.. สมดุลเคมีคืออะไร
.. การคำนวณและการ ประยุกต์
.. หลักของเลอชาเตอลิเยร์

บทที่ 2

สมดุลไอออนในสารละลาย
(Ionic Equilibria in Aqueous Solution)

---

1. กรด เบส คืออะไร

1.1 กรด เบส ในชีวิตประจำวัน (Acid Base in Everyday Life)

สารประกอบจำพวกกรด เบส มีความสำคัญและเกี่ยวข้องกับชีวิตประจำวันของมนุษย์อย่างมาก ก่อนอื่นต้องทำความเข้าใจว่า กรด เบส คืออะไรอย่างง่ายๆ

สารละลายกรด คือสารละลายที่มีรสเปรี้ยว เปลี่ยนสีกระดาษลิตมัสจากน้ำเงินเป็นแดง หรือทำปฏิกิริยากับโลหะได้ แก๊ส H₂ และ เกลือ

สารละลายเบส คือสารละลายที่มีรสขม เปลี่ยนสีกระดาษลิตมัสจากแดงเป็นน้ำเงิน หรือมีลักษณะลื่นๆ สารละลายกรด เบส ในชีวิตประจำวันได้แก่อะไรบ้าง ลอง click ดูที่นี่ครับ

 

1.2 นิยามของกรด-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

ปฏิกิริยาระหว่างกรดกับเบสจึงเป็นการถ่ายเทโปรตอนจากกรดไปยังเบสเช่น แอมโมเนียละลายในน้ำ

NH_3(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) แกสารอื่น

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

click ตัวอย่าง ถ้าเปิดขวดสารเคมีของ HCl และ NH₃ ตั้งไว้ข้างกัน ปรากฏว่าเกิดควันขาวๆ ขึ้นเหนือขวดสาร อยากทราบว่า NH₃ เป็นกรดหรือเบส และตามทฤษฎีของใคร

 

1.3 การแตกตัวของน้ำและค่า pH ของสารละลาย

น้ำบริสุทธิ์จัดเป็นตัวทำละลายที่สำคัญ เป็นพวกนอน-อิเลคโตรไลท์ (nonelectrolyte) หรือไม่สามารถนำไฟฟ้า แต่จากการทดลองพบว่า น้ำบริสุทธิ์นำไฟฟ้าได้บ้างเล็กน้อย ทั้งนี้เพราะว่าน้ำสามารถแตกตัวได้เอง ซึ่งเรียกว่า self-ionization หรือ autoprotolysis

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

หรือ 2H₂O₍₁₎ = H₃O⁺ _(aq) + OH^- _(aq)

จากความสัมพันธ์ของ K_w ในปฏิกิริยาการแตกตัวของน้ำ

K_w = [H₃O⁺][OH^-] = 1.0 x 10^-14 ที่ 25 C

(K_w ที่ 0 C = 0.12 x 10^-14 และ ที่ 60 C = 9.6 x 10^-14 M²)

จะได้ pK_w = pH + pOH

โดยที่ pH ของ น้ำ = -log [H₃0⁺] = 7 และ pOH ของ น้ำ = -log[OH^-] = 7

โดยทั่วไปแล้ว ค่า pH ของสารละลายที่พบอยู่ทั่วไป จะมีค่าอยู่ในช่วง 1-14 เท่านั้น อย่างไรก็ตาม ค่า pH อาจแสดงค่าเป็นลบหรือมีค่ามากกว่า 14 ได้เช่นเดียวกัน

ตัวอย่าง ค่า pH ของนมสด เท่ากับ 6.5 ถ้านมเสีย (เปรี้ยว) ค่า pH ของนมเสียจะมากหรือน้อยกว่านมสด ตอบ น้อยกว่า

ตัวอย่าง จงหาค่า pH ของสารละลายที่เจือจางของ HCl เข้มข้น 1.0 x 10^-8 M

วิธีทำ HCl เจือจาง แตกตัวได้ H⁺ 1.0 x 10^-8 M และน้ำแตกตัวได้ H⁺ 1.0 x 10^-7 M

ปริมาณ H⁺ ที่เกิดขึ้น = 1.0 x 10^-8 + 1.0 x 10^-7 M

pH = -log (1.0 x 10^-8 + 1.0 x 10^-7 )

= 6.96