กรด - เบส คืออะไร

กรด เบส ในชีวิตประจำวัน ( Acid Base in Everyday Life)

สารประกอบจำพวกกรด เบส มีความสำคัญและเกี่ยวข้องกับชีวิตประจำวันของมนุษย์อย่างมาก ก่อนอื่นต้องทำความเข้าใจว่า กรด เบส คืออะไรอย่างง่ายๆ

สารละลายกรด คือสารละลายที่มีรสเปรี้ยว เปลี่ยนสีกระดาษลิตมัสจากน้ำเงินเป็นแดง หรือทำปฏิกิริยากับโลหะได้ แก๊ส H 2 และ เกลือ

สารละลายเบส คือสารละลายที่มีรสขม เปลี่ยนสีกระดาษลิตมัสจากแดงเป็นน้ำเงิน หรือมีลักษณะลื่นๆ

นิยามของกรด-เบส

Arrhenius Concept

กรด คือ สารประกอบที่มี H และเมื่อละลายน้ำจะแตกตัวให้ H + หรือ H 3O +

เบส คือ สารประกอบที่มี OH และเมื่อละลายน้ำจะแตกตัวให้ OH -

ข้อจำกัดของทฤษฎีนี้คือ สารประกอบต้องละลายได้ในน้ำ และไม่สามารถอธิบายได้ว่า ทำไมสารประกอบบางชนิดเช่น NH 3 จึงเป็นเบส

Bronsted-Lowry Concept

กรด คือ สารที่สามารถให้โปรตอน ( proton donor)แก่สารอื่น

เบส คือ สารที่สามารถรับโปรตอน ( proton acceptor)จากสารอื่น

ปฏิกิริยาระหว่างกรดกับเบสจึงเป็นการถ่ายเทโปรตอนจากกรดไปยังเบสเช่น แอมโมเนียละลายในน้ำ

NH 3(aq) + H 2O (1) NH 4 + (aq) + OH - (aq)

base 2 ........ acid 1 ........ acid 2 ........ base 1

ในปฏิกิริยาไปข้างหน้า NH 3 จะเป็นฝ่ายรับโปรตอนจาก H 2O ดังนั้น NH 3 จึงเป็นเบสและ H 2O เป็นกรด แต่ในปฏิกิริยาย้อนกลับ NH 4 + จะเป็นฝ่ายให้โปรตอนแก่ OH - ดังนั้น NH 4 + จึงเป็นกรดและ OH - เป็นเบส อาจสรุปได้ว่าทิศทางของปฏิกิริยาจะขึ้นอยู่กับความแรงของเบส

Lewis Concept

กรด คือ สารที่สามารถรับอิเลคตรอนคู่โดดเดี่ยว ( electron pair acceptor) จากสารอื่น

เบส คือ สารที่สามารถให้อิเลคตรอนคู่โดดเดี่ยว ( electron pair donor)แกสารอื่น

ทฤษฎีนี้ใช้อธิบาย กรด เบส ตาม concept ของ Arrhenius และ Bronsted-Lowry ได้ และมีข้อได้เปรียบคือสามารถอธิบาย กรด เบส ในกรณีที่เกิดปฏิกิริยาระหว่างกัน และได้สารประกอบที่มีพันธะโควาเลนซ์ เช่น

OH - (aq) + CO 2 (aq) HCO 3 - (aq)

BF 3 + NH 3BF 3-NH 3

คู่กรด – เบส

คู่กรด – เบส คือ สารที่เป็นคู่กรด-เบสกัน H + ต่างกัน 1 ตัว โดยที่ คู่กรดจะมี H + มากกว่าคู่เบส 1 ตัว

ความแรงของกรดและเบส = การแตกตัวในการให้โปรตอน(กรด) ความสามารถในการรับโปรตอน(เบส)

CH 3COOH (aq) + H 2O (aq) CH 3COO - (aq) + H 3O + (aq)

<<< เราต้องรู้ทิศทางการเลื่อนของสมดุลก่อน เราจึงจะบอกถึงความแรงได้>>>

1. ถ้าสมดุลเลื่อนไปทางขวา CH 3COOH เป็นกรดแรงกว่า H 3O + / H 2O เป็นเบสแรงกว่า CH 3COO -

2. ถ้าสมดุลเลื่อนไปทางซ้าย H 3O + เป็นกรดแรงกว่า CH 3COOH / CH 3COO - เป็นเบสแรงกว่า H 2O

ถ้าค่า K > 1 สมดุลเลื่อนไปข้างหน้า(สารผลิตภัณฑ์มากกว่าสารตั้งต้น)

K < 1 สมดุลเลื่อนย้อนกลับ(สารผลิตภัณฑ์น้อยกว่าสารตั้งต้น)

K = 1 ไปข้างหน้าเท่ากับย้อนกลับ (สารผลิตภัณฑ์=สารตั้งต้น) ความแรงทั้ง 2 ข้างเท่ากัน

เปรียบเทียบกรดแก่กับเบสแก่

กรดแก่ และ เบสแก่

1. กรดแก่มีอะไรบ้าง

2. กรด Hydro = HCl HBr HI

3. กรด Oxy = HNO3 HClO3 HClO4 H2SO4

4. การแตกตัว 100%

5. การเป็นอิเล็กโทรไลต์ = แก่

1. เบสแก่มีอะไรบ้าง

2. หมู่ 1 = LiOH NaOH KOH RbOH CsOH

3. หมู่ 2 = Ca(OH)2 Sr(OH)2 Ba(OH)2

4. การแตกตัว 100 % ( หมู่ 2 แตก 200 %)

5. การเป็นอิเล็กโทรไลต์ = แก่

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