เอกสารประกอบการเรียนรู้ ว30223 กรด - เบส (acids base1) by Siriwut

เอกสารประกอบการเรี ยนรู้วชิ า เคมี (ว30223) หน่วยที่ 3 :กรด-เบส โดยครู ศิริวฒ ุ ิ บัวสมาน โรงเรี ยนศรี สมเด็จพิมพ์พฒั นาวิทยา หน้า

หน่ วยการเรียนรู้ที่ 3

กรด-เบส (ACID – BASE) 3.1 สารละลายอิเล็กโทรไลต์ (Electrolyte solution) สารละลาย (Solution) คือ ของผสมเนื้อเดียวที่ประกอบด้วย ตัวละลาย(ตัวถูกละลาย) + ตัวทาละลาย สารอิเล็กโทรไลต์ (Electrolyte) คือ สารที่แตกตัวเป็ นไอออนซึ่งนาไฟฟ้ าได้

 ประเภทของสารละลายแบ่ งตามสภาพการนาไฟฟ้ าเป็ นเกณฑ์ แบ่งออกเป็ น 2 ประเภท ดังนี้ 1. สารละลายนอนอิเล็กโทรไลต์ (Non-electrolyte solution) คือ สารละลายที่ไม่นาไฟฟ้ า เพราะ ตัวละลายไม่แตกตัวเป็ น ไอออนในตัวทาละลาย เช่น สารละลายน้ าตาลกลูโคส (C6H12O6) , สารละลายเอทานอล (C2H5OH) 2. สารละลายอิเล็กโทรไลต์ (Electrolyte solution) คือ สารที่ละลายน้ าแล้วแตกตัวเป็ นไอออนและนาไฟฟ้ าได้ เพราะมีสาร อิเล็กโทรไลต์เป็ นตัวละลาย ซึ่งประกอบด้วย ไอออนบวกและไอออนลบ เคลื่อนที่ในตัวทาละลาย เช่น สารละลายกรด สารละลายเบส และ สารละลายเกลือต่างๆ

 ประเภทของสารละลายอิเล็กโทรไลต์ แบ่ งตามปริมาณสารอิเล็กโทรไลต์ เป็ นเกณฑ์ สามารถแบ่งได้ 2 ประเภท ดังนี้ 1. อิเล็กโทรไลต์แก่ (Strong electrolyte) คือ สารที่ละลายน้ าแล้วแตกตัวเป็ นไอออนได้ท้ งั หมด (100%) เกิดไอออนบวกและ ไอออนลบปริ มาณมาก เช่น สารละลาย KNO3 , HNO3 , KOH

HNO3 (aq) + H2O (l)  H3O+ (aq) + NO3- (aq) 2. อิเล็กโทรไลต์ อ่อน (Weak electrolyte) คือ สารที่ละลายน้ าแล้วแตกตัวได้นอ้ ย ให้ไอออนได้เพียงบางส่วน เช่น สารละลาย

CH3COOH , NH3 NH3 (aq) + H2O (l)

NH4+ (aq) + OH- (aq) (บางส่วนของ NH3 ไม่แตกตัว)

* สารละลายอิเล็กโทรไลต์อาจมีสมบัติเป็ นกรด เบส หรื อเป็ นกลางก็ได้

3.2 สารละลายกรดและสารละลายเบส  3.2.1 สมบัติทวั่ ไปของสารละลายกรดและเบส สารละลายกรด 1. เป็ นสารอิเล็กโทรไลต์ นาไฟฟ้ าได้ 2. มีรสเปรี้ยว มีฤทธิ์กดั กร่ อน 3. มีค่า pH < 7 4. เปลี่ยนกระดาษลิตมัสจากสีนา้ เงินเป็ นสีแดง 5. ไม่เปลี่ยนสี ฟีนอล์ฟทาลีน 6. คายความร้อนเสมอเมื่อละลายน้ า 7. ทาปฏิกิริยากับเบสได้เกลือและนา้ 8. มักทาปฏิกิริยากับโลหะได้เกลือกับก๊าซ H2 (ยกเว้น โลหะมีตระกูล เช่น Ag , Au , Pt ) 9. ส่วนใหญ่มี H+ เป็ นองค์ประกอบ

สารละลายเบส 1. เป็ นสารอิเล็กโทรไลต์ นาไฟฟ้ าได้ 2. มีรสฝาดหรือขม ลื่นมือคล้ายสบู่ 3. มีค่า pH > 7 4. เปลี่ยนกระดาษลิตมัสจากสีแดงเป็ นสีนา้ เงิน 5. เปลี่ยนสี ฟีนอล์ฟทาลีนจากไม่มีสีเป็ นสี ชมพู 6. คายความร้อนเสมอเมื่อละลายน้ า 7. ทาปฏิกิริยากับกรดได้เกลือและนา้ 8. ไม่ทาปฏิกิริยากับโลหะ (ยกเว้น Al , Zn ) 9. ส่วนใหญ่มี OH- เป็ นองค์ประกอบ

 3.2.2 ประเภทของกรดและเบส ประเภทของกรด  แบ่ งตามลักษณะทีเ่ กิด แบ่งกรดได้ 2 ประเภท ดังนี้ 1. กรดอินทรีย์ ( Organic acid) หมายถึง กรดที่มีหมูค่ าร์บอกซิล (-COOH) หรื อหมู่ซลั โฟนิก (-SO3H) เป็ นหมู่ฟังก์ชนั อยู่ ในโมเลกุล ของกรด ส่วนใหญ่เป็ นกรดที่มีอยูใ่ นธรรมชาติหรื อได้จากสิ่ งมีชีวติ เช่น HCOOH (Formic acid ; กรดมด) , CH3COOH (Acetic acid ; กรดน้ าส้ม) , C6H5COOH (Benzoic acid ; กรดเบนโซอิก) , C6H5SO3H (กรดเบนซีนซัลโฟนิก) 2. กรดอนินทรีย์ (Inorganic acid) หมายถึง กรดที่เกิดจากสิ่ งไม่มีชีวติ (กรดแร่ ) แบ่งออกได้เป็ น 2 ประเภท คือ 2.1 กรดไฮโดร (Hydro acid) คือ กรดที่ประกอบด้วย ธาตุไฮโดรเจน (H) และอโลหะอื่นโดยไม่มีธาตุออกซิเจน (O) รวมอยู่ ด้วย เช่น HF , HCl , HBr , HI , HCN , H2S 2.2 กรดออกซิหรื อกรดออกโซ (Oxy acid or Oxo acid) คือ กรดที่ประกอบด้วย ธาตุไฮโดรเจน (H) อโลหะและ ธาตุออกซิเจน (O) รวมอยูด่ ว้ ย เช่น H2CO3 , H2SO4 , HNO3 , H3PO4 , HClO4 , H2SeO4 , H3AsO4  แบ่ งตามลักษณะของการแตกตัว แบ่งกรดได้ 2 ประเภท ดังนี้ 1. กรดแก่ (Strong acid) หมายถึง กรดที่ละลายน้ าแล้วแตกตัวให้ H+ มาก (100%) เช่น HCl , H2SO4 2. กรดอ่ อน (Weak acid) หมายถึง กรดที่ละลายน้ าแล้วแตกตัวให้ H+ น้อย เช่น CH3COOH , HCN  แบ่ งตามความเข้ มข้ น แบ่งกรดได้ 2 ประเภท ดังนี้ 1. กรดเข้ มข้ น (Concentrated acid) หมายถึง กรดที่มีปริ มาณเนื้อกรดมากมีน้ า/ตัวทาละลายน้อย เช่น HCl เข้มข้น 2. กรดเจือจาง (Diluted acid) หมายถึง กรดที่มีปริ มาณเนื้อกรดน้อยมีน้ า/ตัวทาละลายอยูม่ าก เช่น HCl เจือจาง ประเภทของเบส แบ่ งตามการเกิด อาจแบ่งเบสได้ 2 ประเภท คือ เบสอินทรีย์ เช่น CH3NH2 และ เบสอนินทรีย์ เช่น KOH  แบ่ งตามลักษณะของการแตกตัว แบ่งเบสได้ 2 ประเภท ดังนี้ 1. เบสแก่ (Strong base) หมายถึง เบสที่ละลายน้ าแล้วแตกตัวให้ OH- มาก (100%) เช่น NaOH , Ca(OH)2 2. เบสอ่ อน (Weak base) หมายถึง เบสที่ละลายน้ าแล้วแตกตัวให้ OH- น้อย เช่น NH4OH , NH3  แบ่ งตามความเข้ มข้ น แบ่งเบสได้ 2 ประเภท ดังนี้ 1. เบสเข้ มข้ น (Concentrated base) หมายถึง เบสที่มีปริ มาณเนื้อเบสมากมีน้ า/ตัวทาละลายน้อย เช่น NaOH เข้มข้น 2. เบสเจือจาง (Diluted base) หมายถึง เบสที่มีปริ มาณเนื้อเบสน้อยมีน้ า/ตัวทาละลายอยูม่ าก เช่น NaOH เจือจาง

 3.2.3 การเรียกชื่อกรดและเบส 1. การเรียกชื่อกรด 1.1 การเรียกชื่อกรดไฮโดร  ให้อ่าน “ไฮโดร” (Hydro) นำหน้า แล้วตามด้วยชื่ออโลหะแต่เปลี่ยนพยางค์ทา้ ยเป็ น “อิก”(-ic) เช่น HF  Hydrofluoric acid = กรดไฮโดรฟลูออริ ก HCl  ................................................................................ HBr ……………………………………………. HI …………………………………………………….. HCN ……………………………………………. H2S …………………………………………………….. 1.2 การเรียกชื่อกรดออกซิหรือกรดออกโซ 2.1 ถ้าอโลหะซึ่งรวมตัวกับ H และ O เกิดกรด 1 ชนิด ให้เรี ยกชื่ออะตอมกลาง แต่เปลี่ยนพยางค์ทา้ ยเป็ น “อิก”(-ic) เช่น H2CO3  Carbonic acid = กรดคาร์บอนิก H2SO4…………………………………………………….. HNO3 ……………………………………………. H3PO4 …………………………………………………….. 2.2 ถ้าอโลหะซึ่งรวมตัวกับ H และ O เกิดกรดออกโซ 2 ชนิด ให้เรี ยกชื่อธาตุอะตอมกลาง (อโลหะอื่นที่ไม่ใช่ HและO) แต่เปลี่ยนพยางค์ทา้ ยเป็ น “อิก”(-ic) เมื่อธาตุน้ นั มีเลขออกซิเดชันสูง (หรื อกรดนั้นมี O มากกว่า) หรื อเปลี่ยนพยางค์ทา้ ยเป็ น “อัส”(-ous) เมื่อธาตุน้ นั มีเลขออกซิเดชันต่า (หรื อกรดนั้นมี O น้อยกว่า)

เช่น ไนโตรเจน (N) เมื่อรวมตัวกับ H และ O เกิดกรด 2 ชนิด คือ HNO2 และ HNO3 HNO2  Nitrous acid = กรดไนตรัส HNO3 Nitric acid = กรดไนตริ ก H3PO3 …………………………………………… H3PO4 …………………………………………………… H2SO3 ……………………………………………. H2SO4……………………………………………………. การเรี ยกชื่อกรดออกโซดังกล่าวข้างต้น เป็ นการเรี ยกชื่อสามัญ (Common name) นอกจากเรี ยกชื่อสามัญแล้วอาจเรี ยกชื่อกรดใน ระบบ IUPAC (IUPAC name) ชื่อการเรี ยกชื่อกรดในระบบนี้ ให้บอกจานวนอะตอมของธาตุออกซิเจน (O) ด้วยเป็ นภาษากรี ก และอ่าน ธาตุออกซิเจนว่า “ออกโซ” (Oxo-) แล้วตามด้วยธาตุอะตอมกลางที่เปลี่ยนพยางค์ทา้ ยเป็ น “อิก”(-ic) เช่น ชนิดของกรด ชื่อสามัญ (Common name) ชื่อตามระบบ IUPAC (IUPAC name) จานวนนับ ภาษากรีก H2SO3 Sulfurous acid = กรดซัลฟิ วรัส กรดไตรออกโซซัลฟิ วริ ก 1 Mono- 6 HexH2SO4 2 7 HeptDiHNO2 3 8 TriOctHNO3 4 Tetra- 9 NonH3PO3 5 Pent- 10 DecH3PO4 2.3 ถ้าธาตุอโลหะที่เป็ นอะตอมกลางเกิดกรดได้มากกว่า 2 ชนิด การเรี ยกชื่อกรดต้องใช้คามาเติมหน้าชื่อกรด ดังนี้ - ใช้คาว่า “ ไฮโป” (Hypo) สาหรับกรดที่มีจานวนออกซิเจน (O) น้อยที่สุด (อะตอมกลางมีเลขออกซิเดชันต่ากว่ากรดอัส) - ใช้คาว่า “ เปอร์ ” (per) สาหรับกรดที่มีจานวนออกซิเจน (O) มากที่สุด (อะตอมกลางมีเลขออกซิเดชันสูงกว่ากรดอิก) ชนิดของกรด เลขออกซิเดชันของ Cl ซึ่งเป็ นอะตอมกลาง ชื่อสามัญ ชื่อ IUPAC HClO +1 HClO2 +3 Chlorous acid = กรดคลอรัส Dioxochloric acid HClO3 +5 Chloric acid = กรดคลอริ ก Trioxochloric acid HClO4 +7 * นอกจากใช้ ไฮโป และเปอร์ นาหน้าแล้ว ยังมีการใช้คาอื่นนาหน้าอีก เช่น ออร์ โธ เมตา ไพโร ได เป็ นต้น 2. การเรียกชื่อเบส (ในที่น้ ีจะกล่าวถึงเฉพาะเบสที่เป็ นสารประกอบไฮดรอกไซด์ของโลหะหรื อหมูเ่ ทียบเท่าโลหะ (NH4+)เท่านั้น) การเรี ยกชื่อเบสกรณี น้ ี ให้เรี ยกชื่อโลหะหรื อไอออนบวกก่อนแล้วตามด้วยคาว่า “ไฮดรอกไซด์” (hydroxide) แต่กรณี ที่โลหะมี เลขออกซิเดชันได้หลายค่าต้องบอกเลขออกซิเดชันเป็ นตัวเลขโรมัน ในวงเล็บท้ายชื่อโลหะด้วย เช่น NaOH  Sodiumhydroxide = โซเดียมไฮดรอกไซด์ Fe(OH)2  Iron (II) hydroxide = ไอร์ออน (II)ไฮดรอกไซด์ KOH ……………………………………………… LiOH ……………………………………………………. Mg(OH)2…………………………………………… Ba(OH)2……………………………………………………. Ca(OH)2……………………………………………. Al(OH)3…………………………………………………… NH4OH ……………………………………………. Fe(OH)3…………………………………………………….

 3.2.4 ไอออนในสารละลายกรด สารละลายกรดทุกชนิดเมื่อละลายน้ าจะแตกตัวให้ไฮโดรเจนไอออน (H+) เหมือนกันแต่ไอออนลบต่างกัน เช่น

HCl (aq)  H+ (aq) + Cl- (aq) แต่ไฮโดรเจนไอออน (H+)ในสารละลายกรดจะรวมตัวกับน้ า (H2O) เป็ น [H[H2O]+ ได้ไฮโดรเนียมไอออน (H3O+) ดังนั้นจึง

เขียนสมการเคมีแสดงสารละลายกรดได้อีกแบบหนึ่ง เช่น HCl (aq) + H2O (l)  H3O+ (aq) + Cl- (aq)

* สรุป ไอออนในสารละลายที่แสดงสมบัติเป็ นกรด คือ ไฮโดรเนียมไอออน (H3O+) หรื อโปรตอน (H+)

 3.2.5 ไอออนในสารละลายเบส สารละลายเบสทุกชนิดเมื่อละลายน้ าจะแตกตัวให้ไฮดรอกไซด์ ไอออน(OH-) เหมือนกันแต่ไอออนบวกต่างกัน เช่น

NaOH (s) + H2O (l)  Na+ (aq) + OH- (aq) * สรุป ไอออนในสารละลายที่แสดงสมบัติเป็ นเบส คือ ไฮดรอกไซด์ ไอออน ( OH- )

 3.2.6 สารละลายกรดและสารละลายเบสทีใ่ ช้ ประโยชน์ ในชีวติ ประจาวัน ในชีวติ ประจาวันเราใช้สารละลายกันมากมาย มีท้ งั สารละลายกรด สารละลายเบส และสารละลายที่เป็ นกลาง ซึ่งสารละลาย เหล่านี้มีความสาคัญต่อชีวติ ประจาวันของมนุษย์มาก เช่น ใช้ปรุ งอาหาร ใช้ทาความสะอาด ใช้เป็ นยาฆ่าเชื้อโรค ใช้ในอุตสาหกรรมต่างๆ ชื่อสารละลาย 1. น้ ามะนาว 2. น้ าส้มสายชู 3. น้ าอัดลม 4. น้ ายาล้างห้องน้ า 5. น้ ามะขาม 6. น้ าส้ม 7. น้ าสบู่หรื อผงซักฟอก 8. น้ าขี้เถ้า 9. น้ าปูนใส 10. สารละลายน้ าตาลทราย

การเปลีย่ นสีของกระดาษลิตมัส

สมบัตขิ องสารละลาย

3.3 ทฤษฎีกรด – เบส 3.3.1 ทฤษฎีกรด – เบส ของอาร์ เรเนียส (Arrhenius acid-base theory) พ.ศ. 2430 (ค.ศ.1887)  กรด คือ สารที่ละลายน้ าแล้วแตกตัวให้ไฮโดรเจนไอออน (H+ ) ซึ่งเรี ยกอีกชื่อหนึ่งคือ โปรตอน เช่น HCl (aq) + H2O (l)  H+ (aq) + Cl- (aq)  เบส คือ สารที่ละลายน้ าแล้วแตกตัวให้ไฮดรอกไซด์ ไอออน (OH- ) เช่น NaOH (s) + H2O (l)  Na+ (aq) + OH- (aq) * เนื่องจากทฤษฎีกรด – เบส ของอาร์เรเนียสอาศัยการละลายน้ าเป็ นเกณฑ์และเกี่ยวข้องกับ H และ OH- จึงทา ให้ เกิดข้ อจากัดในการใช้ ดังนี้ 1. สารที่เป็ นกรด ต้องมี H เป็ นองค์ประกอบร่ วมด้วย เช่น HNO3 , H2CO3 +

และสารที่เป็ นเบส ต้องมีหมู่ OH เป็ นองค์ประกอบร่ วมด้วย เช่น NaOH , Ca(OH)2 2. ทฤษฎีน้ ีจะอธิบายสารที่เป็ นกรดและเบสได้ สารนั้นต้องละลายน้ าได้ 3. ทฤษฎีน้ ีไม่สามารถอธิบายเกลือที่ละลายน้ าได้ เช่น K2CO3 , Na3PO3

สวันเต เอากุสต์ อาร์ เรเนียส นักเคมีชาวสวีเดน

3.3.2 ทฤษฎีกรด – เบส ของเบรินสเตด-ลาวรี (Bronsted-Lawry acid-base theory) พ.ศ.2466 (ค.ศ.1923)  กรด คือ สารที่ให้ ไฮโดรเจนไอออนหรือโปรตอน (H+ ) แก่สารอื่น (proton donor) เช่น HCl (aq) + H2O (l)  H3O+ (aq) + Cl- (aq)  เบส คือ สารที่รับไฮโดรเจนไอออนหรือโปรตอน (H+ ) จากสารอื่น (proton acceptor)

เช่น

NH3 (aq) + H2O (l)

NH4+ (aq) + OH- (aq)

* ทฤษฎีกรด – เบส ของเบริ นสเตด-ลาวรี สามารถนามาอธิบายว่าสารประกอบเกลือที่ละลายน้ า

โยฮันเนส นิโคเลาส์ + 2เช่น Na2CO3 (s)  2Na (aq) + CO3 (aq) เบริ นสเตด 2CO3 (aq) + H2O (l) HCO3 (aq) + OH (aq) นักเคมีชาว * ทฤษฎีกรด – เบส ของเบริ นสเตด-ลาวรี มีข้อจากัดในการใช้ ดังนี้ เดนมาร์ ก + 1. สารที่จะเป็ นกรดหรื อเบสได้น้ นั ต้องมีการให้และรับโปรตอน (H ) เท่านั้น ในบางกรณี ที่ไม่มีการให้ และรับโปรตอนจะเป็ นกรดหรื อเบสได้ตอ้ งใช้ทฤษฎีกรด-เบสอื่นอธิบาย

ทอมัส มาร์ ติน ลาวรี นักเคมีชาว อังกฤษ

ได้แสดงสมบัติเป็ นกรดหรื อเบสได้อย่างไร (ซึ่งทฤษฎีกรด – เบส ของอาร์เรเนียสไม่สามารถอธิบายได้)

 สารแอมฟิ โปรติก(Amphiprotic substance) หรื อสารแอมโฟเทอริก (Amphoteric substance) คือ สารที่ทาหน้าที่ เป็ นได้ท้ งั กรดและเบส เพราะ สามารถให้และรับโปรตอนได้ เช่น HCO3- , HS- , H2O , NH3 เช่น HCO3-(aq) + OH- (aq) H2O (l) + CO32-(aq) กรณี น้ ี HCO3- เป็ น กรด HCO3-(aq) + H2O (l) OH- (aq) + H2CO3 (aq) กรณี น้ ี HCO3- เป็ น เบส 3.3.3 ทฤษฎีกรด – เบส ของลิวอีส (Lewis acid-base theory) พ.ศ.2466 (ค.ศ.1923)  กรด คือ สารที่รับ อิเล็กตรอนคู่โดดเดี่ยวจากสารอื่น เพื่อเกิดพันธะโคออดิเนตโควาเลนต์  เบส คือ สารที่ให้ อิเล็กตรอนคู่โดดเดี่ยวแก่สารอื่น เพื่อเกิดพันธะโคออดิเนตโควาเลนต์ .. .. H + เช่น H + :OH ..  :O H + H รับอิเล็กตรอนคู่โดดเดี่ยวจาก OH กลายเป็ นน้ า (H2O) ดัง นั้น H+ เป็ นกรด และOH- เป็ นเบส

กิลเบิร์ต นิวตัน ลิวอิส

* สรุป ทฤษฎีกรด – เบส ของลิวอีสให้นิยามกรด-เบสกว้างกว่าทุกทฤษฎี

นักเคมีชาวอเมริ กนั

ทฤษฎีกรด – เบส ของลิวอีส ทฤษฎีกรด – เบส ของอาร์เรเนียส ทฤษฎีกรด – เบส ของเบริ นสเตด-ลาวรี * ให้นกั เรี ยนทาตารางสรุ ปทฤษฎีกรด-เบส เพื่อให้เกิดความเข้าใจมากยิง่ ขึ้น ทฤษฎีกรด-เบส กรด

เบส

ข้ อจากัด

3.4 คู่กรด-เบส ในปฏิกิริยาผันกลับได้ระหว่างกรดกับเบสตามทฤษฎีกรด-เบสของเบริ นสเดต-ลาวรี จะเห็นได้วา่ ทั้งปฏิกิริยา ไปข้างหน้าและปฏิกิริยาย้อนกลับต่างก็เป็ นปฏิกิริยาระหว่างกรดกับเบส สารที่ทาหน้าที่เป็ นกรดในปฏิกิริยาไปข้างหน้า กับสาร ที่ทาหน้าที่เป็ นเบสในปฏิกิริยาย้อนกลับ หรื อสารที่ทาหน้าที่เป็ นเบสในปฏิกิริยาไปข้างหน้า กับสารที่ทาหน้าที่เป็ นกรดใน ปฏิกิริยาย้อนกลับ เราเรี ยกว่า คู่กรด-เบส(Conjugate acid-base pair) สารที่เป็ นคู่กรดเบสกันจะมีจานวนโปรตอน (H+) ต่างกันอยู่ 1 โปรตอน คู่กรด-เบส

ตัวอย่าง 1

H3O+ (aq) + CH3COO- (aq)

CH3COOH (aq) + H2O (l) กรด 1

เบส 2 กรด 2 คู่กรด-เบส

เบส 1

CH3COOH และ CH3COO- เป็ นคู่กรด-เบสกัน คือ CH3COOH เป็ นคู่กรดของเบส (CH3COO- ) และ CH3COO- เป็ นคู่เบสของกรด (CH3COOH) ทานองเดียวกัน H3O+ และ H2O เป็ นคู่กรด-เบสกัน คือ H3O+ เป็ นคู่กรดของเบส (H2O) และ H2O เป็ นคูเ่ บสของกรด (H3O+ ) คู่กรด-เบส

ตัวอย่าง 2

NH3 (aq) + H2O (l) เบส 1

NH4+ และ NH3

กรด 2

NH4+ (aq) + OH- (aq)

กรด 1 คู่กรด-เบส

เป็ นคู่กรด-เบสกัน

H2O และ OH- เป็ นคู่กรด-เบสกัน คือ

เบส 2

คือ NH4+ เป็ นคู่กรดของเบส (NH3 ) และ NH3 เป็ นคู่เบสของกรด (NH4+) ทานองเดียวกัน H2O เป็ นคู่กรดของเบส (OH-) และ OH- เป็ นคู่เบสของกรด (H2O )

*สรุ ป สารที่เป็ นคู่กรด-เบสกันจะมีโปรตอน(H+) ต่างกัน 1 ตัว โดยสารที่มีจานวนโปรตอนมากกว่าเป็ นคู่กรด ส่วนสารที่มีจานวน โปรตอนน้อยกว่าจะเป็ นคู่เบส และปฏิกิริยากรด-เบสที่ผนั กลับได้จะมีคู่กรด-เบสอย่างน้อย 2 คู่

3.5 ความแรงของกรดและเบส (Strenghts of acids and bases ) ตามทฤษีกรด-เบสของเบริ นสเตด-ลาวรี ความแรงของกรด หมายถึง ความสามารถในการให้โปรตอน (H+) ของกรด ความแรงของเบส หมายถึง ความสามารถในการรับโปรตอน (H+) ของเบส หรื อ ความแรงของกรด-เบส ก็คือ ความอ่อนแก่ของกรดและเบสนัน่ เอง ดังนั้น ตามทฤษีกรด-เบสของเบริ นสเตด-ลาวรี พิจารณาได้ดงั นี้ กรดแก่ คือ กรดที่สามารถให้โปรตอน(H+) ได้ดีหรื อได้ง่าย กรดอ่ อน คือ กรดที่ให้โปรตอน(H+) ได้ไม่ดีหรื อได้ยาก เบสแก่ คือ เบสสามารถรับโปรตอน(H+) ได้ดีหรื อได้ง่าย เบสอ่ อน คือ เบสที่รับโปรตอน(H+) ได้ไม่ดีหรื อได้ยาก

ตัวอย่างเช่ น ถ้า HA เป็ นกรดชนิดหนึ่ง ความแรงของกรดและเบสตามทฤษีกรด-เบสของเบริ นสเตด-ลาวรี พิจารณา ได้ดงั นี้ HA (aq) + H2O (l) H3O+ (aq) + A- (aq) ; K มีค่าน้อยมาก กรดอ่อน

เบสอ่อน

กรดแก่

เบสแก่

* สรุ ป ถ้ากรดใดเป็ นกรดแก่ H2O (l)คู่เบสของกรดนั้นจะเป็ นเบสอ่ อน ถ้ากรดใดเป็ นกรดอ่ อน คู่เบสของกรดนั้นจะเป็ นเบสแก่ การเปรี ยบเทียบความแรงของกรด-เบสนั้น จะต้องใช้กรด-เบส ก่อนแตกตัวที่มีความเข้มข้นเท่ากัน แล้วใช้ค่าการนาไฟฟ้ า ,ร้อย ละการแตกตัว , pH , และ Ka หรื อ Kb เป็ นเกณฑ์ในการเปรี ยบเทียบความแรงของกรด-เบสนั้น ความแรงของกรด กับค่า การนาไฟฟ้ า ,ร้อยละการแตกตัว , และ Ka แปรผันตาม  ความแรงของกรด กับค่า pH (pH < 7 = กรด) แปรผกผัน  ความแรงของเบส กับค่า การนาไฟฟ้ า ,ร้อยละการแตกตัว , pH , และ Kb แปรผันตาม 

3.5.1 หลักการพิจารณาความแรงของกรดและเบส หลักการพิจารณาความแรงของกรด 1. กรดไฮโดร ความแรงของกรดไฮโดรพิจารณาได้จาก.......................................................................................................... ..................................................................................................................................................................................................... 1.1 ในหมู่เดียวกัน ความแรงของกรดจะ................................................................................................................................... ...................................................................................................................................................................................................... 1.2 ในคาบเดียวกัน ความแรงของกรดจะ.................................................................................................................................. .......................................................................................................................................................................................................

2. กรดออกซิหรือกรดออกโซ ความแรงของกรดสามารถพิจารณาได้หลายวิธี ดังนี้ 2.1 พิจารณาจากจานวนอะตอมของธาตุออกซิเจนซึ่งไม่ เกิดพันธะกับธาตุไฮโดรเจน ..................................................................................................................................................................................................... ..................................................................................................................................................................................................... 2.2 พิจารณาจากขนาดอะตอมหรือค่ าอิเล็กโทรเนกาติวติ ขี องอะตอมกลาง ..................................................................................................................................................................................................... ..................................................................................................................................................................................................... 2.3 พิจารณาจากตารางธาตุ ..................................................................................................................................................................................................... 2.3.1 ในหมู่เดียวกัน ..................................................................................................................................................................................................... ..................................................................................................................................................................................................... 2.3.2 ในคาบเดียวกัน ..................................................................................................................................................................................................... ..................................................................................................................................................................................................... .....................................................................................................................................................................................................

หลักการพิจารณาความแรงของเบส 1. พิจารณาจากความแรงของกรด ..................................................................................................................................................................................................... ..................................................................................................................................................................................................... 2. พิจารณาจากตารางธาตุ ..................................................................................................................................................................................................... 2.1 ในหมู่เดียวกัน ..................................................................................................................................................................................................... ..................................................................................................................................................................................................... 2.2 ในคาบเดียวกัน ..................................................................................................................................................................................................... .....................................................................................................................................................................................................

3.6 การแตกตัวของกรดและเบส 3.6.1 การแตกตัวของกรดแก่ และเบสแก่ 1. การแตกตัวของกรดแก่ กรดแก่ เมื่อละลายน้ าเป็ นสารละลายจะแตกตัวเป็ นไอออนได้หมด (100%) (ยกเว้นสารละลายที่มีความเข้มข้นมากๆ) ดังนั้น เมื่อกรดแก่ละลายน้ าจึงมีเฉพาะการเปลี่ยนแปลงไปข้างหน้าเพียงอย่างเดียว และเกิดอย่างสมบูรณ์ เช่น การแตกตัวในน้ าของ HCl ที่มีความเข้มข้น 1 mol/ dm3



H3O+ (aq) + Cl- (aq) 1 mol/ dm3 1 mol/ dm3 จากสมการการแตกตัว HCl (g) ในน้ าถ้าใช้ HCl 1 mol/ dm3 จะแตกตัวหมดให้ [H3O+ ] และ [Cl-] คือ อย่างละ 1 mol/ dm3 HCl (g) + 1 mol/ dm3

H2O (l)

ตามลาดับ ดังนั้น ถ้าให้ HA เป็ นสูตรทัว่ ไปของกรดแก่ เมื่อละลายน้ าเขียนสมการทัว่ ไปแสดงการเปลี่ยนแปลงได้ดงั นี้

HA +

H2O (l)



H3O+ (aq) + A- (aq)

ตัวอย่างกรดแก่ เช่น HI, HClO4 , HBr , HCl, H2SO4 , HNO3 2. การแตกตัวของเบสแก่ เบสแก่ เมื่อละลายน้ าเป็ นสารละลายจะแตกตัวเป็ นไอออนได้หมด (100%) (ยกเว้นสารละลายที่มีความเข้มข้นมากๆ) ดังนั้น เมื่อเบสแก่ละลายน้ าจึงมีเฉพาะการเปลี่ยนแปลงไปข้างหน้าเพียงอย่างเดียว และเกิดอย่างสมบูรณ์ เช่น การแตกตัวในน้ าของ NaOH ที่มีความเข้มข้น 1 mol/ dm3 H2O (l)

NaOH (s) 1 mol/ dm3

Na+ (aq) + OH- (aq) 1 mol/ dm3 1 mol/ dm3

จากสมการการแตกตัว NaOH (s) ในน้ าถ้าใช้ NaOH 1 mol/ dm3 จะแตกตัวหมดให้ [Na+] และ [OH-] คือ อย่างละ 1 mol/ dm3 ตามลาดับ ดังนั้น ถ้าให้ MOH เป็ นสูตรทัว่ ไปของเบสแก่ เมื่อละลายน้ าเขียนสมการทัว่ ไปแสดงการเปลี่ยนแปลงได้ดงั นี้

MOH

H2O (l)

+ OH- (aq)

M+ (aq)

ตัวอย่ างเบสแก่ เช่น เบสของธาตุหมู IA และ IIA (ยกเว้น Be(OH)2 ) ได้แก่ LiOH , NaOH, KOH , CsOH , Mg(OH)2 ,Ca(OH)2 ,Ba(OH)2

 ตัวอย่างการคานวณเกีย่ วกับการแตกตัวของกรดแก่ และเบสแก่ ตัวอย่ าง 1 กรดไนตริ ก (HNO3) เป็ นกรดแก่ ถ้ากรดนี้ 0.3 โมล ละลายในน้ า 600 cm3 ความเข้มข้นของไฮโดรเนียมไอออน (H3O+) เป็ นกี่ โมลต่อลูกบาศก์เดซิเมตร

วีธีคิด

เนื่องจาก HNO3 เป็ นกรดแก่จึงแตกตัวเป็ นไอออนได้หมด ซึ่งสามารถเขียนสมการการแตกตัวได้ HNO3 (l) + H2O (l)  H3O+ (aq) + NO3- (aq) จากสมการ ถ้า HNO3 1 mol แตกตัวให้ H3O+ = 1 mol ดังนั้น HNO3 0.3 mol แตกตัวให้ H3O+ = 0.3 mol สารละลาย HNO3 600 cm3 มี H3O+ = 0.3 mol ถ้าสารละลาย HNO3 1,000 cm3 มี H3O+ = 0.3x 1000 mol 600

= 0.5 mol ดังนั้น ความเข้มข้นของ H3O+ มีคา่ เท่ากับ 0.5 mol/dm3 ตอบ  ลองฝึ กทาดู สารละลายกรดไฮโดรคลอริ ก (HCl) เข้มข้น 0.5 mol จานวน 250 cm3 มีไฮโดรนียมไอออน (H3O+) และ คลอไรด์ไอออน (Cl--) อย่างละกี่โมลต่อลูกบาศก์เดซิเมตร วิธีค ด

…………………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………………………………. ………………………………………………………………………………………………………………………. ………………………………………………………………………………………………………………………. ………………………………………………………………………………………………………………………. ………………………………………………………………………………………………………………………. ………………………………………………………………………………………………………………………. 3.6.2 การแตกตัวของกรดอ่อน กรดอ่ อน เป็ นอิเล็กโทรไลต์อ่อน เมื่อละลายน้ าจะแตกตัวเป็ นไอออนไม่หมด ในสารละลายจะมีท้ งั ไอออนและโมเลกุลของ กรดที่ไม่แตกตัวอยู่ ดังนั้นเมื่อนากรดอ่อนละลายในน้ าจึงเกิดการเปลี่ยนแปลงที่ผนั กลับได้ ถ้าให้ HA เป็ นกรดอ่อน เมื่อละลายน้ า สามารถเขียนสมการแสดงการเปลี่ยนแปลงได้ ดังนี้

HA (aq) +

H2O (l)

H3O+ (aq) + A - (aq)

เอกสารประกอบการเรี ยนรู้วชิ า เคมี (ว30223) หน่วยที่ 3 :กรด-เบส โดยครู ศิริวฒ ุ ิ บัวสมาน โรงเรี ยนศรี สมเด็จพิมพ์พฒั นาวิทยา หน้า 10

เนื่องจากกรดอ่อนแตกตัวเป็ นไอออนได้ไม่หมด ดังนั้นในการบอกปริ มาณการแตกตัวของกรดอ่อนจึงนิยมบอกเป็ นร้อยละ ซึ่ง คานวณได้โดยใช้สูตรดังนี้

ร้ อยละของการแตกตัวของกรดอ่อน =

จานวนโมลของกรดอ่อนที่แตกตัว จานวนโมลของกรดอ่อนทังหมด ้

X 100

สารละลายกรดอ่อนจะมีการแตกตัวบางส่วนและมีภาวะสมดุลเกิดขึ้น ซึ่งสามารถหาค่าคงที่สมดุลได้ดงั นี้

HA (aq) + H2O (l) ค่ าคงทีส่ มดุลของกรดอ่ อน (Ka)

H3O+ (aq) + A - (aq) = [H3O+][ A -] = [H3O+][ A -] [HA][ H2O] [HA]

mol/dm3

* ถ้าค่า Ka ของกรดใดมีค่ามาก แสดงว่า กรดนั้นแตกตัวเป็ นไอออนได้มาก และมีความแรงของกรดสูง * ถ้าค่า Ka ของกรดใดมีค่าน้อย แสดงว่า กรดนั้นแตกตัวเป็ นไอออนได้นอ้ ย และมีความแรงของกรดต่า  * ถ้าค่า Ka> 1 เป็ นกรดแก่ , ถ้า 1 x 10-3  Ka  1 เป็ นกรดแก่ปานกลาง , ถ้า Ka< 1 x 10-3 เป็ นกรดอ่อน ตัวอย่ างของกรดอ่อน เช่น CH3COOH (กรดแอซิติก) ,HCN (ไฮโดรไซยานิก) , HCOOH (กรดฟอร์มิก)

 กรดมอนอโปรติก กรดมอนอโปรติก คือ กรดที่สามารถแตกตัวให้ H3O+ 1 ไอออนต่อ 1 โมเลกุลของกรด เช่น HCl, HNO3 HClO4 , HBr , HI ,

HNO2 , HCN ,CH3COOH, HCOOH 3.6.3 กรดพอลิโปรติก กรดพอลิโปรติก คือ กรดที่สามารถแตกตัวให้ H3O+ ได้มากกว่า 1 ไอออนต่อ 1 โมเลกุลของกรด * ถ้ากรดสามารถแตกตัวให้ H3O+ ได้ 2ไอออนต่อ1 โมเลกุลของกรด เรี ยกว่า กรดไดโปรติก (H2A)เช่น H2S, H2CO3 * ถ้ากรดสามารถแตกตัวให้ H3O+ ได้ 3ไอออนต่อ 1 โมเลกุลของกรด เรี ยกว่า กรดไตรโปรติก(H3A) เช่นเช่น H3PO4 ซึ่งกรดไดโปรติก (H2A) และ กรดไตรโปรติก(H3A) เมื่อละลายน้ าจะแตกตัว 2 และ 3 ขั้น ตามลาดับ 3.6.4 การคานวณเกีย่ วกับเกรดอ่ อน (โดยใช้ สูตรลัด)

สามารถคานวณหาความเข้มข้นของ H3O+ ของกรดอ่อนที่ภาวะสมดุล ได้ ดังนี้ [ H3 O + ] =

Ka x C a

; เมื่อ Ca คือ ความเข้มข้นของสารละลายกรดอ่อน

 ตัวอย่ างการคานวณเกี่ยวกับสมดุลของกรดอ่ อน ตัวอย่ างที่ 1 สารละลายกรดแอซิติก (CH3COOH) เข้มข้น 0.01 mol/dm3 ที่ 25 0C กรดแอซิติกแตกตัวได้ 4.2 % จงคานวณหาค่า Ka ของกรดแอซิติกที่ 25 0C วิธีคดิ ……………………………………………………………………………………………………………

เอกสารประกอบการเรี ยนรู้วชิ า เคมี (ว30223) หน่วยที่ 3 :กรด-เบส โดยครู ศิริวฒ ุ ิ บัวสมาน โรงเรี ยนศรี สมเด็จพิมพ์พฒั นาวิทยา หน้า 11

3.6.5 การแตกตัวของเบสอ่อน เบสอ่อน เป็ นอิเล็กโทรไลต์อ่อน เมื่อละลายน้ าจะแตกตัวเป็ นไอออนไม่หมด ในสารละลายจะมีท้ งั ไอออนและโมเลกุลของเบสที่ไม่ แตกตัวอยู่ ดังนั้นเมื่อนาเบสอ่อนละลายในน้ าจึงเกิดการเปลี่ยนแปลงที่ผนั กลับได้ ถ้าให้ B เป็ นเบสอ่อน เมื่อละลายน้ าสามารถเขียน สมการแสดงการเปลี่ยนแปลงได้ ดังนี้

B (aq) +

H2O (l)

BH+ (aq) + OH - (aq)

เนื่องจากเบสอ่อนแตกตัวเป็ นไอออนได้ไม่หมด ดังนั้นในการบอกปริ มาณการแตกตัวของเบสอ่อนจึงนิยมบอกเป็ นร้อยละ ซึ่ง คานวณได้โดยใช้สูตรดังนี้

ร้ อยละของการแตกตัวของเบสอ่อน =

จานวนโมลของเบสอ่อนที่แตกตัว จานวนโมลของเบสอ่อนทังหมด ้

X 100

 3.6.6 การคานวณเกี่ยวกับสมดุลของเบสอ่ อน

BH+ (aq) + OH - (aq) เมื่อ B แทน เบสอ่อน = [BH+][ OH -] = [BH+][ OH -] mol/dm3 [B][ H2O] [B] * ถ้าค่า Kb ของเบสใดมีค่ามาก แสดงว่า เบสนั้นแตกตัวเป็ นไอออนได้มาก และมีความแรงของเบสสู ง * ถ้าค่า Kb ของเบสใดมีค่าน้อย แสดงว่า เบสนั้นแตกตัวเป็ นไอออนได้นอ้ ย และมีความแรงของเบสต่า การคานวณเกี่ยวกับเรื่องเบสอ่ อน (โดยใช้ สูตรลัด) สามารถคานวณหาความเข้มข้นของ OH- ของเบสอ่อนที่ภาวะสมดุล ได้ ดังนี้ สมการ B (aq) + H2O (l) ค่ าคงทีส่ มดุลของเบสอ่ อน (Kb)

[OH- ] =

Kb x C b

; เมื่อ Cb คือ ความเข้มข้นของสารละลายเบสอ่อน

 ตัวอย่ างการคานวณเกี่ยวกับสมดุลของเบสอ่ อน ตัวอย่ างที่ 1 สารละลายแอมโมเนีย (NH3) 0.01 mol/dm3 พบว่าที่สมดุลแตกตัวไป 4.2 % จงหาค่า Kb ของ NH3 (aq) วิธีคดิ ……………………………………………………………………………………………………………

………………………………………………………………………………………………………………………. ………………………………………………………………………………………………………………………. ………………………………………………………………………………………………………………………. ………………………………………………………………………………………………………………………. ………………………………………………………………………………………………………………………. ………………………………………………………………………………………………………………………. ………………………………………………………………………………………………………………………. ………………………………………………………………………………………………………………………. ……………………………………………………………………………………………………………………….

เอกสารประกอบการเรี ยนรู้วชิ า เคมี (ว30223) หน่วยที่ 3 :กรด-เบส โดยครู ศิริวฒ ุ ิ บัวสมาน โรงเรี ยนศรี สมเด็จพิมพ์พฒั นาวิทยา หน้า 12

3.7 การแตกตัวเป็ นไอออนของนา้ บริสุทธิ์ เนื่องจากน้ าบริ สุทธิ์ นาไฟฟ้ าได้นอ้ ยมาก ไม่สามารถตรวจสอบได้ดว้ ยเครื่ องตรวจการนาไฟฟ้ าชนิดธรรมดา แสดง ว่าน้ าแตกตัวเป็ นไอออนได้นอ้ ยมาก จึงถือว่าน้ าเป็ นอิเล็กโทรไลต์ที่อ่อนมาก น้ าเป็ นสารแอมฟิ โปรติก (เป็ นได้ท้ งั กรด และเบส) เพราะสามารถให้และรับโปรตอน (H+) ได้ ดังนั้นน้ าบริ สุทธิ์ จึงสามารถแตกตัวเป็ นไฮโดรเนียมไอออน (H3O+) และไฮดรอกไซด์ไอออน (OH-) และเกิดภาวะ สมดุล ดังนี้ H2O (l) + H2O (l) H3O+ (aq) + OH - (aq) ค่าคงที่สมดุลของน้ า

Kw = [H3O+] [OH -]

ค่าคงที่สมดุลของน้ า (Kw) ขึ้นอยูก่ บั อุณหภูมิ ถ้าอุณหภูมิสูงขึ้นน้ าจะแตกตัวได้มากขึ้น ดังนั้นในการบอกค่า Kw จะต้องบอกอุณหภูมิดว้ ย เช่น ที่อุณหภูมิ 25 องศาเซลเซี ยส ค่า Kw = 1.0 x 10-14 mol2/dm6 Kw = [H3O+] [OH -] = 1.0 x 10-14 mol2/dm6 เนื่องจาก [H3O+] = [OH -] ดังนั้น [H3O+] = [OH -] = 1.0 x 10-14 mol2/dm6 = 1.0 x 10-7 mol/dm3 3.7.1 การคานวณหาค่ า Ka และ Kb โดยอาศัยค่ า Kw กรณี การหาค่า Kaของคู่กรดของเบสหรื อการหาค่า Kbของคูเ่ บสของกรด สามารถหาได้โดยใช้ความสัมพันธ์ดงั นี้

Ka x Kb = Kw

; Ka = Kw / Kb

; Kb = Kw / Ka

ตัวอย่าง 1 ถ้าค่า Ka ของ CH3COOH ที่ 25 องศาเซลเซี ยส มีค่าเท่ากับ 1.8 x x 10-5 mol/ dm3 จงคานวณหาค่า Kb ของ CH3COO- ซึ่งเป็ นคู่เบสของกรด CH3COOH วิธีคิด Ka x Kb = Kw Kw = 1.0 x 10-14 mol2/dm6 Kb = Kw Ka Kb = 1.0 x 10-14 mol2/dm6 1.8 x 10-5 mol/dm3 Kb = 5.56 x 10-10 mol/dm3 ดังนั้น ค่า Kb ของ CH3COO- ซึ่ งเป็ นคู่เบสของกรด CH3COOH มีค่าเท่ากับ 5.56 x 10-10 mol/dm3 บันทึกเพิม่ เติม ............................................................................................................................................................ ............................................................................................................................................................ ............................................................................................................................................................ ............................................................................................................................................................

เอกสารประกอบการเรี ยนรู้วชิ า เคมี (ว30223) หน่วยที่ 3 :กรด-เบส โดยครู ศิริวฒ ุ ิ บัวสมาน โรงเรี ยนศรี สมเด็จพิมพ์พฒั นาวิทยา หน้า 13

3.8 การเปลีย่ นความเข้ มข้ นของไฮโดรเนียมไอออน (H3O+) และไฮดรอกไซด์ ไอออน (OH-) ในนา้ (H2O) 3.8.1 การเปลีย่ นความเข้ มข้ นของไฮโดรเนียมไอออน และไฮดรอกไซด์ ไอออน ในนา้ เมื่อเติมกรด * สรุ ป เมื่อเติมกรดลงในน้ าบริ สุทธิ์ จะทาให้สมดุลของน้ าบริ สุทธิ์ เปลี่ยนไป โดยจะทาให้ความเข้มข้นของไฮโดร เนียมไอออน (H3O+) มากกว่า ไฮดรอกไซด์ไอออน (OH-)และความเข้มข้นของไฮโดรเนียมไอออน (H3O+)ใน สารละลายกรดจะมีค่ามากกว่า 1.0 x 10-7 mol/dm3 (การเปลี่ยนความเข้มข้นทาให้ภาวะสมดุลเปลี่ยนแต่ค่าคงที่สมดุล ไม่เปลี่ยน (Kw = [H3O+] [OH -] )) ถ้าทราบ [H3O+] สามารถคานวณหา [OH -]ได้จากสู ตร [OH -]= Kw/[H3O+] 3.8.2 การเปลีย่ นความเข้ มข้ นของไฮโดรเนียมไอออน และไฮดรอกไซด์ ไอออน ในนา้ เมื่อเติมเบส * สรุ ป เมื่อเติมเบสลงในน้ าบริ สุทธิ์ จะทาให้สมดุลของน้ าบริ สุทธิ์ เปลี่ยนไป โดยจะทาให้ความเข้มข้นของไฮดร อกไซด์ไอออน (OH-)มากกว่า ไฮโดรเนียมไอออน (H3O+) และไฮดรอกไซด์ไอออน (OH-)ในสารละลายเบสจะมีค่า มากกว่า 1.0 x 10-7 mol/dm3 (การเปลี่ยนความเข้มข้นทาให้ภาวะสมดุลเปลี่ยนแต่ค่าคงที่สมดุลไม่เปลี่ยน (Kw = [H3O+] [OH -] )) ถ้าทราบ [OH -] สามารถคานวณหา [H3O+] ได้จากสู ตร [H3O+] = Kw / [OH -] 3.9 pH ของสารละลาย 3.9.1 การวัด pH ของสารละลาย * pH ย่อมาจาก power of Hydrogen ion เป็ นค่าที่ใช้บอกความเป็ นกรดเบสของสารละลาย โดยบอกอยูใ่ นรู ปความ เข้มข้นของ H3O+ การบอกความเป็ นกรดเป็ นเบสของสารละลายโดยอาศัยค่าความเข้มข้นของ [H3O+] และ [OH -] ไม่สะดวกและ ผิดพลาดง่าย เพราะในสารละลายมักมีค่าความเข้มข้นของ [H3O+] และ [OH -] น้อยมาก (ส่ วนใหญ่เป็ นเลขยกกาลังที่ เป็ นลบ) ดังนั้นในปี 1909 เซอเรนซัน (S.P.L. Serenson) ได้เสนอวิธีบอกความเป็ นกรดเป็ นเบสของสารละลายขึ้นใหม่ คือ มาตราส่ วน pH (pH scale) โดยกาหนดให้ pH = - log [H+] หรื อ pH = - log [H3O+] หรื อ pH = log 1 / [H3O+] ลักษณะสาคัญของค่ า pH - ส่ วนมากมีค่าอยูร่ ะหว่าง 0-14 แต่อาจมีค่าติดลบ เป็ นศูนย์ หรื อมากกว่า 14 หรื อเป็ นจุด ทศนิยมก็ได้ และไม่มีหน่วย ตัวอย่าง 1 สารละลาย HCl เข้มข้น 0.1 mol/dm3 จะมี [H3O+] = 10-1 mol/dm3 จาก pH = - log [H3O+] ดังนั้น pH = - log (10-1) = 1 ในการบอกความเป็ นกรดเป็ นเบสของสารละลาย นอกจากจะบอกเป็ นมาตราส่ วน pH แล้วยังสามารถบอกเป็ น มาตราส่ วน pOH ก็ได้ (pOH ย่อมาจาก power of Hydroxide ion ) โดยกาหนดให้ pOH = - log [OH -] pH + pOH = 14 ถ้าทราบค่า pOH ก็สามารถหาค่า pH ได้โดยใช้สูตร

pH = 14 - pOH

เอกสารประกอบการเรี ยนรู้วชิ า เคมี (ว30223) หน่วยที่ 3 :กรด-เบส โดยครู ศิริวฒ ุ ิ บัวสมาน โรงเรี ยนศรี สมเด็จพิมพ์พฒั นาวิทยา หน้า 14

3.9.2 การคานวณหา pH ของสารละลาย (กาหนดให้ log 1 = 0 , log 2 = 0.301 , log 3 = 0.477 ) ตัวอย่าง 2 จงคานวณหา pH ของสารละลาย HCl เข้มข้น 0.002 mol/dm3 วิธีคดิ …………………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………………………………. ………………………………………………………………………………………………………………………. ………………………………………………………………………………………………………………………. ………………………………………………………………………………………………………………………. ………………………………………………………………………………………………………………………. ………………………………………………………………………………………………………………………. ตัวอย่าง 3 จงคานวณหา pH ของสารละลาย NaOH เข้มข้น 0.01 mol/dm3 วิธีคดิ …………………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………………………………. ………………………………………………………………………………………………………………………. ………………………………………………………………………………………………………………………. ………………………………………………………………………………………………………………………. ………………………………………………………………………………………………………………………. ………………………………………………………………………………………………………………………. ความเข้มข้นของ H3O+ ในสารละลายบอกถึงความเป็ นกรดหรื อเบสของสารละลาย ซึ่ งแสดงด้วยค่า pH การวัดค่า pH ของสารละลายจึงวัดความเข้มข้นของ H3O+ ในสารละลาย วิธีหนึ่งที่นิยมใช้ คือวัดด้วยพีเอชมิเตอร์ 3.10 อินดิเคเตอร์ สาหรับกรด-เบส สารที่ใช้บอกความเป็ นกรด-เบสของสารละลายอีกชนิดหนึ่ง เรี ยกว่า อินดิเคเตอร์ (Indicators) อินดิเคเตอร์ ส่ วนใหญ่เป็ นสารอินทรี ยท์ ี่มีสมบัติเป็ นกรดอ่อนหรื อเบสอ่อนมีสูตรโมเลกุลแตกต่างกัน แต่สามารถเขียน สู ตรทัว่ ไปได้เป็ น HIn ซึ่งเมื่ออยูใ่ นสารละลายจะเกิดการแตกตัวดังสมการ KIn = [H3O+][ In-] /[ HIn] HIn (aq) + H2O (l) H3O+ (aq) + In- ( aq) สี ของอินดิเคเตอร์ที่ปรากฎขึ้นอยูก่ บั ความเข้มข้นของ HIn และ In- ในสารละลาย การรบกวนสมดุลของอินดิเคเตอร์ โดยเติม H3O+ จากสารละลายกรดและ OH- จากสารละลายเบสลงไป จะทาให้ความเข้มข้นของ HIn และ Inเปลี่ยนแปลงไปด้วย ซึ่งการทดสอบความเป็ นกรด-เบสของสารละลาย ใช้สารละลายของอินดิเคเตอร์ 2-3 หยด ก็ สามารถสังเกตเห็นการเปลี่ยนแปลงของสี ได้ชดั เจน (สาหรับตัวอย่างอินดิเคเตอร์ และช่วง pH ของการเปลี่ยนสี ให้ นักเรี ยนดูในตารางที่ 10.6 ในหนังสื อเรี ยนเคมี 3 (ว 037) หน้า 114 บรรทัดที่ 6 เป็ นต้นไป ) ยูนิเวอร์ ซัลอินดิเคเตอร์ คือ อินดิเคเตอร์ ผสมที่เกิดจากการนาอินดิเคเตอร์ หลายชนิดที่เปลี่ยนสี ในช่วง pH ต่างๆ มา ผสมกันในอัตราส่ วนที่เหมาะสม ซึ่ งสามารถบอกค่า pH ของสารละลายได้ละเอียดมากขึ้น

เอกสารประกอบการเรี ยนรู้วชิ า เคมี (ว30223) หน่วยที่ 3 :กรด-เบส โดยครู ศิริวฒ ุ ิ บัวสมาน โรงเรี ยนศรี สมเด็จพิมพ์พฒั นาวิทยา หน้า 15

3.11 สารละลายกรด-เบสในชีวติ ประจาวันและในสิ่ งมีชีวติ ในชีวติ ประจาวันของนักเรี ยนได้เกี่ยวข้องกับสารชนิดต่าง ๆ เช่น อาหาร สบู่ สารซักล้างต่างๆ รวมทั้งสารใน สิ่ งมีชีวติ ทั้งพืชและสัตว์ ภายในร่ างกายของคนเราประกอบด้วยของเหลวชนิดต่างๆ หลายชนิดซึ่ งของเหลวแต่ละชนิด มีค่า pH เฉพาะตัว เช่น (ให้นกั เรี ยนศึกษาหนังสื อเรี ยนวิชาเคมี 3 (ว 037) หน้า 116 ตารางที่ 10.7 ประกอบด้วย ) สาร pH สาร pH น้ าย่อยในกระเพาะ 1.6-2.5 เลือด 7.35-7.45 ปัสสาวะ 5.5-7.0 น้ าดี 7.8-8.6 น้ าลาย 6.2-7.4 น้ าย่อยจากตับอ่อน 7.4-8.3 นักเรี ยนจะสังเกตเห็นว่า ของเหลวภายในร่ างกายส่ วนใหญ่มีค่า pH เป็ นช่วง บางชนิดมีช่วง pH กว้าง เช่น ปั สสาวะ บางชนิดมีช่วง pH แคบ เช่น เลือด การที่ของเหลวในร่ างกายส่ วนใหญ่มีค่า pH เป็ นช่วงเพราะ ค่า pH ของของเหลว ภายในร่ างกายแปรตามอาหารที่รับประทาน เช่น ถ้ารับประทานเนื้อสัตว์ ปั สสาวะจะมี pH ต่า เป็ นต้น ในชีวติ ประจาวันมักพบสารละลายที่มีความเป็ นกรดและเบสอยูเ่ สมอ สารละลายเหล่านี้ส่วนใหญ่มี pH ไม่แน่นอน ขึ้นอยูก่ บั วิธีการผลิตและสภาพแวดล้อม ดังนั้นจึงเขียนค่า pH เป็ นช่วง เช่น สาร pH สาร pH น้ าส้มสายชู 2.5-3.5 น้ าฝน 5.5-6.0 น้ ามะนาว 2.8-3.4 น้ าประปา 6.5-8.0 น้ าอัดลม 3.0-4.0 ไข่แดง 7.8-8.0 โรงงานอุตสาหกรรมบางแห่ งปล่อยสารประกอบออกไซด์ของกามะถัน ไนโตรเจนและคาร์ บอน เช่น SO2 , NO2 และ CO2 เมื่อฝนตกจะรวมตัวกับน้ าฝนทาให้น้ าฝนเป็ นกรด มีค่าpH ต่าเรี ยกว่าฝนกรด ซึ่งเป็ นอันตราย 3.12 ปฏิกริ ิยาของกรดและเบส 3.12.1 ปฏิกริ ิยาระหว่างกรดกับเบส จากทฤษฎีกรด-เบสของเบริ นสเตด-ลาวรี กล่าวว่า กรด คือสารที่ให้ โปรตอน (H+) เบส คือสารที่รับโปรตอน (H+) ดังนั้นปฏิกิริยาระหว่างกรดกับเบสจึงเป็ นปฏิกิริยาที่มีการถ่ายโอนโปรตอนระหว่างสารทั้งสอง และโดยทัว่ ไปแล้วกรด ทาปฏิกิริยากับเบสได้เกลือและน้ า (อาจเกิดเกลืออย่างเดียวก็ได้) ซึ่ งเกลือที่เกิดขึ้นอาจละลายน้ าได้หรื อไม่ละลายน้ าก็ ได้ เรี ยกปฏิกิริยาระหว่างกรดกับเบสว่า ปฏิกริ ิยาสะเทิน (Neutralization reaction) กรด + เบส  เกลือ + น้ า ตัวอย่างปฏิกิริยาระหว่างกรดกับเบส เช่น HCl (aq) + NaOH (aq)  NaCl (aq) + H2O (l) H2SO4 (aq) + Ba(OH)2 (aq)  Ba SO4 (s) + 2H2O (l) NH3(g) + HCl (aq)  NH4Cl(aq)

เอกสารประกอบการเรี ยนรู้วชิ า เคมี (ว30223) หน่วยที่ 3 :กรด-เบส โดยครู ศิริวฒ ุ ิ บัวสมาน โรงเรี ยนศรี สมเด็จพิมพ์พฒั นาวิทยา หน้า 16

*สรุ ป 1. H3O+ จากกรด ทาปฏิกิริยากับ OH- จากเบส เกิด เป็ น นา้ เรี ยกว่า ปฏิกริ ิยาสะเทิน 2. ไอออนลบจากกรดทาปฏิกิริยาจากไอออนบวกจากเบส เกิด เกลือ H2SO4 Ba(OH)2 SO4 2-(aq) + Ba2+ (aq)  Ba SO4 (s) 3. กรด + เบส  เกลือ + น้ า เช่น HNO3 (aq) + NH4OH (aq)  NH4NO3(aq) + H2O (l) 3.12.2 ปฏิกริ ิยาของกรดหรือเบสกับสารบางชนิด นอกจากกรดจะทาปฏิกิริยากับเบสได้แล้ว ทั้งกรดและเบสยังสามารถทาปฏิกิริยากับสารบางชนิดได้อีก ตัวอย่างปฏิกริ ิยาระหว่างกรดกับสารต่ างๆ เช่น 1. กรดสามารถทาปฏิกิริยากับโลหะที่วอ่ งไว ได้แก่ โลหะหมู่ IA IIA IIIA โลหะทรานสิ ชนั บางชนิดได้เกลือและ ก๊าซไฮโดรเจน เช่น 2HCl (aq) + Mg(s)  MgCl2 (aq) + H2 (g) กรด + โลหะ  เกลือ + H2 (g) (ยกเว้น โลหะมีตระกูล เช่น Au, Ag ,Pt) 2. กรดทาปฏิกิริยากับโลหะบางชนิดไม่ให้ก๊าซไฮโดรเจนแต่ได้เกลือกับก๊าซชนิดอื่น เช่น Cu (s) + 4HNO3 (aq)  Cu(NO3)2(aq) + 2NO 2 (g) + 2H2O (l) 3. กรดทาปฏิกิริยากับสารประกอบคาร์ บอเนตหรื อไฮโดรเจนคาร์ บอเนตได้เกลือชนิดใหม่ น้ าและก๊าซ คาร์ บอนไดออกไซด์ เช่น 2HCl (aq) + CaCO3 (s)  CaCl2 (aq) + H2O(l) + CO2 (g) HCl (aq) + NaHCO3 (s)  NaCl (aq) + H2O (l) + CO 2 (g) กรด + เกลือ CO32- หรื อ HCO3-  เกลือ + H2O(l) + CO 2 (g) 4. กรดทาปฏิกิริยากับสารประกอบออกไซด์ของโลหะได้เกลือกับน้ า เช่น 2HCl (aq)+Na2O(s)  2NaCl (aq) + H2O(l) 5. กรดทาปฏิกิริยากับสารประกอบซัลไฟด์ได้เกลือกับก๊าซไฮโดรเจนซัลไฟด์ (H2S) เช่น 2HCl (aq)+FeS (s)  FeCl2 (aq) + H2S (g) ตัวอย่างปฏิกริ ิยาระหว่างเบสกับสารต่ างๆ เช่น 1. เบสทาปฏิกิริยากับเกลือแอมโมเนียม ได้ เกลือชนิดใหม่ ก๊าซแอมโมเนีย (NH3) และน้ า (H2O) เช่น NaOH (aq) + NH4Cl (aq)  NaCl (aq) + NH3 (g) + H2O (l) 2. เบสแก่สามารถทาปฏิกิริยากับสารประกอบออกไซด์บางชนิดได้ เช่น SiO2 (s) + 2 NaOH (aq)  Na2SiO3 (aq) + H2O (l) 3. เบสบางชนิดสามารถทาปฏิกิริยากับโลหะบางชนิด ได้ก๊าซไฮโดรเจน เช่น 2Al (s) + 2NaOH (aq) + 2H2O (l)  2NaAlO 2 (aq) + 3H2 (g)

เอกสารประกอบการเรี ยนรู้วชิ า เคมี (ว30223) หน่วยที่ 3 :กรด-เบส โดยครู ศิริวฒ ุ ิ บัวสมาน โรงเรี ยนศรี สมเด็จพิมพ์พฒั นาวิทยา หน้า 17

3.12.3 ปฏิกริ ิยาไฮโดรลิซิส (Hydrolysis reaction) ปฏิกริ ิยาไฮโดรลิซิส หมายถึง ปฏิกิริยาระหว่างสารใดๆ กับน้ าแล้วเกิดสารใหม่ และสารละลายมีpH เปลี่ยนไป ปฏิกริ ิยาไฮโดรลิซิสของเกลือ (Salt Hydrolysis reaction) คือ ปฏิกิริยาระหว่างเกลือหรื อไอออนจากเกลือกับน้ าแล้ว ทาให้สารละลายมีpH เปลี่ยนแปลงไป เกลือ (salt) คือ สารประกอบไอออนิกที่ประกอบด้วยไอออนบวกที่เกิดจากโลหะหรื อหมู่เทียบเท่าโลหะ (NH4+)กับ ไอออนลบที่เกิดจากอโลหะ เมื่อนาเกลือไปละลายน้ าเกลือบางชนิดไม่ทาปฏิกิริยากับน้ า ทาให้สารละลายมีสมบัติเป็ น กลาง (pH=7) แต่เกลือบางชนิดทาปฏิกิริยากับน้ าหรื อเกิดปฏิกิริยาไฮโดรลิซิสได้ H3O+ หรื อ OH- เกิดขึ้นทาให้ สารละลายมีสมบัติเป็ นกรดหรื อเบส ถ้าจาแนกประเภทของเกลือโดยอาศัยปฏิกิริยาไฮโดรลิซิสเป็ นเกณฑ์ สามารถแบ่ง เกลือออกได้เป็ น 4 ประเภท ดังนี้ ประเภทของกรดและ องค์ ประกอบ ไอออนที่ pH ของ สมบัติของ ตัวอย่าง เบสทีท่ าให้ เกิดเกลือ ของเกลือ เกิดปฏิกริ ิยาไฮโดรลิ สารละลาย สารละลาย เกลือ ซิส NaCl,KNO3 1. กรดแก่ + เบสแก่ ไอออนลบจากกรดแก่และ ไม่มีไอออนที่ ประมาณ กลาง ไอออนบวกจากเบสแก่ KCl,CaCl2 เกิดปฏิกิริยาไฮโดรลิ 7 ซิส NH4Cl , 2. กรดแก่ + เบสอ่อน ไอออนลบจากกรดแก่และ ไอออนบวก น้อยกว่า กรด ไอออนบวกจากเบสอ่อน NH4Br 7 CH3COONa , 3. กรดอ่อน + เบสแก่ ไอออนลบจากกรดอ่อน ไอออนลบ มากกว่า เบส และไอออนบวกจากเบสแก่ KCN, NaCN 7 4. กรดอ่อน+เบสอ่อน ไอออนลบจากกรดอ่อน ทั้งไอออนบวกและ ไม่ กลาง กรด CH3COONH4 และไอออนบวกจากเบส ไอออนลบ สามารถ หรื อ เบส NH4CN, อ่อน ทานายได้ ขึ้นกับค่า Ka NH4NO2 , NH4F และKb 3.12.4 ประโยชน์ ของเกลือ เกลือเป็ นสารเคมีประเภทหนึ่งที่นบั ได้วา่ มีประโยชน์มาก เพราะมีการนาเกลือไปใช้ประโยชน์ในหลายๆด้าน ดังนี้ 1. .................................................................................................................................................................................... 2. . .................................................................................................................................................................................... 3. .................................................................................................................................................................................... 4. . .................................................................................................................................................................................... 5. . ....................................................................................................................................................................................  การคานวณเกีย่ วกับไฮโดรลิซิส Kh = Kw/Ka หรือ Kh = Kw/Kb ; เมื่อ Kh คือ ค่าคงที่สมดุลไฮโดรลิซิส

เอกสารประกอบการเรี ยนรู้วชิ า เคมี (ว30223) หน่วยที่ 3 :กรด-เบส โดยครู ศิริวฒ ุ ิ บัวสมาน โรงเรี ยนศรี สมเด็จพิมพ์พฒั นาวิทยา หน้า 18

3.13 การไทเทรต กรด-เบส การไทเทรตกรด-เบส หมายถึงกระบวนการหาปริ มาณของสาร โดยทราบความเข้มข้นของกรดหรื อเบสอย่าง ใดอย่า งหนึ่ ง และทราบปริ ม าตรของสารละลายทั้ง สองชนิ ด ที่ ท าปฏิ กิ ริ ย ากัน พอดี ก็ ส ามารถหาความเข้ม ข้น ของ สารละลายอีกชนิดหนึ่งได้ จุดที่กรดและเบสทากันพอดี เรี ยกว่า จุดสมมูล (Equivalent point) ซึ่ งจุดสมมูลของกรดและ เบสแต่คู่จะมี pH ที่ต่างกัน ซึ่ งขึ้นอยูก่ บั ชนิ ดของกรดและเบสที่ทาการไทเทรต หากไทเทรตระหว่างกรดแก่กบั เบสแก่ จุดสมมูลจะมี pH เท่ากับ 7ไทเทรตระหว่างกรดอ่อนกับเบสแก่ จุดสมมูลจะมี pH มากกว่า 7 และ ไทเทรตระหว่างกรด แก่กบั เบสอ่อน จุดสมมูลจะมี pH น้อยกว่า 7

รู ปการจัดอุปกรณ์ในการไทเทรต

รู ปแสดงการไทเทรต

ในการไทเทรตระหว่างกรดกับเบส เราไม่ทราบว่าถึงจุดสมมูลแล้วหรื อยัง หรื อเกินไปแล้วดังนั้นเราจึงต้อง อาศัยอินดิเคเตอร์ เป็ นตัวบอกหรื อเป็ นตัวสังเกตเพื่อบอกว่าควรยุติการไทเทรตเมื่อไร อาจดูจากการเปลี่ยนสี เมื่อสารทา ปฏิกิริยากับอินดิเคเตอร์ หรื อดูการเปลี่ยนแปลงศักย์ไฟฟ้ าที่เกิดขึ้น เราเรี ยกจุดนี้ วา่ จุดยุติ (End Point) ซึ่งการหาจุดยุติ ทาได้หลายวิธีตวั อย่าง เช่น 1) การเปลี่ยนสี ของอินดิเคเตอร์ ซึ่ งใช้การเปลี่ยนสี ของอินดิเคเตอร์ เมื่อมีการเปลี่ยนสี เกิดขึ้น ซึ่งเป็ นวิธีที่นิยม ใช้ เพราะอุปกรณ์และสารเคมีหาได้ไม่ยาก และมีความประหยัด 2) ใช้ การนาไฟฟ้ าของสารละลาย สารละลายกรด เบสเป็ นสารอิเล็กโตรไลต์ ดังนั้นจึงนาไฟฟ้ าได้ เมื่อทาการ ไทเทรตจะทาให้ปริ มาณสารที่สามารถแตกตัวเป็ นอิเล็กโทรไลต์ได้นอ้ ยลง ส่ งผลให้การนาไฟฟ้ าได้นอ้ ยลง ซึ่งเมื่อเราดู การเปลี่ยนแปลงการนาไฟฟ้ าเราก็สามารถที่จะหาจุตยุติของการไทเทรตได้ ในการไทเทรตเราต้องทราบความเข้มข้น อย่างแน่นอน ซึ่ งเราเรี ยกสารละลายนั้นว่า สารละลายมาตรฐาน (Standard solution) และสารละลายที่ไม่ทราบความ เข้มข้น ซึ่ งเราต้องการทราบว่าความเข้มข้นของสารนั้นมีความเข้มข้นเท่าใดเราเรี ยกสารละลายชนิดนั้นว่า unknown Solution

เอกสารประกอบการเรี ยนรู้วชิ า เคมี (ว30223) หน่วยที่ 3 :กรด-เบส โดยครู ศิริวฒ ุ ิ บัวสมาน โรงเรี ยนศรี สมเด็จพิมพ์พฒั นาวิทยา หน้า 19

3.13.1 อินดิเคเตอร์ กบั การไทเทรตกรด-เบส เมื่อกรดกับเบสทาปฏิกิริยากันค่า pH ของสารละลายจะเปลี่ยนแปลงไปเรื่ อยๆ จนกระทั้งสารทาปฏิกิริยากัน พอดี สารละลายจะมี pH ค่าหนึ่งจะเป็ นเท่าใดนั้นขึ้นอยูก่ บั ผลิตภัณฑ์ที่เกิดขึ้นอินดิเคเตอร์ที่จะบอกจุดยุติได้ถูกต้อง จะต้องเปลี่ยนสี ในช่วง pH ที่ตรงกับ pH ของสารละลายผลิตภัณฑ์การเลือกใช้อินดิเคเตอร์ในการไทเทรตต้องศึกษาการ เปลี่ยนแปลง pH จากกราฟการไทเทรตว่าที่จุดสมมูลมี pH เท่าใด และอินดิเคเตอร์ชนิดใดจะเปลี่ยนสี ที่จุดยุติใกล้เคียง กับจุดสมมูลมากที่สุด ตารางสรุ ปการเลือกใช้ อนิ ดิเคเตอร์ และกราฟการไทเทรตกรด-เบส การไทเทรตระหว่าง กรดกับเบส 1. กรดแก่ + เบสแก่

pH ณ จุดสมมูล ของสารละลาย ประมาณ 7

สมบัติของ อินดิเคเตอร์ ที่ สารละลาย เลือกใช้ กลาง

2. กรดแก่ + เบสอ่อน

น้อยกว่า 7

กรด

3. กรดอ่อน + เบสแก่

มากกว่า 7

เบส

กราฟการ ไทเทรต

ตัวอย่างกรด-เบส ทีใ่ ช้ ไทเทรต

4. กรดอ่อน+เบสอ่อน ไม่สามารถทานาย กลาง กรดหรื อ เบส ขึ้นกับค่า ได้ KaและKb

ตัวอย่างกราฟการไทเทรตกรดแก่ -เบสแก่ จากรู ปการไทเทรตระหว่างกรดแก่กบั เบสแก่ที่จุดสมมูล pH ของ สารละลายประมาณ 7 ในการเลือกใช้ อินดิเคเตอร์ น้ นั ควรเลือกใช้อินดิเคเตอร์ ที่มีการเปลี่ยนแปลง pH ที่ประมาณ 7 หรื อพิจารณาจากช่วงของการเปลี่ยน pH ตรงส่ วนที่มีความชันที่สุดในกราฟของการไทเทรต แล้วเลือกอินดิเคเตอร์ ในช่วงการเปลี่ยนแปลงของสี น้ นั จากการไทเทรตของกรดแก่และเบสแก่ พบว่าช่วงที่ชนั ที่สุดมีค่า pH 3 – 11 เราจึงสามารถเลือกอินดิเคเตอร์ที่เปลี่ยนสี ในช่วงนี้ได้หลายชนิดเช่นเมทิลออเรนจ์ ซึ่ งเปลี่ยนสี ในช่วง pH 3.2 – 4.4 เมทิวเรดเปลี่ยนสี ในช่วง pH 4.2–6.3 โบรโมไทมอลบลู เปลี่ยนสี ในช่วง pH 6.0 – 7.6 หรื อ ฟี นอล์ฟทาลีน เปลี่ยนสี ในช่วง pH 8.3 – 10.0 แต่ถา้ หากเราไม่ ทราบว่าความชันมากที่สุดอยูใ่ นช่วงใดเราควรเลือกอินดิเคเตอร์ ให้ครอบคลุมจุดสมมูล ดังนั้นอินดิเคเตอร์ที่เราควร เลือกใช้คือ โบรโมไทมอลบลูหรื อฟี นอล์ฟทาลีน

เอกสารประกอบการเรี ยนรู้วชิ า เคมี (ว30223) หน่วยที่ 3 :กรด-เบส โดยครู ศิริวฒ ุ ิ บัวสมาน โรงเรี ยนศรี สมเด็จพิมพ์พฒั นาวิทยา หน้า 20

3.13.2 การหาปริมาณของสารด้ วยวิธีการไทเทรต aC1V1 = bC2V2 ………………………………………………………………………………………………….……………………… ………………………………………………………………………………………………….……………………… ………………………………………………………………………………………………….……………………… ………………………………………………………………………………………………….……………………… ………………………………………………………………………………………………….……………………… ………………………………………………………………………………………………….……………………… ตัวอย่าง ถ้าหลอดหยดอันหนึ่งมีปริ มาตรของหยดเป็ น 25 หยดต่อ 1 ลูกบาศก์เซนติเมตร ถ้าใช้สารละลาย HCl เข้มข้น 0.200 mol/dm3 จานวน 10 หยด ทาปฏิกิริยาสะเทินกับสารละลาย NaOHจานวน 15 หยด จงหาความเข้มข้นของ NaOH ………………………………………………………………………………………………….……………………… ………………………………………………………………………………………………….……………………… ………………………………………………………………………………………………….……………………… ………………………………………………………………………………………………….……………………… ………………………………………………………………………………………………….……………………… ………………………………………………………………………………………………….……………………… ………………………………………………………………………………………………….……………………… ………………………………………………………………………………………………….……………………… ………………………………………………………………………………………………….……………………… ตัวอย่าง เมื่อไทเทรตสารละลาย HCl ที่ไม่ทราบความเข้มข้นกับสารละลาย NaOH เข้มข้น0.100 M ปริ มาตร 25.00 cm3 โดยใช้เมทิลออเรนจ์เป็ นอินดิเคเตอร์ ปรากฏว่าใช้สารละลาย HCl ไป 27.0 cm3 อยากทราบว่าสารละลาย HCl ที่ใช้มี ความเข้มข้นเท่าใด ………………………………………………………………………………………………….……………………… ………………………………………………………………………………………………….……………………… ………………………………………………………………………………………………….……………………… ………………………………………………………………………………………………….……………………… ………………………………………………………………………………………………….……………………… ………………………………………………………………………………………………….……………………… ………………………………………………………………………………………………….……………………… ………………………………………………………………………………………………….………………………

เอกสารประกอบการเรี ยนรู้วชิ า เคมี (ว30223) หน่วยที่ 3 :กรด-เบส โดยครู ศิริวฒ ุ ิ บัวสมาน โรงเรี ยนศรี สมเด็จพิมพ์พฒั นาวิทยา หน้า 21

3.14 สารละลายบัฟเฟอร์ สารละลายบัฟเฟอร์ (Buffer solution) คือ สารละลายที่ได้จากการผสมระหว่างกรดอ่อนกับเกลือของมัน หรื อ เบสอ่อนกับเกลือของมัน หน้าที่สาคัญคือเป็ นสารละลายที่ใช้ในการควบคุมความเป็ นกรดเบสของสารละลายเพื่อไม่ให้ เปลี่ยนไปมากเมื่อเติมกรดหรื อเบสลงไปเล็กน้อย นั้นคือรักษาระดับ pH ของสารละลายไม่ให้เปลี่ยนแปลง สารละลาย บัฟเฟอร์ แบ่งออกเป็ นสองชนิดได้แก่ 1.) สารละลายบัฟเฟอร์ ของกรดอ่อนกับเกลือของกรดอ่อน (Acid buffer solution) สารบัฟเฟอร์ แบบนี้มี pH < 7 ซึ่งเป็ นบัฟเฟอร์เป็ นกรด เช่น CH3COOH + CH3COONa , HCOOH + HCOOK , HCN + KCN , H2CO3 + Na2CO3 วิธีการควบคุม pH ของบัฟเฟอร์ CH3COONa (s)  CH3COO- (aq) + Na+ (aq) ---- 1 CH3COOH (aq) CH3COO- (aq) + H3O+ (aq) ---- 2 ซึ่งหลักการใช้หลักการของสมดุลเคมี ในการเติมเกลือลงไปทาให้กรดแตกตัวได้นอ้ ยลงตามหลักเลอชาเตอริ เอ ดังนั้นสารละลายที่มี CH3COONa กับ CH3COOH จึงเป็ นกรดที่นอ้ ยกว่ามีCH3COOH เพียงอย่างเดียว การรักษา pH คือ ถ้าเติมกรดลงไปในสารละลายบัฟเฟอร์ ปฏิกิริยาที่ 2 จะเกิดย้อนกลับถ้าเติมเบสลงไปจะสะเทินกับกรดได้น้ าออกมา 2.) สารละลายบัฟเฟอร์ ของเบสกับเกลือของเบสอ่อน (Basic buffer solution) สารละลาย บัฟเฟอร์ แบบนี้มี pH > 7 เป็ นเบส เช่น NH3 + NH4Cl , NH4OH + NH4Cl , Fe(OH)2 + FeCl2 หลักการทางานของบัฟเฟอร์ ชนิ ดนี้ เหมื อนกับการทางานของบัฟเฟอร์ ประเภทกรด ซึ่ งใช้หลักการรบกวน สมดุลของปฏิกิริยากรด-เบส (acid-base) การคานวณสารละลายบัฟเฟอร์ สาหรับการคานวณหา [H+] หรื อ [H3O+] หรื อค่า pH ของสารละลายมีข้ นั ตอนดังนี้

เอกสารประกอบการเรี ยนรู้วชิ า เคมี (ว30223) หน่วยที่ 3 :กรด-เบส โดยครู ศิริวฒ ุ ิ บัวสมาน โรงเรี ยนศรี สมเด็จพิมพ์พฒั นาวิทยา หน้า 22

เรี ยกสมการที่ได้วา่ สมการเฮนเดอร์ สัน- ฮาเซิลบัลซ์ เราต้องจาให้ได้วา่ สมการเฮนเดอร์ สัน- ฮาเซิลบัลซ์ได้มา จากค่าคงที่ สมการนี้มีความสมเหตุสมผลแม้วา่ จะไม่ได้คานึงถึงที่มาของคู่เบสก็ตาม โจทย์ปัญหาตามปกติแล้วเราจะ ทราบความเข้มข้นเริ่ มต้นของกรดอ่อนและเกลือ เราสามารถไม่คิดการแตกตัว Ka ของกรดและการเกิดไฮโดรไลซี สของ เกลือได้ เนื่องกรดเป็ นกรดอ่อนและปริ มาณของการไฮโดรไลซิสของ A- น้อยมาก นอกจากนี้ไอออน A- จากเกลือ ยังทา ให้การแตกตัวของ HA น้อยลงด้วยจึงทกให้การไฮโดรไลซิสของ A- มีค่าน้อยด้วย ดังนั้นเราสามารถใช้ความเข้มข้น เริ่ มต้นเป็ นความเข้มข้นที่สมดุลได้เลย ตัวอย่าง จงหา pH ของสารละลายบัฟเฟอร์ ซ่ ึ งเกิดจากเติมสารละลาย CH3COOH จานวน 0.350โมล และสารละลาย CH3COONa จานวน 0.350 โมล ลงในน้ าแล้วทาเป็ นสารละลาย 0.600 ลิตร(Ka ของ CH3COOH = 1.8×10-5) ………………………………………………………………………………………………….……………………… ………………………………………………………………………………………………….……………………… ………………………………………………………………………………………………….……………………… ………………………………………………………………………………………………….……………………… ………………………………………………………………………………………………….……………………… ………………………………………………………………………………………………….……………………… ตัวอย่าง จงหา pH ของสารละลายบัฟเฟอร์ซ่ ึงประกอบด้วยสารละลาย HCN เข้มข้น 0.400 Mและสารละลาย NaCN เข้มข้น 0.200 M กาหนด Ka ของ HCN = 4×10-10 ………………………………………………………………………………………………….……………………… ………………………………………………………………………………………………….……………………… ………………………………………………………………………………………………….……………………… ………………………………………………………………………………………………….……………………… ………………………………………………………………………………………………….……………………… ………………………………………………………………………………………………….……………………… ตัวอย่าง จงหา pH ของสารละลายบัฟเฟอร์ซ่ ึงประกอบด้วย CH3COOH เข้มข้น 0.100 M และCH3COONa เข้มข้น 0.0800 M (Ka ของ CH3COOH = 1.8×10-5) 1.) เมื่อเติม HCl 0.0100 M ลงในสารละลายบัฟเฟอร์ น้ ีจะมี pH เท่าใด 2.) เมื่อเติม NaOH 0.0100 M ลงในสารละลายบัฟเฟอร์ น้ ีจะมี pH เท่าใด ………………………………………………………………………………………………….……………………… ………………………………………………………………………………………………….……………………… ………………………………………………………………………………………………….……………………… ………………………………………………………………………………………………….……………………… ………………………………………………………………………………………………….……………………… ………………………………………………………………………………………………….………………………

เอกสารประกอบการเรี ยนรู้วชิ า เคมี (ว30223) หน่วยที่ 3 :กรด-เบส โดยครู ศิริวฒ ุ ิ บัวสมาน โรงเรี ยนศรี สมเด็จพิมพ์พฒั นาวิทยา หน้า 23

เอกสารอ้างอิง สถาบันส่ งเสริ มการสอนวิทยาศาสตร์ และเทคโนโลยี, กระทรวงศึกษาธิการ.หนังสื อเรียน สาระการเรี ยนรู้ พนื้ ฐานและเพิม่ เติม เคมี เล่ม 3 หลักสู ตรการศึกษาขั้นพื้นฐานพุทธศักราช 2544 . กรุ งเทพมหานคร:โรงพิมพ์คุรุสภาลาดพร้าว, 2547. สาราญ พฤกษ์สุนทร. คู่มือสาระการเรี ยนรู้ พนื้ ฐานและเพิม่ เติม กลุ่มสาระการเรี ยนรู้ วทิ ยาศาสตร์ เคมี ม.5 เล่ม 3. กรุ งเทพมหานคร: พ.ศ. พัฒนา , 2547. Chang, R., Chemistry, McGraw-Hill, New York, 9th ed., 2007.

********************

เอกสารประกอบการเรี ยนรู้วชิ า เคมี (ว30223) หน่วยที่ 3 :กรด-เบส โดยครู ศิริวฒ ุ ิ บัวสมาน โรงเรี ยนศรี สมเด็จพิมพ์พฒั นาวิทยา หน้า 24

เอกสารประกอบการเรียนรู้

กลุ่มสาระการเรียนรู้วิทยาศาสตร์ ชั้นมัธยมศึกษาปีที่ 5

วิชา เคมี รหัสวิชา ว 30223 หน่วยการเรียนรูท้ ี่ 3 เรื่อง กรด-เบส (Acids-Bases)

ตามหลักสูตรแกนกลางการศึกษาขั้นพื้นฐาน พุทธศักราช 2551

โดย นายศิริวุฒิ บัวสมาน ศษ.บ.การมัธยมศึกษา(เคมี-ชีววิทยา) , วท.ม. เคมีสาหรับครู โรงเรียนศรีสมเด็จพิมพ์พัฒนาวิทยา อาเภอศรีสมเด็จ จังหวัดร้อยเอ็ด สังกัดสานักงานเขตพื้นที่การศึกษามัธยมศึกษา 27 สานักงานคณะกรรมการการศึกษาขั้นพื้นฐาน กระทรวงศึกษาธิการ

เอกสารประกอบการเรี ยนรู้วชิ า เคมี (ว30223) หน่วยที่ 3 :กรด-เบส โดยครู ศิริวฒ ุ ิ บัวสมาน โรงเรี ยนศรี สมเด็จพิมพ์พฒั นาวิทยา หน้า 25

คานา

ก

เอกสารประกอบการเรียนรู้ “รายวิชา เคมี รหัสวิชา ว30223” ที่นักเรียนหรือท่านผู้อ่านกาลังถืออ่านอยู่นี้ เป็นเอกสารส่วนหนึ่งของกลุ่มสาระการเรียนรู้วิทยาศาสตร์ที่ ครูศิริวุฒิ บัวสมาน ได้เรียบเรียงขึ้น เพื่อใช้ประกอบใน การจัดกิจกรรมการเรียนรู้ของผู้เรียนชั้นมัธยมศึกษาปีที่ 5 เพื่อผู้เรียนได้ศึกษาด้วยตนเอง มีแบบฝึกหัดให้ลองฝึกคิดและ ฝึกทาด้วย เอกสารเล่มนี้ถือเป็นสิ่งพิมพ์ที่ผู้จัดกิจกรรมการเรียนรู้ ได้รวบรวมเนื้อหาสาระเกี่ยวกับ วิชาเคมี เรื่อง กรดเบส จากเอกสาร หนังสือ และตาราหลายๆ เล่มด้วยกัน โดยสรุปสาระให้เข้าใจง่ายยิ่งขึ้น ข้อแนะนาในการเรียน ขอให้อ่าน เอกสารประกอบการเรียนรู้นี้มาล่วงหน้า และลองทาแบบฝึกหัดมาก่อน จะทาให้ผู้เรียนเกิดทักษะและเรียนรู้ได้เร็วขึ้น ผู้เรียบเรียงหวังเป็นอย่างยิ่งว่า เอกสารประกอบการเรียนรู้เล่มนี้ จักเป็นประโยชน์แก่ผู้เรียนและผู้ศึกษา หากมีข้อผิดพลาดประการใด ก็ขออภัยไว้ ณ ที่นี้ด้วย และจะเป็นพระคุณอย่างยิ่งหากแจ้งข้อผิดพลาดในเอกสารนี้ ให้ผู้เรียบเรียงทราบ

(นายศิริวุฒิ บัวสมาน) ผู้เรียบเรียง 22 มกราคม 2556

เอกสารประกอบการเรี ยนรู้วชิ า เคมี (ว30223) หน่วยที่ 3 :กรด-เบส โดยครู ศิริวฒ ุ ิ บัวสมาน โรงเรี ยนศรี สมเด็จพิมพ์พฒั นาวิทยา หน้า 26

ข เรื่อง

สารบัญ

หน้า

คานา

ก

สารบัญ

ข

สัญญาการเรียน ผลการเรียนรู้ที่คาดหวัง คาอธิบายรายวิชา

ค ง จ

หน่วยการเรียนรู้ รูปแบบการจัดกิจกรรมการเรียนรู้ การวัดและประเมินผลการเรียนรู้ อัตราส่วนคะแนน หน่วยการเรียนรู้ที่ 3 : กรด- เบส 3.1 สารละลายอิเล็กโทรไลต์ 3.2 สารละลายกรดและสารละลายเบส 3.3 ทฤษฎีกรด-เบส 3.4 คู่กรด-เบส 3.5 ความแรงของกรด-เบส 3.6 การแตกตัวของกรดและเบส 3.7 การแตกตัวเป็นไอออนของน้าบริสุทธิ์ 3.8 การเปลี่ยนความเข้มข้นของไฮโดรเนียมไอออน และไฮดรอกไซด์ไอออนของน้า 3.9 pH ของสารละลาย 3.10 อินดิเคเตอร์สาหรับกรด – เบส 3.11 สารละลายกรด– เบสในชีวิตประจาวันและในสิ่งมีชีวิต 3.12 ปฏิกิริยาของกรดและเบส 3.13 การไทเทรตกรด – เบส 3.14 สารละลายบัฟเฟอร์ บรรณานุกรม

ฉ ซ ซ ฌ 1 1 4 6 6 8 12 13 13 14 15 16 18 21 23