ A- สามารถเขยนสมการแสดงการแตกตวและคาคงทสมดลดงน

ปฏกรยาการแตกตวของเกลอ NaA(s) A-(aq) + Na+(aq) ปฏกรยาการแตกตวของกรดออน HA(aq) H+(aq) + A-(aq)

คาคงทการแตกตวของกรด HA คอ


+ -

a[H ][A ]

K =[HA]

……(5.41)

+a -

[HA][H ] = K

[A ] ……(5.42)

ทา -log จะได +a -

[HA]- log[H ] = - log K

[A ]

……(5.43)

+a -

[HA]- log[H ] = - logK - log

[A ] ……(5.44)

-

a[A ]

pH = pK + log[HA]

……(5.45)

ในกรณสารละลายบฟเฟอรเบส ประกอบดวยเบส HB และเกลอ B- สามารถเขยนสมการไดดงน

-

b[B ]

pOH = pK + log[HB]

……(5.46)

สมการ (5.45) และ (5.46) เรยกวา สมการของเฮนเดอรสน-ฮาเซลบลซ (Henderson-Hasselbalch’s equation) ตวอยาง 5.27 อธบายวธการเตรยมสารละลายบฟเฟอร pH 5.0 ปรมาตร 100 mL ระหวาง 0.50 mol/L CH3COOH และ 0.50 mol/L CH3COONa วธคด สมการ (5.45)

-

3a

3

[CH COO ]pH = pK + log

[CH COOH]

-

3

3

[CH COO ]5.0 = 4.76 + log

[CH COOH]

-

3

3

[CH COO ]log = 0.24

[CH COOH]

ทา anti-log -

3

3

[CH COO ]=1.73

[CH COOH]

ดงนน จะตองผสม [CH3COONa] กบ [CH3COOH] ใหมอตราสวนเปน 1:1.73 ตวอยาง 5.28 จงคานวณคา pH ของสารละลายบพเฟอรทเตรยมโดยการละลายเกลอ CH3COONa หนก 25.5 g ในนาปรมาตร 500 mL ทม CH3COOH เขมขน 0.550 mol/L ละลายผสมอย วธคด

ปฏกรยาการแตกตวของเกลอ CH3COONa(s) CH3COO-(aq) + Na+(aq) ปฏกรยาการแตกตวของกรดออน CH3COOH(aq) H+(aq) + CH3COO-(aq)


คานวณความเขมขนของเกลอ CH3COONa หนก 25.5 g ในนาปรมาตร 500 mL

[CH3COONa] = 3

3

1 molCH COONa 1000 mL25.5 g x = 0.622 mol/L

82.4 gCH COONa 500 mL

แสดงวา [CH3COO-] = 0.622 mol/L คานวณคา pH จากสมการ (5.45)

-3

a3

[CH COO ]pH = pK + log

[CH COOH]

0.622pH = 4.76 + log

0.550

= 4.70


สมดลไอออนเชงซอน ไอออนเชงซอน (complex ion) คอ สารประกอบทเกดจากอะตอม หรอไอออนของโลหะอยตรง

กลางแลวถกลอมรอบดวยโมเลกลทเปนกลางหรอไอออนลบตงแตสองตวขนไป เรยก สารประกอบทเกดขนวา สารประกอบเชงซอน (complex compound)

สารประกอบเชงซอนประกอบดวยอะตอมหรอไอออนของโลหะทอยตรงกลาง เรยกวา อะตอมกลาง (central atom) และโมเลกลทเปนกลางหรอไอออนลบทลอมรอบอะตอมกลาง เรยกวา ลแกนด (ligand) สารประกอบโคออรดเนชน

โดยปกตพนธะระหวางอะตอมกลางกบลแกนดเปนพนธะโคออรดเนตโคเวเลนซ โดยลแกนดจะใชคอเลกตรอนเกดพนธะกบอะตอมกลาง จงนยมเรยกสารประกอบเซงซอนวา สารประกอบโคออรดเนชน (coordination compound) อะตอมกลางอาจเปนไดทงอะตอมหรอไอออนของโลหะ สวนมากเปนโลหะแทรนซชน ทาหนาทเปนผรบคอเลกตรอน (electron aceptor) จากลแกนด

การเขยนสตรสารประกอบเชงซอน ดงแสดงในภาพท 5.5 และ 5.6 ซงบรเวณทไอออนเชงซอนอยในเครองหมาย [ ] เรยกวา โคออรดเนชนสเฟยร (coordination sphere) สวนไอออนใดๆ ทแสดงอยนอกโคออรดเนชนสเฟยร เรยกวา ไอออนดลประจ (counter ion) จะเขยนหรอไมกได การเขยนไอออนดลประจเพยงเพอใหสารประกอบโคออรดเนชนมประจเปนกลางเทานน ไอออนดลประจไมไดเกยวของกบการเกดพนธะโคออรดเนตโคเวเลนซกบอะตอมกลางแตอยางใด แรงดงดดระหวางไอออนดลประจกบไอออนเชงซอนจะเปนแรงดงดดทางประจไฟฟาสถตระหวางไอออนบวกและไอออนลบเชนเดยวกบสารประกอบไอออนก ดงนนโดยทวไปการเขยนสตรสารประกอบโคออรดเนชนจะนยมเขยนเฉพาะไอออนเชงซอน และการเขยนเครองหมายโคออรดเนชนสเฟยรเพอปองกนการสบสนระหวางไอออนเชงซอนและไอออนดลประจ

เลขโคออรดเนชน (coordination number) คอตวเลขทบอกจานวนอะตอมทสามารถสรางพนธะโคออรดเนตโคเวเลนซ หรอ จานวนอะตอมของผใหคอเลกตรอนทอยทงหมดในสารประกอบเชงซอน เลขโคออรดเนชนมตงแต 2 ถง 8 (สมมต ถามลแกนด 6 อะตอมลอมรอบอะตอมกลาง จะเรยกวา สารประกอบเชงซอนนนมเลขโคออรดเนชนเทากบ 6 หรอ ถามลแกนด 4 อะตอมลอมรอบอะตอมกลาง จะเรยกวา มเลขโคออรดเนชนเทากบ 4) อาจกลาวสรปไดวา เลขโคออรดเนชน คอจานวนลแกนดทมาสรางพนธะกบอะตอมกลาง เชน

[Cu(H2O)4]2+, [Cu(NH3)4]2+ และ [CuCl4]2+ ไอออนเชงซอนทง 3 ชนดน Cu2+ มเลขโคออรดเนชนเทากบ 4

[FeF6]3-, [Fe(CN)6]3- และ [Fe(H2O)6]3+ ไอออนเชงซอนทง 3 ชนดน Fe2+ มเลขโคออรดเนชนเทากบ 6

เลขโคออรดเนชนของสารประกอบเชงซอนทพบมากไดแก 2, 4 และ 6


การเขยนสตรสารประกอบเชงซอนจะมสวนทคลายกบสารประกอบไอออนก และสารโคเวเลนซอยบาง โดยทวไปจะพบสตรสารประกอบเชงซอน 2 ลกษณะ คอ

1) สตรสารประกอบเชงซอนมประจ เชน [Co(NH2)6]3+, [Fe(CN)6]4- และ [Co(NH3)6]2+ 2) สตรสารประกอบเชงซอนไมมประจ เชน [Co(NH3)6]Cl2 [coordination sphere]

อะตอมกลาง [Co(NH3)6]3+ ลแกนด เลขโคออรดเนชน

ภาพท 5.5 สตรไอออนเชงซอน

[coordination sphere] ไอออนดลประจ

อะตอมกลาง [Co(NH3)4Cl2]Cl

ลแกนด เลขโคออรดเนชน

ภาพท 5.6 สตรสารประกอบเชงซอนทมไอออนดลประจ

อะตอมกลาง อะตอมกลางของสารโคออรดเนชนจะเปนโลหะแทรนซชน เนองจากโลหะแทรนซชนมเลข

ออกซเดชนไดหลายคา สารประกอบทเกดจากอะตอมกลางชนดเดยวกนแตมเลขออกซเดชนตางกนหรอมโครงสรางโมเลกลตางกน มผลทาใหสของสารประกอบนนแตกตางกนไปดวย

ในการพจารณาเลขออกซเดชนของโลหะแทรนซชนในสารโคออรดเนชนจะสามารถพจารณาไดจาก ชนดและจานวนของลแกนด ดงน

1.1) ถาเปนลแกนดทมประจเปนกลาง เลขออกซเดชนของโลหะแทรนซชนจะเทากบประจไอออนเชงซอน โดยจานวนลแกนดไมมผลตอเลขออกซเดชน ดงตารางท 5.10

1.2) ถาเปนลแกนดทมประจเปนลบ เลขออกซเดชนของโลหะแทรนซชนจะเทากบผลตางระหวางประจไอออนเชงซอนและประจรวมของลแกนดตามจานวนลแกนดในสารประกอบเชงซอน ดงตารางท 7.10


ตารางท 5.10 สารโคออรดเนชนและเลขออกซเดชนของอะตอมกลาง สารโคออรดเนชน อะตอม

กลาง ลแกนด ประจ

ลแกนด จานวน ลแกนด

ประจไอออน เชงซอน

เลขออกซเดชน ของอะตอมกลาง

[Co(NH2)6]4- Co NH2 -1 6 +3 +2 [Co(NH3)6]2+ Co NH3 0 6 +2 +2 [Fe(CO)5] Fe CO 0 5 0 0 [Fe(CN)6]4- Fe CN -1 6 -4 +2 [Fe(CN)6]3- Fe CN -1 6 -3 +3

ลแกนด

ลแกนด คออะตอมหรอโมเลกลทเปนกลาง หรอไอออนลบทอยลอมรอบอะตอมกลาง ลแกนดทาหนาทเปนผใหคอเลกตรอนแกอะตอมกลางอยางนอย 1 ค เพอเกดพนธะโคออรดเนตโคเวเลนซ การแบงประเภทลแกนดสามารถแบงตามจานวนการใหคอเลกตรอนแกอะตอมกลาง คอ

ลแกนดทใหคอเลกตรอน 1 ค เรยกวา โมโนเดนเทต (monodentate) ลแกนดทใหคอเลกตรอน 2 ค เรยกวา ไบเดนเทต (bidentate) ลแกนดทใหคอเลกตรอน 3 ค เรยกวา ไตรเดนเทต (tridentate) ลแกนดทใหคอเลกตรอน 4 ค เรยกวา เททระเดนเทต (tetradentate) ลแกนดทใหคอเลกตรอน 6 ค เรยกวา เฮกซะเดนเทต (hexadentate)

ลแกนดทสามารถใหคอเลกตรอนไดมากกวาหน งคในโมเลกลเดยวกน เรยกวาโพลเดนเทต (polydentate ligand) กระบวนการเกดสารประกอบโคออรดเนชนทประกอบดวยลแกนดประเภทโพลเดนเทต เรยกวา การเกดคเลต หรอคเลชน (chelation) และลแกนดพวกนจะเรยกวา สารคลเลต (chelating agent) ชอเรยกลแกนดแสดงดงตารางท 5.11, 5.12 และ 5.13


ตารางท 5.11 ลแกนดและชอเรยกของลแกนดประเภทโมโนเดนเทตทเปนประจลบ ลแกนด ชอไอออนลบ ชอลแกนด Br- โบรไมด (bromide) โบรโม (bromo) Cl- คลอไรด (chloride) คลอโร (chloro) F- ฟลออไรด (fluoride) ฟลออโร (fluoro) OH- ไฮดรอกไซด (hydroxide) ไฮดรอกโซ (hydroxo) CN- ไซยาไนด (cyanide) ไซยาเนโต (cyanato) H- ไฮไดรด (hydride) ไฮดรโด (hydrido) O2- ออกไซด (oxide) ออกโซ (oxo) NH2

- เอไมด (amide) เอมโด (amido) NO2

- ไนโตร (nitro) ไนตรโต (nitrito) SCN- ไธโอไซยาเนต (thiocyanate) ไธโอไซยาเนโต (thiocyanato) NCS- ไธโอไซยาเนต (thiocyanate) ไอโซไธโอไซยาเนโต (isothiocyanato)

ตารางท 5.12 ลแกนดและชอเรยกของลแกนดประเภทโมโนเดนเทตทมประจเปนกลาง

ลแกนด ชอโมเลกล ชอลแกนด NH3 แอมโมเนยม (ammonia) แอมมน (ammine) H2O นา (water) อะควา (aqua) CO คารบอนมอนอกไซด (carbonmonoxide) คารบอนล (carbonyl) C5H5N ไพรดน (pyridine) ไพรดน (pyridine) CH3NH2 เมทลลามน (methylamine) เมทลลามน (methylamine)


ตารางท 5.13 ลแกนดและชอเรยกของลแกนดประเภทไบเดนเทต ประจลแกนด ชอลแกนด ตวยอ สตรโครงสราง เอทลนไดเอมน

(ethylenediamine) en NH2CH2CH2NH2

0 ฟแนนโทรลน (phenanthroline)

phen

ไบพรดน

(bipyridine) bipy

-2 ออกซาเลโต

(oxalato) -

คารบอเนโต

(carbonato) -

การเรยกชอสารประกอบเชงซอน

ตามขอตกลงระหวางนกเคมนานาชาตใหใชระบบ IUPAC (International Union of Pure and Applied Chemistry) ในการเรยกชอสารประกอบเชงซอนดงน

1) เรยกชอไอออนบวกกอนไอออนลบ เชนเดยวกบการเรยกชอสารประกอบไอออนก โดยใหไอออนเชงซอนในโคออรดเนชนสเฟยรเสมอนเปนไอออนบวก สวนชอไอออนลบใหเรยกตามหลกสารประกอบไอออนก เชน

[Co(NH3)6]Cl3 ใหเรยกชอไอออนเชงซอน [Co(NH3)6]3+ กอน แลวจงตามดวย Cl ในกรณทไอออนเชงซอนทมประจเปนลบ ใหเรยกไอออนบวกตามชอโลหะแทรนซชนกอนแลว

ตามดวยชอไอออนเชงซอนตามหลกการเรยกไอออนเชงซอนทมประจเปนลบ เชน K3[Co(C2O4)3] ใหเรยกชอ K+ กอนแลวจงตามดวยไอออนเชงซอน [Co(C2O4)3]3-

2) การเรยกชอไอออนเชงซอน (ในโคออรดเนชนสเฟยร) ใหเรยกชอลแกนดกอนแลวตามดวยชอของโลหะแทรนซชน เชน

[Ni(NH3)4]2+ ใหเรยกชอ NH3 กอน แลวจงเรยกชอของ Ni2+ [Fe(CN)63- ใหเรยกชอ CN- กอน แลวจงเรยกชอของ Fe3+

3) การเรยกชอลแกนด 3.1) ลแกนดทมประจลบ (anionic ligand) ใหเรยกตามชนดลแกนด ดงตารางท 7.11

ไอออนลบทลงทายดวย -ไอด (-ide) ใหเปลยนคาลงทายเปน -โอ (-o) ไอออนลบทลงทายดวย -เอต (-ate ใหเปลยนคาลงทายเปน -เอโต (-ato) ไอออนลบทลงทายดวย -ไอต (-ite) ใหเปลยนคาลงทายเปน -ไอโต(-ito)


3.2) ลแกนดทไมมประจหรอเปนกลาง (neutral ligand) ใหเรยกชอเหมอนกบชอโมเลกล ยกเวนลแกนดทเปนกลางบางชนดใหเรยกชอเฉพาะตว ดงตารางท 5.12

3.3) ลแกนดประเภทไบเดนเทต เรยกตามตารางท 5.13 4) ถาไอออนเชงซอนมลแกนดชนดเดยวกนมากกวาหนงลแกนด ใหระบจานวนทซากนไวหนาชอ

เรยกลแกนด ดงตารางท 5.14 ตารางท 5.14 จานวนทซากนของลแกนด

จานวนลแกนดทซ ากน เรยกจานวนซ า 2 ได (di) 3 ไตร (tri) 4 เททระ (tetra) 5 เพนตะ (penta) 6 เอกซะ (hexa)

เชน (CN)6 เรยก hexacyano (C2O4)3 เรยก trioxalato แตถาเปนลแกนดประเภทโพลเดนเทต (ลแกนดทสามารถเกดพนธะกบไอออนไดตงแต 2

ตาแหนงขนไปใน 1 ลแกนด) ใหเรยกจานวนซากนดงตารางท 5.15 ตารางท 5.15 จานวนทซากนของลแกนดประเภทโพลเดนเทต

จานวนลแกนดทซ ากน เรยกจานวนซ า 2 บส (bis) 3 ทรส (tris) 4 เททระกส (tetrakis)

เชน (en)2 เรยก bisethylenediamine 5) ถาไอออนเชงซอนมประจเปนลบ ชอโลหะแทรนซชนใหเปลยนคาลงทายเปน -เอต (-ate) ดง

ตารางท 7.16 และใสเลขออกซเดชนเปนเลขโรมนไวในวงเลบหลงชอของโลหะแทรนซชน


ตารางท 5.16 ชอโลหะแทรนซชนในไอออนเชงซอนทมประจลบ โลหะแทรนซชน

ชอโลหะแทรนซชน ชอเรยกโลหะแทรนซชนในไอออนเชงซอน

Al อะลมเนยม (aluminium) อะลมเนต (aluminate) Cr โครเมยม (chromium) โครเมต (chromate) Mn แมงกานส (manganese) แมงกาเนต (manganate) Ni นกเกล (nickel) นกเกลเลต (nickelate) Co โคบอลต (cobalt) โคบอลเตต (cobaltate) Zn สงกะส (zinc) สงกะสเกต (zinccate) Mo โมลบดนม (molybdenum) โมลบดเนต (molybdate) W ทงสเตน (tungsten) ทงเกเตต (tungatate)

โลหะแทรนซชนทมชอเรยกเปนภาษาละตน ใหใชภาษาละตนและลงทายดวย -เอต (-ate) ดง

ตารางท 5.17 ตารางท 5.17 โลหะแทรนซชนทมชอเรยกเปนภาษาละตน

โลหะ ชอธาตแทรนซชน ชอเรยกโลหะแทรนซชน แทรนซชน ภาษาองกฤษ ภาษาละตน ในไอออนเชงซอน Fe iron ferrum เฟอเรต (ferrate) Cu copper cuprum ควเปรต (cuprate) Au gold aurum ออเรต (aurate) Ag silver argentum อารเจนเตต (argentate) Pb lead plumbum พลมเบต (plumbate) Sn tin stannum สแตนเนต (stannate)

เชน [Fe(CN)6]3- เรยกวา hexacyanoferrate(III) ion [Co(C2O4)3]3- เรยกวา trisoxalatocobalttate(II) ion [Cr(NO2)6]3- เรยกวา hexanitrochromate(III) ion หมายเหต โลหะแทรนซชนทตองชอเรยกเปนภาษาละตน ในกรณทปนไอออนเชงซอนประจลบเทานน

5) ไอออนเชงซอนทมประจบวกและเปนกลาง ใหอานชอของโลหะแทรนซชนตามชอธาตเดม

และไมตองเปลยนคาลงทาย และใสเลขออกซเดชนเปนเลขโรมนไวในวงเลบหลงชอของโลหะแทรนซชน เชน [Cu(NH3)4]2+ เรยกวา tetraamminne copper(II) ion


[Co(H2O)6]3+ เรยกวา hexaaqua cobalt(III) ion [Cr(H2O)6]3+ เรยกวา hexaaqua chromium(III) ion

6) ไอออนเชงซอนทมลแกนดมากกวา 2 ชนด (1) ถาเปนลแกนดประเภทเดยวกน คอมประจลบหรอไมมประจเหมอนกน เรยกชอลแกนด

ตามลาดบอกษรภาษาองกฤษ เชน [Fe(NH3)4CO]2+ เรยกวา tetraamminecarbonyl iron(II) ion

(2) ถาเปนลแกนดคนละประเภท เรยกชอลแกนดในไอออนเชงซอนตามลาดบดงน ลแกนดทมประจลบ ลแกนดทไมมประจ และลแกนดทมประจบวก ตามลาดบ เชน

[Co(CN)5H2O]3+ เรยกวา pentacyanoaqua cobalt(II) ion [Fe(CN)5CO]2+ เรยกวา pentacyanocarbonyl iron(III) ion ตวอยาง 5.29 เรยกชอสารประกอบโคออรดเนชนตอไปน

1) [Ag(NH3)2]+ diaminesilver(I) ion 2) [Co(NH3)4]Cl2]+ dichlorotetraamminecobalt(II) ion 3) Na3[Cr(NO2)6] sodium hexanitrochromate(III) 4) [Ag(CN)2]- dicyanoagentate(I) ion 5) [Cr(NH3)5SO4]Br sulfatopentaaminechromium(III) bromide

ตวอยาง 5.30 เขยนสตรสารประกอบโคออรดเนชนจากชอเรยกตอไปน

1) hexacyanoferrate(II) ion [Fe(CN)6]4- 2) dichlorotetraamineplatinum(IV) chloride [Pt(NH3)4Cl2]Cl2 3) sodium tetracyanocobaltate(II) Na2[Co(CN)4] 4) bis(ethylene diamine)cobalt(II) chloride [Co(en)2]Cl2 5) hexacarbonylchromium(0) ion [Cr(CO)6]

สมดลของไอออนเชงซอน

คาคงทสมดลของไอออนเชงซอน มลกษณะเดยวกบสมดลเคมของปฏกรยาเคมทวๆ ไป สาหรบสมดลไอออนเชงซอน คาคงทสมดลของไอออนเชงซอน เขยนแทนดวย Kf โดยคา Kf จะบอกถงการเกดเปนสารประกอบเชงซอนระหวางอะตอมกลางและลแกนด

สมมต M เปนอะตอมกลาง และ L เปนลแกนดประเภทโมโนเดนเทต เขยนสมการไดดงน

M + L ML 1

[ML]K = [M][L] ……(5.47)

ML + L ML2 22

[ML ]K = [ML][L] ……(5.48)


ML2 + L ML3 33

2

[ML ]K = [ML ][L] ……(5.49)

เมอ K1, K2, K3 เปนคาคงทสมดลของการเกดไอออนเชงซอนแตละขน (stepwise) ของไอออน

โลหะ M คาคงทสมดลของการเกดไอออนเชงซอนรวม (overall) เขยนไดเปน

Kf = K1K2K3 ……(5.50) คา Kf คอ คาคงทสมดลของการเกดไอออนเชงซอนของโลหะไอออนบวก ( formation constant

หรอ stability constant) ถามคา Kf มาก แสดงวาโลหะไอออนบวกชอบเกดเปนไอออนเชงซอน ไอออนเชงซอนนนๆ มความเสถยรมาก

เพอปองกนความสบสนระหวางเครองหมายความเขมขนในสมการคาคงท สมดล (Kf) กบเครองหมายโคออรดเนชนสเฟยรในสารประกอบเชงซอน ปฏกรยาการเกดไอออนเชงซอนจงเขยนเฉพาะไอออนเชงซอน เชน การเกดไอออนเชงซอนของ Ag(NH3)2+ จะเกดขนทละขนตอน ดงน Ag+(aq) + NH3(aq) Ag(NH3)+(aq) K1 = 2.1x103 Ag(NH3)+(aq) + NH3(aq) Ag(NH3)2+(aq) K2 = 8.1x103 ปฏกรยาสทธ Ag+(aq) + 2NH3(aq) Ag(NH3)2+(aq) Kf = 1.7x107

การคานวณคา Kf ของการเกดไอออนเชงซอนของ Ag(NH3)2+ จากสมการเกดไอออนเชงซอนทงสองขน คอ

+33

1 +3

[Ag(NH ) ]K = = 2.1x10

[Ag ][NH ]

+33 2

2 +3 3

[Ag(NH ) ]K = = 8.1x10

[Ag(NH ) ][NH ]

+ +3 33 3 2

f 1 2 + +3 3 3

[Ag(NH ) ] [Ag(NH ) ]K = K K = = 2.1x10 8.1x10

[Ag ][NH ] [Ag(NH ) ][NH ]+

73 2f + 2

3

[Ag(NH ) ]K = = 1.7x10

[Ag ][NH ]

ปฏกรยาการแตกตวของไอออนเชงซอน เปนปฏกรยายอนกลบของปฏกรยาการเกดไอออน

เชงซอน ตวอยาง ปฏกรยาการแตกตวของไอออนเชงซอน [Ag(NH3)2]+(aq) Ag+(aq) + 2NH3(aq)

สามารถเขยนสมการคาคงทสมดลการแตกตวของไอออนเชงซอนไดดงน


+ 23

d +3 2

[Ag ][NH ]K =

[Ag(NH ) ] ......(5.51)

เมอ Kd = คาคงทการแตกตวของไอออนเชงซอน (dissociation constant of complex ion)

ถา Kd มคามากแสดงวา ไอออนเชงซอนแตกตวไดด แสดงความเสถยรของไอออนเชงซอนมคานอย กลาวคอ อะตอมกลางและลแกนดไมชอบเกดเปนไอออนเชงวอน ดงนน คา Kd จงเปนสวนกลบของคา Kf ดงน

df

1K =

K ……(5.52)

คาคงทสมดลของการเกดไอออนเชงซอนในนาของไอออนเชงซอนบางชนด แสดงดงตารางท 5.18

ตารางท 5.18 คาคงทสมดลของการเกดไอออนเชงซอนในนาท 25C ไอออนเชงซอน สมการสมดล Kf Ag(NH3)2+ Ag+(aq) + 2NH3(aq) Ag(NH3)2+(aq) 1.7x107 Ag(CN)2- Ag+(aq) + 2CN-(aq) Ag(CN)2-(aq) 1.0x1021 Ag(S2O3)23- Ag+(aq) + 2S2O3

2-(aq) Ag(S2O3)23-(aq) 2.9x1013 CdBr4- Cd2+(aq) + 4Br-(aq) CdBr42-(aq) 5.0x1013 Cr(OH)4- Cr3+(aq) + 4OH-(aq) Cr(OH)4-(aq) 8.0x1029 Co(SCN)42- Co2+(aq) + 4SCN-(aq) Co(SCN)42-(aq) 1.0x103 Cu(NH3)42+ Cu2+(aq) + 4NH3(aq) Cu(NH3)42+(aq) 5.0x1012 Cu(CN)42- Cu2+(aq) + 4CN-(aq) Cu(CN)42-(aq) 1.0x1025 Ni(NH3)62+ Ni2+(aq) + 6NH3(aq) Ni(NH3)62+(aq) 1.2x109 Fe(CN)64- Fe2+(aq) + 6CN-(aq) Cu(CN)64-(aq) 1.0x1035 Fe(CN)63- Fe3+(aq) + 6CN-(aq) Cu(CN)63-(aq) 1.0x1042


แบบฝกหด 1. จงบอกสารตอไปนเปนกรดหรอเบส ตามทฤษฎกรด-เบสใด

1) Ba(OH)2 → Ba2+ + 2OH− 2) NH4

+ NH3 + H+ 3) NH3 + H2O NH4

+ + OH− 4) BH3 + NH3 BH3NH3 5) AlF3 + 3F− → AlF6

3− 2. จงเขยนสมการ เมอสารตอไปนทาปฏกรยากบนา

1) F- + H2O ……………………………………………………………………………… 2) NH4Cl + H2O ………………………………………………………………………… 3) HNO3 + H2O …………………………………………………………………………. 4) HOOCCOOH + H2O ………………………………………………………………… 5) C6H5COOH + H2O …………………………………………………………………...

3. จงหาคาความเขมขนของ H+ จากการแตกตวของกรดออนตอไปน 1) HCN เขมขน 2.5 mol/L (Ka=6.4x10-10) 2) HNO2 เขมขน 0.01 mol/L (Ka=4.0x10-4)

4. จงหารอยละการแตกตวของสารตอไปน 1) CH3COOH เขมขน 0.25 mol/L มคา Ka=1.8x10-5 2) NH3 เขมขน 0.25 mol/L มคา Kb=1.8 x10-5

5. จากปฏกรยา HF(aq) + H2O(l) F-(aq) + H3O+(aq)

และ F-(aq) + H2O(l) HF(aq) + OH-(aq) 1) จงเขยนสมการแสดงคา Ka ของ HF และสมการแสดงคา Kb ของ F- 2) จงเขยนพสจนวา KaKb =10-14

6. จงคานวณหาความเขมขนของสารละลาย CH3COOH ซงม [H+]=4.2x10-4 mol/L (Ka=1.8x10-5) 7. จงหาคา pH ของสารละลายตอไปน

1) HCl เขมขน 0.020 mol/L 2) CH3COOH เขมขน 0.50 mol/L 3) KOH เขมขน 0.050 mol/L 4) NH3 เขมขน 0.050 mol/L

8. สารละลายกรดออน HA เขมขน 0.01 mol/L ม pH=4 จงหาคา Ka 9. จงหา [H+] และ [OH-] ของสารละลายทมคา pH=3.80 10. จงคานวณหา pH ของสารละลายทเกดจากการไทเทรตระหวาง CH3COOH เขมขน 0.10 mol/L

จานวน 50.0 mL และ NaOH เขมขน 0.10 mol/L เมอเตม NaOH


1) เตม 10.0 mL 2) เตม 50.0 mL 3) เตม 50.1 mL

11. จงคานวณปรมาตรของสารละลาย NaOH เขมขน 0.10 mol/L สาหรบการไทเทรตสารละลายตอไปน จงจะถงจดสมมล

1) สารละลาย HCl เขมขน 0.09 mol/L ปรมาตร 25 mL 2) สารละลาย CH3COOH เขมขน 0.24 mol/L ปรมาตร 15 mL 3) สารละลาย H2SO4 เขมขน 0.04 mol/L ปรมาตร 50 mL

12. คานวณหา pH ของการไฮโดรไลซสของเกลอ NH4Cl เขมขน 0.10 mol/L (Kb ของ NH3=1.8×10-5 )

13. คานวณหา [OH-] [H+] และ pH ของสารละลาย CH3COONa เขมขน 0.01 mol/L ถา Kh=5.6x10-10 14. การละลายของ Pb(IO3)2 เทากบ 4.0x10-5 mol/L ท 25C จงคานวณ Ksp 15. จงคานวณความเขมขนของ Ag+ และ CrO4

2- ในสารละลายอมตวของ Ag2CrO4 ท 25C 16. จงคานวณหาคาการละลายเปนกรมตอ 100 mL ของ Cu(OH)2 ซงมคา Ksp=8.52x10-20 17. จงอธบายวธการเตรยมสารละลายบฟเฟอร pH 6.0 ปรมาตร 100 mL ระหวาง CH3COOH เขมขน

0.50 mol/L (Ka=1.8x10-5) และ CH3COONa เขมขน 0.50 mol/L 18. จงเรยกชอสารโคออรดเนชนตอไปน

1) [Cr(NH3)3(H2O)3]Cl3 2) [Pt(NH3)5Cl]Br3 3) K4[Fe(CN)6] 4) Pt(NH3)2Cl4 5) Fe(CO)5

19. จงเรยกชอสารโคออรดเนชนตอไปน 1) hexaammineiron(III) nitrate 2) chloroaminecobalt(III) ion 3) tetraaminezinc(II) ion 4) hexacyanoferrate(II) 5) potassium tetracyanonickellate(0)

20. จงคานวณความสามารถในการละลายของ AgCl ในสารละลาย NH3 เขมขน 1 mol/L ปรมาตร 1 L ท 25C ซงจะเกดเปนสารประกอบเชงซอน

Education

RMUTP Acid-Base and Complex Equilibria