เอกสารประกอบการเรียนรู้ ว40223acids base1

1 เอกสารประกอบการเรยนรวชา เคม (ว30223) หนวยท 3 :กรด-เบส โดยครศรวฒ บวสมาน โรงเรยนศรสมเดจพมพพฒนาวทยา หนา

หนวยการเรยนรท 3

กรด-เบส (ACID – BASE)

สารละลาย (Solution) คอ ของผสมเนอเดยวทประกอบดวย ตวละลาย(ตวถกละลาย) + ตวท าละลาย สารอเลกโทรไลต (Electrolyte) คอ สารทแตกตวเปนไอออนซงน าไฟฟาได

ประเภทของสารละลายแบงตามสภาพการน าไฟฟาเปนเกณฑ แบงออกเปน 2 ประเภท ดงน

1. สารละลายนอนอเลกโทรไลต (Non-electrolyte solution) คอ สารละลายทไมน าไฟฟา เพราะ ตวละลายไมแตกตวเปนไอออนในตวท าละลาย เชน สารละลายน าตาลกลโคส (C6H12O6) , สารละลายเอทานอล (C2H5OH)

2. สารละลายอเลกโทรไลต (Electrolyte solution) คอ สารทละลายน าแลวแตกตวเปนไอออนและน าไฟฟาได เพราะมสารอเลกโทรไลตเปนตวละลาย ซงประกอบดวย ไอออนบวกและไอออนลบ เคลอนทในตวท าละลาย เชน สารละลายกรด สารละลายเบส และ สารละลายเกลอตางๆ

ประเภทของสารละลายอเลกโทรไลตแบงตามปรมาณสารอเลกโทรไลตเปนเกณฑ สามารถแบงได 2 ประเภท ดงน 1. อเลกโทรไลตแก (Strong electrolyte) คอ สารทละลายน าแลวแตกตวเปนไอออนไดทงหมด (100%) เกดไอออนบวกและ

ไอออนลบปรมาณมาก เชน สารละลาย KNO3 , HNO3 , KOH

HNO3 (aq) + H2O (l) H3O+ (aq) + NO3

- (aq) 2. อเลกโทรไลตออน (Weak electrolyte) คอ สารทละลายน าแลวแตกตวไดนอย ใหไอออนไดเพยงบางสวน เชน สารละลาย

CH3COOH , NH3 NH3 (aq) + H2O (l) NH4

+ (aq) + OH- (aq) (บางสวนของ NH3 ไมแตกตว) * สารละลายอเลกโทรไลตอาจมสมบตเปนกรด เบส หรอเปนกลางกได

3.2 สารละลายกรดและสารละลายเบส

3.2.1 สมบตทวไปของสารละลายกรดและเบส

สารละลายกรด สารละลายเบส 1. เปนสารอเลกโทรไลต น าไฟฟาได 2. มรสเปรยว มฤทธกดกรอน 3. มคา pH < 7 4. เปลยนกระดาษลตมสจากสน าเงนเปนสแดง 5. ไมเปลยนสฟนอลฟทาลน 6. คายความรอนเสมอเมอละลายน า 7. ท าปฏกรยากบเบสไดเกลอและน า 8. มกท าปฏกรยากบโลหะไดเกลอกบกาซ H2 (ยกเวน โลหะมตระกล เชน Ag , Au , Pt ) 9. สวนใหญม H+ เปนองคประกอบ

1. เปนสารอเลกโทรไลต น าไฟฟาได 2. มรสฝาดหรอขม ลนมอคลายสบ 3. มคา pH > 7 4. เปลยนกระดาษลตมสจากสแดงเปนสน าเงน 5. เปลยนสฟนอลฟทาลนจากไมมสเปนสชมพ 6. คายความรอนเสมอเมอละลายน า 7. ท าปฏกรยากบกรดไดเกลอและน า 8. ไมท าปฏกรยากบโลหะ

(ยกเวน Al , Zn ) 9. สวนใหญม OH- เปนองคประกอบ

3.1 สารละลายอเลกโทรไลต (Electrolyte solution)


3.2.2 ประเภทของกรดและเบส ประเภทของกรด แบงตามลกษณะทเกด แบงกรดได 2 ประเภท ดงน

1. กรดอนทรย ( Organic acid) หมายถง กรดทมหมคารบอกซล (-COOH) หรอหมซลโฟนก (-SO3H) เปนหมฟงกชน อยในโมเลกล ของกรด สวนใหญเปนกรดทมอยในธรรมชาตหรอไดจากสงมชวต เชน HCOOH (Formic acid ; กรดมด) ,

CH3COOH (Acetic acid ; กรดน าสม) , C6H5COOH (Benzoic acid ; กรดเบนโซอก) , C6H5SO3H (กรดเบนซนซลโฟนก) 2. กรดอนนทรย (Inorganic acid) หมายถง กรดทเกดจากสงไมมชวต (กรดแร) แบงออกไดเปน 2 ประเภท คอ 2.1 กรดไฮโดร (Hydro acid) คอ กรดทประกอบดวย ธาตไฮโดรเจน (H) และอโลหะอนโดยไมมธาตออกซเจน (O) รวมอย ดวย เชน HF , HCl , HBr , HI , HCN , H2S 2.2 กรดออกซหรอกรดออกโซ (Oxy acid or Oxo acid) คอ กรดทประกอบดวย ธาตไฮโดรเจน (H) อโลหะและ ธาตออกซเจน (O) รวมอยดวย เชน H2CO3 , H2SO4 , HNO3 , H3PO4 , HClO4 , H2SeO4 , H3AsO4 แบงตามลกษณะของการแตกตว แบงกรดได 2 ประเภท ดงน 1. กรดแก (Strong acid) หมายถง กรดทละลายน าแลวแตกตวให H+ มาก (100%) เชน HCl , H2SO4

2. กรดออน (Weak acid) หมายถง กรดทละลายน าแลวแตกตวให H+ นอย เชน CH3COOH , HCN แบงตามความเขมขน แบงกรดได 2 ประเภท ดงน 1. กรดเขมขน (Concentrated acid) หมายถง กรดทมปรมาณเนอกรดมากมน า/ตวท าละลายนอย เชน HCl เขมขน 2. กรดเจอจาง (Diluted acid) หมายถง กรดทมปรมาณเนอกรดนอยมน า/ตวท าละลายอยมาก เชน HCl เจอจาง ประเภทของเบส แบงตามการเกด อาจแบงเบสได 2 ประเภท คอ เบสอนทรย เชน CH3NH2 และ เบสอนนทรย เชน KOH แบงตามลกษณะของการแตกตว แบงเบสได 2 ประเภท ดงน 1. เบสแก (Strong base) หมายถง เบสทละลายน าแลวแตกตวให OH- มาก (100%) เชน NaOH , Ca(OH)2

2. เบสออน (Weak base) หมายถง เบสทละลายน าแลวแตกตวให OH- นอย เชน NH4OH , NH3 แบงตามความเขมขน แบงเบสได 2 ประเภท ดงน 1. เบสเขมขน (Concentrated base) หมายถง เบสทมปรมาณเนอเบสมากมน า/ตวท าละลายนอย เชน NaOH เขมขน 2. เบสเจอจาง (Diluted base) หมายถง เบสทมปรมาณเนอเบสนอยมน า/ตวท าละลายอยมาก เชน NaOH เจอจาง 3.2.3 การเรยกชอกรดและเบส 1. การเรยกชอกรด 1.1 การเรยกชอกรดไฮโดร ใหอาน “ไฮโดร” (Hydro) น ำหนา แลวตามดวยชออโลหะแตเปลยนพยางคทายเปน “อก”(-ic) เชน HF Hydrofluoric acid = กรดไฮโดรฟลออรก HCl ................................................................................ HBr ……………………………………………. HI …………………………………………………….. HCN ……………………………………………. H2S …………………………………………………….. 1.2 การเรยกชอกรดออกซหรอกรดออกโซ 2.1 ถาอโลหะซงรวมตวกบ H และ O เกดกรด 1 ชนด ใหเรยกชออะตอมกลาง แตเปลยนพยางคทายเปน “อก”(-ic) เชน H2CO3 Carbonic acid = กรดคารบอนก H2SO4…………………………………………………….. HNO3 ……………………………………………. H3PO4 …………………………………………………….. 2.2 ถาอโลหะซงรวมตวกบ H และ O เกดกรดออกโซ 2 ชนด ใหเรยกชอธาตอะตอมกลาง (อโลหะอนทไมใช HและO) แตเปลยนพยางคทายเปน “อก”(-ic) เมอธาตนนมเลขออกซเดชนสง (หรอกรดนนม O มากกวา) หรอเปลยนพยางคทายเปน “อส”(-ous) เมอธาตนนมเลขออกซเดชนต า (หรอกรดนนม O นอยกวา)


เชน ไนโตรเจน (N) เมอรวมตวกบ H และ O เกดกรด 2 ชนด คอ HNO2 และ HNO3 HNO2 Nitrous acid = กรดไนตรส HNO3 Nitric acid = กรดไนตรก H3PO3 …………………………………………… H3PO4 …………………………………………………… H2SO3 ……………………………………………. H2SO4……………………………………………………. การเรยกชอกรดออกโซดงกลาวขางตน เปนการเรยกชอสามญ (Common name) นอกจากเรยกชอสามญแลวอาจเรยกชอกรดในระบบ IUPAC (IUPAC name) ชอการเรยกชอกรดในระบบน ใหบอกจ านวนอะตอมของธาตออกซเจน (O) ดวยเปนภาษากรก และอานธาตออกซเจนวา “ออกโซ” (Oxo-) แลวตามดวยธาตอะตอมกลางทเปลยนพยางคทายเปน “อก”(-ic) เชน

ชนดของกรด ชอสามญ (Common name) ชอตามระบบ IUPAC (IUPAC name) จ านวนนบ ภาษากรก H2SO3 Sulfurous acid = กรดซลฟวรส กรดไตรออกโซซลฟวรก 1 Mono- 6 Hex- H2SO4 2 Di- 7 Hept- HNO2 3 Tri- 8 Oct- HNO3 4 Tetra- 9 Non- H3PO3 5 Pent- 10 Dec- H3PO4

2.3 ถาธาตอโลหะทเปนอะตอมกลางเกดกรดไดมากกวา 2 ชนด การเรยกชอกรดตองใชค ามาเตมหนาชอกรด ดงน - ใชค าวา “ ไฮโป” (Hypo) ส าหรบกรดทมจ านวนออกซเจน (O) นอยทสด (อะตอมกลางมเลขออกซเดชนต ากวากรดอส) - ใชค าวา “ เปอร” (per) ส าหรบกรดทมจ านวนออกซเจน (O) มากทสด (อะตอมกลางมเลขออกซเดชนสงกวากรดอก)

ชนดของกรด เลขออกซเดชนของ Cl ซงเปนอะตอมกลาง ชอสามญ ชอ IUPAC HClO +1 HClO2 +3 Chlorous acid = กรดคลอรส Dioxochloric acid HClO3 +5 Chloric acid = กรดคลอรก Trioxochloric acid HClO4 +7

* นอกจากใช ไฮโป และเปอร น าหนาแลว ยงมการใชค าอนน าหนาอก เชน ออรโธ เมตา ไพโร ได เปนตน 2. การเรยกชอเบส (ในทนจะกลาวถงเฉพาะเบสทเปนสารประกอบไฮดรอกไซดของโลหะหรอหมเทยบเทาโลหะ (NH4

+)เทานน) การเรยกชอเบสกรณน ใหเรยกชอโลหะหรอไอออนบวกกอนแลวตามดวยค าวา “ไฮดรอกไซด” (hydroxide) แตกรณทโลหะมเลขออกซเดชนไดหลายคาตองบอกเลขออกซเดชนเปนตวเลขโรมน ในวงเลบทายชอโลหะดวย เชน NaOH Sodiumhydroxide = โซเดยมไฮดรอกไซด Fe(OH)2 Iron (II) hydroxide = ไอรออน (II)ไฮดรอกไซด KOH ……………………………………………… LiOH ……………………………………………………. Mg(OH)2…………………………………………… Ba(OH)2……………………………………………………. Ca(OH)2……………………………………………. Al(OH)3…………………………………………………… NH4OH ……………………………………………. Fe(OH)3…………………………………………………….

3.2.4 ไอออนในสารละลายกรด สารละลายกรดทกชนดเมอละลายน าจะแตกตวใหไฮโดรเจนไอออน (H+) เหมอนกนแตไอออนลบตางกน

เชน HCl (aq) H+ (aq) + Cl- (aq) แตไฮโดรเจนไอออน (H+)ในสารละลายกรดจะรวมตวกบน า (H2O) เปน [H[H2O]+ ไดไฮโดรเนยมไอออน (H3O

+) ดงนนจง

เขยนสมการเคมแสดงสารละลายกรดไดอกแบบหนง เชน HCl (aq) + H2O (l) H3O+ (aq) + Cl- (aq)


* สรป ไอออนในสารละลายทแสดงสมบตเปนกรด คอ ไฮโดรเนยมไอออน (H3O+) หรอโปรตอน (H+)

3.2.5 ไอออนในสารละลายเบส สารละลายเบสทกชนดเมอละลายน าจะแตกตวใหไฮดรอกไซดไอออน(OH-) เหมอนกนแตไอออนบวกตางกน

เชน NaOH (s) + H2O (l) Na+ (aq) + OH- (aq) * สรป ไอออนในสารละลายทแสดงสมบตเปนเบส คอ ไฮดรอกไซดไอออน ( OH- ) 3.2.6 สารละลายกรดและสารละลายเบสทใชประโยชนในชวตประจ าวน ในชวตประจ าวนเราใชสารละลายกนมากมาย มทงสารละลายกรด สารละลายเบส และสารละลายทเปนกลาง ซงสารละลายเหลานมความส าคญตอชวตประจ าวนของมนษยมาก เชน ใชปรงอาหาร ใชท าความสะอาด ใชเปนยาฆาเชอโรค ใชในอตสาหกรรมตางๆ

ชอสารละลาย การเปลยนสของกระดาษลตมส สมบตของสารละลาย 1. น ามะนาว 2. น าสมสายช 3. น าอดลม 4. น ายาลางหองน า 5. น ามะขาม 6. น าสม 7. น าสบหรอผงซกฟอก 8. น าขเถา 9. น าปนใส 10. สารละลายน าตาลทราย

3.3.1 ทฤษฎกรด – เบส ของอารเรเนยส (Arrhenius acid-base theory) พ.ศ. 2430 (ค.ศ.1887) กรด คอ สารทละลายน าแลวแตกตวใหไฮโดรเจนไอออน (H+ ) ซงเรยกอกชอหนงคอ โปรตอน

เชน HCl (aq) + H2O (l) H+ (aq) + Cl- (aq)

เบส คอ สารทละลายน าแลวแตกตวใหไฮดรอกไซดไอออน (OH- )

เชน NaOH (s) + H2O (l) Na+ (aq) + OH- (aq) * เนองจากทฤษฎกรด – เบส ของอารเรเนยสอาศยการละลายน าเปนเกณฑและเกยวของกบ

H+ และ OH- จงท า ให เกดขอจ ากดในการใช ดงน

1. สารทเปนกรด ตองม H เปนองคประกอบรวมดวย เชน HNO3 , H2CO3

และสารทเปนเบส ตองมหม OH เปนองคประกอบรวมดวย เชน NaOH , Ca(OH)2 2. ทฤษฎนจะอธบายสารทเปนกรดและเบสได สารนนตองละลายน าได

3. ทฤษฎนไมสามารถอธบายเกลอทละลายน าได เชน K2CO3 , Na3PO3

สวนเต เอากสต อารเรเนยส

นกเคมชาวสวเดน

3.3 ทฤษฎกรด – เบส


..

.. .. H H

3.3.2 ทฤษฎกรด – เบส ของเบรนสเตด-ลาวร (Bronsted-Lawry acid-base theory) พ.ศ.2466 (ค.ศ.1923) กรด คอ สารทให ไฮโดรเจนไอออนหรอโปรตอน (H+ ) แกสารอน (proton donor)

เชน HCl (aq) + H2O (l) H3O+ (aq) + Cl- (aq)

เบส คอ สารทรบไฮโดรเจนไอออนหรอโปรตอน (H+ ) จากสารอน (proton acceptor)

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

* ทฤษฎกรด – เบส ของเบรนสเตด-ลาวรสามารถน ามาอธบายวาสารประกอบเกลอทละลายน า ไดแสดงสมบตเปนกรดหรอเบสไดอยางไร (ซงทฤษฎกรด – เบส ของอารเรเนยสไมสามารถอธบายได) เชน Na2CO3 (s) 2Na+(aq) + CO3

2-(aq) CO3

2-(aq) + H2O (l) HCO3-(aq) + OH- (aq)

* ทฤษฎกรด – เบส ของเบรนสเตด-ลาวร มขอจ ากดในการใช ดงน 1. สารทจะเปนกรดหรอเบสไดนนตองมการใหและรบโปรตอน (H+ ) เทานน ในบางกรณทไมมการให และรบโปรตอนจะเปนกรดหรอเบสไดตองใชทฤษฎกรด-เบสอนอธบาย

สารแอมฟโปรตก(Amphiprotic substance) หรอสารแอมโฟเทอรก (Amphoteric substance) คอ สารทท าหนาทเปนไดทงกรดและเบส เพราะ สามารถใหและรบโปรตอนได เชน HCO3

- , HS- , H2O , NH3

เชน HCO3-(aq) + OH- (aq) H2O (l) + CO3

2-(aq) กรณน HCO3- เปน กรด

HCO3-(aq) + H2O (l) OH- (aq) + H2CO3

(aq) กรณน HCO3- เปน เบส

3.3.3 ทฤษฎกรด – เบส ของลวอส (Lewis acid-base theory) พ.ศ.2466 (ค.ศ.1923) กรด คอ สารทรบ อเลกตรอนคโดดเดยวจากสารอน เพอเกดพนธะโคออดเนตโควาเลนต เบส คอ สารทให อเลกตรอนคโดดเดยวแกสารอน เพอเกดพนธะโคออดเนตโควาเลนต เชน H+ + :OH- :O

H+ รบอเลกตรอนคโดดเดยวจาก OH- กลายเปนน า (H2O) ดง นน H+ เปนกรด และOH- เปนเบส

* สรป ทฤษฎกรด – เบส ของลวอสใหนยามกรด-เบสกวางกวาทกทฤษฎ ทฤษฎกรด – เบส ของลวอส ทฤษฎกรด – เบส ของอารเรเนยส ทฤษฎกรด – เบส ของเบรนสเตด-ลาวร

* ใหนกเรยนท าตารางสรปทฤษฎกรด-เบส เพอใหเกดความเขาใจมากยงขน ทฤษฎกรด-เบส กรด เบส ขอจ ากด

กลเบรต นวตน ลวอส นกเคมชาวอเมรกน

โยฮนเนส - ทอมส - นโคเลาส มารตน เบรนสเตด ลาวร นกเคมชาว นกเคมชาว เดนมารก องกฤษ


3.4 คกรด-เบส ในปฏกรยาผนกลบไดระหวางกรดกบเบสตามทฤษฎกรด-เบสของเบรนสเดต-ลาวร จะเหนไดวาทงปฏกรยา

ไปขางหนาและปฏกรยายอนกลบตางกเปนปฏกรยาระหวางกรดกบเบส สารทท าหนาทเปนกรดในปฏกรยาไปขางหนา กบสารทท าหนาทเปนเบสในปฏกรยายอนกลบ หรอสารทท าหนาทเปนเบสในปฏกรยาไปขางหนา กบสารทท าหนาทเปนกรดในปฏกรยายอนกลบ เราเรยกวา คกรด-เบส(Conjugate acid-base pair) สารทเปนคกรดเบสกนจะมจ านวนโปรตอน (H+) ตางกนอย 1 โปรตอน คกรด-เบส

ตวอยาง 1 CH3COOH (aq) + H2O (l) H3O+ (aq) + CH3COO- (aq)

กรด 1 เบส 2 กรด 2 เบส 1 คกรด-เบส

CH3COOH และ CH3COO- เปนคกรด-เบสกน คอ CH3COOH เปนคกรดของเบส (CH3COO- ) และ CH3COO- เปนคเบสของกรด (CH3COOH) ท านองเดยวกน H3O

+ และ H2O เปนคกรด-เบสกน คอ H3O+ เปนคกรดของเบส (H2O)

และ H2O เปนคเบสของกรด (H3O+ )

คกรด-เบส ตวอยาง 2 NH3 (aq) + H2O (l) NH4

+ (aq) + OH- (aq) เบส 1 กรด 2 กรด 1 เบส 2 คกรด-เบส

NH4+ และ NH3 เปนคกรด-เบสกน คอ NH4

+ เปนคกรดของเบส (NH3 ) และ NH3 เปนคเบสของกรด (NH4

+) ท านองเดยวกน H2O และ OH- เปนคกรด-เบสกน คอ H2O เปนคกรดของเบส (OH-) และ OH- เปนคเบสของกรด (H2O ) *สรป สารทเปนคกรด-เบสกนจะมโปรตอน(H+) ตางกน 1 ตว โดยสารทมจ านวนโปรตอนมากกวาเปนคกรด สวนสารทมจ านวนโปรตอนนอยกวาจะเปนคเบส และปฏกรยากรด-เบสทผนกลบไดจะมคกรด-เบสอยางนอย 2 ค

3.5 ความแรงของกรดและเบส (Strenghts of acids and bases ) ตามทฤษกรด-เบสของเบรนสเตด-ลาวร ความแรงของกรด หมายถง ความสามารถในการใหโปรตอน (H+) ของกรด ความแรงของเบส หมายถง ความสามารถในการรบโปรตอน (H+) ของเบส หรอ ความแรงของกรด-เบส กคอ ความออนแกของกรดและเบสนนเอง ดงนน ตามทฤษกรด-เบสของเบรนสเตด-ลาวร พจารณาไดดงน กรดแก คอ กรดทสามารถใหโปรตอน(H+) ไดดหรอไดงาย กรดออน คอ กรดทใหโปรตอน(H+) ไดไมดหรอไดยาก เบสแก คอ เบสสามารถรบโปรตอน(H+) ไดดหรอไดงาย เบสออน คอ เบสทรบโปรตอน(H+) ไดไมดหรอไดยาก


ตวอยางเชน ถา HA เปนกรดชนดหนง ความแรงของกรดและเบสตามทฤษกรด-เบสของเบรนสเตด-ลาวร พจารณาไดดงน HA (aq) + H2O (l) H3O

+ (aq) + A- (aq) ; K มคานอยมาก กรดออน เบสออน กรดแก เบสแก

* สรป ถากรดใดเปนกรดแก H2O (l)คเบสของกรดนนจะเปนเบสออน ถากรดใดเปนกรดออน คเบสของกรดนนจะเปนเบสแก การเปรยบเทยบความแรงของกรด-เบสนน จะตองใชกรด-เบส กอนแตกตวทมความเขมขนเทากน แลวใชคาการน าไฟฟา ,รอยละการแตกตว , pH , และ Ka หรอ Kb เปนเกณฑในการเปรยบเทยบความแรงของกรด-เบสนน

ความแรงของกรด แปรผนตาม กบคา การน าไฟฟา ,รอยละการแตกตว , และ Ka ความแรงของกรด แปรผกผน กบคา pH (pH < 7 = กรด)

ความแรงของเบส แปรผนตาม กบคา การน าไฟฟา ,รอยละการแตกตว , pH , และ Kb

3.5.1 หลกการพจารณาความแรงของกรดและเบส หลกการพจารณาความแรงของกรด 1. กรดไฮโดร ความแรงของกรดไฮโดรพจารณาไดจาก.......................................................................................................... ..................................................................................................................................................................................................... 1.1 ในหมเดยวกน ความแรงของกรดจะ................................................................................................................................... ...................................................................................................................................................................................................... 1.2 ในคาบเดยวกน ความแรงของกรดจะ.................................................................................................................................. .......................................................................................................................................................................................................

2. กรดออกซหรอกรดออกโซ ความแรงของกรดสามารถพจารณาไดหลายวธ ดงน 2.1 พจารณาจากจ านวนอะตอมของธาตออกซเจนซงไมเกดพนธะกบธาตไฮโดรเจน ..................................................................................................................................................................................................... ..................................................................................................................................................................................................... 2.2 พจารณาจากขนาดอะตอมหรอคาอเลกโทรเนกาตวตของอะตอมกลาง ..................................................................................................................................................................................................... ..................................................................................................................................................................................................... 2.3 พจารณาจากตารางธาต ..................................................................................................................................................................................................... 2.3.1 ในหมเดยวกน ..................................................................................................................................................................................................... ..................................................................................................................................................................................................... 2.3.2 ในคาบเดยวกน ..................................................................................................................................................................................................... ..................................................................................................................................................................................................... .....................................................................................................................................................................................................


หลกการพจารณาความแรงของเบส 1. พจารณาจากความแรงของกรด ..................................................................................................................................................................................................... .....................................................................................................................................................................................................

2. พจารณาจากตารางธาต ..................................................................................................................................................................................................... 2.1 ในหมเดยวกน ..................................................................................................................................................................................................... ..................................................................................................................................................................................................... 2.2 ในคาบเดยวกน .....................................................................................................................................................................................................

.....................................................................................................................................................................................................

3.6 การแตกตวของกรดและเบส

3.6.1 การแตกตวของกรดแกและเบสแก 1. การแตกตวของกรดแก กรดแก เมอละลายน าเปนสารละลายจะแตกตวเปนไอออนไดหมด (100%) (ยกเวนสารละลายทมความเขมขนมากๆ) ดงนน เมอกรดแกละลายน าจงมเฉพาะการเปลยนแปลงไปขางหนาเพยงอยางเดยว และเกดอยางสมบรณ เชน การแตกตวในน าของ HCl ทมความเขมขน 1 mol/ dm3 HCl (g) + H2O (l) H3O

+ (aq) + Cl- (aq) 1 mol/ dm3 1 mol/ dm3 1 mol/ dm3 จากสมการการแตกตว HCl (g) ในน าถาใช HCl 1 mol/ dm3 จะแตกตวหมดให [H3O

+ ] และ [Cl-] คอ อยางละ 1 mol/ dm3 ตามล าดบ ดงนน ถาให HA เปนสตรทวไปของกรดแก เมอละลายน าเขยนสมการทวไปแสดงการเปลยนแปลงไดดงน ตวอยางกรดแก เชน HI, HClO4 , HBr , HCl, H2SO4 , HNO3 2. การแตกตวของเบสแก เบสแก เมอละลายน าเปนสารละลายจะแตกตวเปนไอออนไดหมด (100%) (ยกเวนสารละลายทมความเขมขนมากๆ) ดงนน เมอเบสแกละลายน าจงมเฉพาะการเปลยนแปลงไปขางหนาเพยงอยางเดยว และเกดอยางสมบรณ เชน การแตกตวในน าของ NaOH ทมความเขมขน 1 mol/ dm3 H2O (l)

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

HA + H2O (l) H3O+ (aq) + A- (aq)


จากสมการการแตกตว NaOH (s) ในน าถาใช NaOH 1 mol/ dm3 จะแตกตวหมดให [Na+] และ [OH-] คอ อยางละ 1 mol/ dm3 ตามล าดบ ดงนน ถาให MOH เปนสตรทวไปของเบสแก เมอละลายน าเขยนสมการทวไปแสดงการเปลยนแปลงไดดงน

ตวอยางเบสแก เชน เบสของธาตหม IA และ IIA (ยกเวน Be(OH)2 ) ไดแก LiOH , NaOH, KOH , CsOH , Mg(OH)2 ,Ca(OH)2 ,Ba(OH)2

ตวอยางการค านวณเกยวกบการแตกตวของกรดแกและเบสแก ตวอยาง 1 กรดไนตรก (HNO3) เปนกรดแก ถากรดน 0.3 โมล ละลายในน า 600 cm3 ความเขมขนของไฮโดรเนยมไอออน (H3O

+) เปนกโมลตอลกบาศกเดซเมตร

วธคด เนองจาก HNO3 เปนกรดแกจงแตกตวเปนไอออนไดหมด ซงสามารถเขยนสมการการแตกตวได HNO3 (l) + H2O (l) H3O

+ (aq) + NO3- (aq)

จากสมการ ถา HNO3 1 mol แตกตวให H3O+ = 1 mol

ดงนน HNO3 0.3 mol แตกตวให H3O+ = 0.3 mol

สารละลาย HNO3 600 cm3 ม H3O+ = 0.3 mol

ถาสารละลาย HNO3 1,000 cm3 ม H3O+ =

600

10003.0 x mol

= 0.5 mol ดงนน ความเขมขนของ H3O

+ มคาเทากบ 0.5 mol/dm3 ตอบ ลองฝกท าด สารละลายกรดไฮโดรคลอรก (HCl) เขมขน 0.5 mol จ านวน 250 cm3 มไฮโดรนยมไอออน (H3O

+) และคลอไรดไอออน (Cl--) อยางละกโมลตอลกบาศกเดซเมตร วธค ด …………………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………………………………. ………………………………………………………………………………………………………………………. ………………………………………………………………………………………………………………………. ………………………………………………………………………………………………………………………. ………………………………………………………………………………………………………………………. ………………………………………………………………………………………………………………………. 3.6.2 การแตกตวของกรดออน กรดออน เปนอเลกโทรไลตออน เมอละลายน าจะแตกตวเปนไอออนไมหมด ในสารละลายจะมทงไอออนและโมเลกลของกรดทไมแตกตวอย ดงนนเมอน ากรดออนละลายในน าจงเกดการเปลยนแปลงทผนกลบได ถาให HA เปนกรดออน เมอละลายน าสามารถเขยนสมการแสดงการเปลยนแปลงได ดงน

MOH M+ (aq) + OH- (aq)

HA (aq) + H2O (l) H3O+ (aq) + A - (aq)

H2O (l)


เนองจากกรดออนแตกตวเปนไอออนไดไมหมด ดงนนในการบอกปรมาณการแตกตวของกรดออนจงนยมบอกเปนรอยละ ซงค านวณไดโดยใชสตรดงน

สารละลายกรดออนจะมการแตกตวบางสวนและมภาวะสมดลเกดขน ซงสามารถหาคาคงทสมดลไดดงน

HA (aq) + H2O (l) H3O+ (aq) + A - (aq)

คาคงทสมดลของกรดออน (Ka) = [H3O+][ A -] = [H3O

+][ A -] mol/dm3 [HA][ H2O] [HA]

* ถาคา Ka ของกรดใดมคามาก แสดงวา กรดนนแตกตวเปนไอออนไดมาก และมความแรงของกรดสง * ถาคา Ka ของกรดใดมคานอย แสดงวา กรดนนแตกตวเปนไอออนไดนอย และมความแรงของกรดต า * ถาคา Ka> 1 เปนกรดแก , ถา 1 x 10-3 Ka 1 เปนกรดแกปานกลาง , ถา Ka< 1 x 10-3 เปนกรดออน ตวอยางของกรดออน เชน CH3COOH (กรดแอซตก) ,HCN (ไฮโดรไซยานก) , HCOOH (กรดฟอรมก)

กรดมอนอโปรตก กรดมอนอโปรตก คอ กรดทสามารถแตกตวให H3O

+ 1 ไอออนตอ 1 โมเลกลของกรด เชน HCl, HNO3 HClO4 , HBr , HI , HNO2 , HCN ,CH3COOH, HCOOH 3.6.3 กรดพอลโปรตก กรดพอลโปรตก คอ กรดทสามารถแตกตวให H3O

+ ไดมากกวา 1 ไอออนตอ 1 โมเลกลของกรด

* ถากรดสามารถแตกตวให H3O+ ได 2ไอออนตอ1 โมเลกลของกรด เรยกวา กรดไดโปรตก (H2A)เชน H2S, H2CO3

* ถากรดสามารถแตกตวให H3O+ ได 3ไอออนตอ 1 โมเลกลของกรด เรยกวา กรดไตรโปรตก(H3A) เชนเชน H3PO4

ซงกรดไดโปรตก (H2A) และ กรดไตรโปรตก(H3A) เมอละลายน าจะแตกตว 2 และ 3 ขน ตามล าดบ 3.6.4 การค านวณเกยวกบเกรดออน (โดยใชสตรลด) สามารถค านวณหาความเขมขนของ H3O

+ ของกรดออนทภาวะสมดล ได ดงน ตวอยางการค านวณเกยวกบสมดลของกรดออน ตวอยางท 1 สารละลายกรดแอซตก (CH3COOH) เขมขน 0.01 mol/dm3 ท 25 0C กรดแอซตกแตกตวได 4.2 % จงค านวณหาคา

Ka ของกรดแอซตกท 25 0C

วธคด…………………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………………………………. ………………………………………………………………………………………………………………………. ………………………………………………………………………………………………………………………. ……………………………………………………………………………………………………………………….

รอยละของการแตกตวของกรดออน = จ านวนโมลของกรดออนทแตกตว X 100 จ านวนโมลของกรดออนทงหมด

[H3O+ ] = Ka x Ca ; เมอ Ca คอ ความเขมขนของสารละลายกรดออน


3.6.5 การแตกตวของเบสออน เบสออน เปนอเลกโทรไลตออน เมอละลายน าจะแตกตวเปนไอออนไมหมด ในสารละลายจะมทงไอออนและโมเลกลของเบสทไมแตกตวอย ดงนนเมอน าเบสออนละลายในน าจงเกดการเปลยนแปลงทผนกลบได ถาให B เปนเบสออน เมอละลายน าสามารถเขยนสมการแสดงการเปลยนแปลงได ดงน เนองจากเบสออนแตกตวเปนไอออนไดไมหมด ดงนนในการบอกปรมาณการแตกตวของเบสออนจงนยมบอกเปนรอยละ ซงค านวณไดโดยใชสตรดงน

3.6.6 การค านวณเกยวกบสมดลของเบสออน สมการ B (aq) + H2O (l) BH+ (aq) + OH - (aq) เมอ B แทน เบสออน คาคงทสมดลของเบสออน (Kb) = [BH+][ OH -] = [BH+][ OH -] mol/dm3

[B][ H2O] [B] * ถาคา Kb ของเบสใดมคามาก แสดงวา เบสนนแตกตวเปนไอออนไดมาก และมความแรงของเบสสง * ถาคา Kb ของเบสใดมคานอย แสดงวา เบสนนแตกตวเปนไอออนไดนอย และมความแรงของเบสต า การค านวณเกยวกบเรองเบสออน (โดยใชสตรลด) สามารถค านวณหาความเขมขนของ OH- ของเบสออนทภาวะสมดล ได ดงน ตวอยางการค านวณเกยวกบสมดลของเบสออน ตวอยางท 1 สารละลายแอมโมเนย (NH3) 0.01 mol/dm3 พบวาทสมดลแตกตวไป 4.2 % จงหาคา Kb ของ NH3 (aq)

วธคด…………………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………………………………. ………………………………………………………………………………………………………………………. ………………………………………………………………………………………………………………………. ………………………………………………………………………………………………………………………. ………………………………………………………………………………………………………………………. ………………………………………………………………………………………………………………………. ………………………………………………………………………………………………………………………. ………………………………………………………………………………………………………………………. ……………………………………………………………………………………………………………………….

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

รอยละของการแตกตวของเบสออน = จ านวนโมลของเบสออนทแตกตว X 100 จ านวนโมลของเบสออนทงหมด

[OH- ] = Kb x Cb ; เมอ Cb คอ ความเขมขนของสารละลายเบสออน


3.7 การแตกตวเปนไอออนของน าบรสทธ

เนองจากน าบรสทธน าไฟฟาไดนอยมาก ไมสามารถตรวจสอบไดดวยเครองตรวจการน าไฟฟาชนดธรรมดา แสดงวาน าแตกตวเปนไอออนไดนอยมาก จงถอวาน าเปนอเลกโทรไลตทออนมาก น าเปนสารแอมฟโปรตก (เปนไดทงกรดและเบส) เพราะสามารถใหและรบโปรตอน (H+) ได ดงนนน าบรสทธจงสามารถแตกตวเปนไฮโดรเนยมไอออน (H3O

+) และไฮดรอกไซดไอออน (OH-) และเกดภาวะ สมดล ดงน

H2O (l) + H2O (l) H3O+ (aq) + OH - (aq)

คาคงทสมดลของน า (Kw) ขนอยกบอณหภม ถาอณหภมสงขนน าจะแตกตวไดมากขน ดงนนในการบอกคา Kw

จะตองบอกอณหภมดวย เชน ทอณหภม 25 องศาเซลเซยส คา Kw = 1.0 x 10-14 mol2/dm6 Kw = [H3O

+] [OH -] = 1.0 x 10-14 mol2/dm6 เนองจาก [H3O+] = [OH -]

ดงนน [H3O+] = [OH -] = 1.0 x 10-14 mol2/dm6 = 1.0 x 10-7 mol/dm3

3.7.1 การค านวณหาคา Ka และ Kb โดยอาศยคา Kw กรณการหาคา Kaของคกรดของเบสหรอการหาคา Kbของคเบสของกรด สามารถหาไดโดยใชความสมพนธดงน

ตวอยาง 1 ถาคา Ka ของ CH3COOH ท 25 องศาเซลเซยส มคาเทากบ 1.8 x x 10-5 mol/ dm3 จงค านวณหาคา Kb ของ CH3COO- ซงเปนคเบสของกรด CH3COOH วธคด 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 ดงนน คา Kb ของ CH3COO- ซงเปนคเบสของกรด CH3COOH มคาเทากบ 5.56 x 10-10 mol/dm3

คาคงทสมดลของน า Kw = [H3O+] [OH -]

Ka x Kb = Kw ; Ka = Kw / Kb ; Kb = Kw / Ka

บนทกเพมเตม ............................................................................................................................................................ ........................................................................................................................................................................................................................................................................................................................ ............................................................................................................................................................


3.8 การเปลยนความเขมขนของไฮโดรเนยมไอออน (H3O+) และไฮดรอกไซดไอออน (OH-) ในน า (H2O)

3.8.1 การเปลยนความเขมขนของไฮโดรเนยมไอออน และไฮดรอกไซดไอออน ในน า เมอเตมกรด * สรป เมอเตมกรดลงในน าบรสทธ จะท าใหสมดลของน าบรสทธเปลยนไป โดยจะท าใหความเขมขนของไฮโดรเนยมไอออน (H3O

+) มากกวา ไฮดรอกไซดไอออน (OH-)และความเขมขนของไฮโดรเนยมไอออน (H3O+)ใน

สารละลายกรดจะมคามากกวา 1.0 x 10-7 mol/dm3 (การเปลยนความเขมขนท าใหภาวะสมดลเปลยนแตคาคงทสมดลไมเปลยน (Kw = [H3O

+] [OH -] )) ถาทราบ [H3O+] สามารถค านวณหา [OH -]ไดจากสตร [OH -]= Kw/[H3O

+] 3.8.2 การเปลยนความเขมขนของไฮโดรเนยมไอออน และไฮดรอกไซดไอออน ในน า เมอเตมเบส * สรป เมอเตมเบสลงในน าบรสทธ จะท าใหสมดลของน าบรสทธเปลยนไป โดยจะท าใหความเขมขนของไฮดรอกไซดไอออน (OH-)มากกวา ไฮโดรเนยมไอออน (H3O

+) และไฮดรอกไซดไอออน (OH-)ในสารละลายเบสจะมคามากกวา 1.0 x 10-7 mol/dm3 (การเปลยนความเขมขนท าใหภาวะสมดลเปลยนแตคาคงทสมดลไมเปลยน (Kw = [H3O

+] [OH -] )) ถาทราบ [OH -] สามารถค านวณหา [H3O

+] ไดจากสตร [H3O+] = Kw / [OH -]

3.9 pH ของสารละลาย

3.9.1 การวด pH ของสารละลาย * pH ยอมาจาก power of Hydrogen ion เปนคาทใชบอกความเปนกรดเบสของสารละลาย โดยบอกอยในรปความเขมขนของ H3O

+

การบอกความเปนกรดเปนเบสของสารละลายโดยอาศยคาความเขมขนของ [H3O+] และ [OH -] ไมสะดวกและ

ผดพลาดงาย เพราะในสารละลายมกมคาความเขมขนของ [H3O+] และ [OH -] นอยมาก (สวนใหญเปนเลขยกก าลงท

เปนลบ) ดงนนในป 1909 เซอเรนซน (S.P.L. Serenson) ไดเสนอวธบอกความเปนกรดเปนเบสของสารละลายขนใหม คอ มาตราสวน pH (pH scale) โดยก าหนดให ลกษณะส าคญของคา pH - สวนมากมคาอยระหวาง 0-14 แตอาจมคาตดลบ เปนศนย หรอมากกวา 14 หรอเปนจดทศนยมกได และไมมหนวย ตวอยาง 1 สารละลาย HCl เขมขน 0.1 mol/dm3 จะม [H3O

+] = 10-1 mol/dm3 จาก pH = - log [H3O+]

ดงนน pH = - log (10-1) = 1 ในการบอกความเปนกรดเปนเบสของสารละลาย นอกจากจะบอกเปนมาตราสวน pH แลวยงสามารถบอกเปนมาตราสวน pOH กได (pOH ยอมาจาก power of Hydroxide ion ) โดยก าหนดให ถาทราบคา pOH กสามารถหาคา pH ไดโดยใชสตร pH = 14 - pOH

pH = - log [H+] หรอ pH = - log [H3O+] หรอ pH = log 1 / [H3O

+]

pOH = - log [OH -]

pH + pOH = 14


3.9.2 การค านวณหา pH ของสารละลาย (ก าหนดให log 1 = 0 , log 2 = 0.301 , log 3 = 0.477 ) ตวอยาง 2 จงค านวณหา pH ของสารละลาย HCl เขมขน 0.002 mol/dm3 วธคด…………………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………………………………. ………………………………………………………………………………………………………………………. ………………………………………………………………………………………………………………………. ………………………………………………………………………………………………………………………. ………………………………………………………………………………………………………………………. ………………………………………………………………………………………………………………………. ตวอยาง 3 จงค านวณหา pH ของสารละลาย NaOH เขมขน 0.01 mol/dm3 วธคด…………………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………………………………. ………………………………………………………………………………………………………………………. ………………………………………………………………………………………………………………………. ………………………………………………………………………………………………………………………. ………………………………………………………………………………………………………………………. ………………………………………………………………………………………………………………………. ความเขมขนของ H3O

+ ในสารละลายบอกถงความเปนกรดหรอเบสของสารละลาย ซงแสดงดวยคา pH การวดคา pH ของสารละลายจงวดความเขมขนของ H3O

+ ในสารละลาย วธหนงทนยมใช คอวดดวยพเอชมเตอร 3.10 อนดเคเตอรส าหรบกรด-เบส สารทใชบอกความเปนกรด-เบสของสารละลายอกชนดหนง เรยกวา อนดเคเตอร (Indicators) อนดเคเตอร สวนใหญเปนสารอนทรยทมสมบตเปนกรดออนหรอเบสออนมสตรโมเลกลแตกตางกน แตสามารถเขยนสตรทวไปไดเปน HIn ซงเมออยในสารละลายจะเกดการแตกตวดงสมการ HIn (aq) + H2O (l) H3O

+ (aq) + In- ( aq) สของอนดเคเตอรทปรากฎขนอยกบความเขมขนของ HIn และ In- ในสารละลาย การรบกวนสมดลของอนดเคเตอรโดยเตม H3O

+ จากสารละลายกรดและ OH- จากสารละลายเบสลงไป จะท าใหความเขมขนของ HIn และ In- เปลยนแปลงไปดวย ซงการทดสอบความเปนกรด-เบสของสารละลาย ใชสารละลายของอนดเคเตอร 2-3 หยด กสามารถสงเกตเหนการเปลยนแปลงของสไดชดเจน (ส าหรบตวอยางอนดเคเตอรและชวง pH ของการเปลยนสใหนกเรยนดในตารางท 10.6 ในหนงสอเรยนเคม 3 (ว 037) หนา 114 บรรทดท 6 เปนตนไป ) ยนเวอรซลอนดเคเตอร คอ อนดเคเตอรผสมทเกดจากการน าอนดเคเตอรหลายชนดทเปลยนสในชวง pH ตางๆ มาผสมกนในอตราสวนทเหมาะสม ซงสามารถบอกคา pH ของสารละลายไดละเอยดมากขน

KIn = [H3O+][ In-] /[ HIn]


3.11 สารละลายกรด-เบสในชวตประจ าวนและในสงมชวต

ในชวตประจ าวนของนกเรยนไดเกยวของกบสารชนดตาง ๆ เชน อาหาร สบ สารซกลางตางๆ รวมทงสารในสงมชวตทงพชและสตว ภายในรางกายของคนเราประกอบดวยของเหลวชนดตางๆ หลายชนดซงของเหลวแตละชนดมคา pH เฉพาะตว เชน (ใหนกเรยนศกษาหนงสอเรยนวชาเคม 3 (ว 037) หนา 116 ตารางท 10.7 ประกอบดวย )

สาร pH สาร pH น ายอยในกระเพาะ 1.6-2.5 เลอด 7.35-7.45 ปสสาวะ 5.5-7.0 น าด 7.8-8.6 น าลาย 6.2-7.4 น ายอยจากตบออน 7.4-8.3

นกเรยนจะสงเกตเหนวา ของเหลวภายในรางกายสวนใหญมคา pH เปนชวง บางชนดมชวง pH กวาง เชน ปสสาวะ บางชนดมชวง pH แคบ เชน เลอด การทของเหลวในรางกายสวนใหญมคา pH เปนชวงเพราะ คา pH ของของเหลวภายในรางกายแปรตามอาหารทรบประทาน เชน ถารบประทานเนอสตว ปสสาวะจะม pH ต า เปนตน ในชวตประจ าวนมกพบสารละลายทมความเปนกรดและเบสอยเสมอ สารละลายเหลานสวนใหญม pH ไมแนนอน ขนอยกบวธการผลตและสภาพแวดลอม ดงนนจงเขยนคา pH เปนชวง เชน

สาร pH สาร pH น าสมสายช 2.5-3.5 น าฝน 5.5-6.0 น ามะนาว 2.8-3.4 น าประปา 6.5-8.0 น าอดลม 3.0-4.0 ไขแดง 7.8-8.0

โรงงานอตสาหกรรมบางแหงปลอยสารประกอบออกไซดของก ามะถน ไนโตรเจนและคารบอน เชน SO2 , NO2 และ CO2 เมอฝนตกจะรวมตวกบน าฝนท าใหน าฝนเปนกรด มคาpH ต าเรยกวาฝนกรด ซงเปนอนตราย

3.12 ปฏกรยาของกรดและเบส

3.12.1 ปฏกรยาระหวางกรดกบเบส จากทฤษฎกรด-เบสของเบรนสเตด-ลาวรกลาววา กรด คอสารทใหโปรตอน (H+) เบส คอสารทรบโปรตอน (H+) ดงนนปฏกรยาระหวางกรดกบเบสจงเปนปฏกรยาทมการถายโอนโปรตอนระหวางสารทงสอง และโดยทวไปแลวกรดท าปฏกรยากบเบสไดเกลอและน า (อาจเกดเกลออยางเดยวกได) ซงเกลอทเกดขนอาจละลายน าไดหรอไมละลายน ากได เรยกปฏกรยาระหวางกรดกบเบสวา ปฏกรยาสะเทน (Neutralization reaction)

ตวอยางปฏกรยาระหวางกรดกบเบส เชน 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)

กรด + เบส เกลอ + น า


*สรป 1. H3O+ จากกรด ท าปฏกรยากบ OH- จากเบส เกด เปน น า เรยกวา ปฏกรยาสะเทน

2. ไอออนลบจากกรดท าปฏกรยาจากไอออนบวกจากเบส เกด เกลอ H2SO4 Ba(OH)2 SO4

2-(aq) + Ba2+ (aq) Ba SO4 (s) 3. กรด + เบส เกลอ + น า เชน HNO3 (aq) + NH4OH (aq) NH4NO3(aq) + H2O (l) 3.12.2 ปฏกรยาของกรดหรอเบสกบสารบางชนด นอกจากกรดจะท าปฏกรยากบเบสไดแลว ทงกรดและเบสยงสามารถท าปฏกรยากบสารบางชนดไดอก ตวอยางปฏกรยาระหวางกรดกบสารตางๆ เชน 1. กรดสามารถท าปฏกรยากบโลหะทวองไว ไดแก โลหะหม IA IIA IIIA โลหะทรานสชนบางชนดไดเกลอและ กาซไฮโดรเจน เชน 2HCl (aq) + Mg(s) MgCl2 (aq) + H2 (g)

2. กรดท าปฏกรยากบโลหะบางชนดไมใหกาซไฮโดรเจนแตไดเกลอกบกาซชนดอน เชน Cu (s) + 4HNO3 (aq) Cu(NO3)2(aq) + 2NO 2 (g) + 2H2O (l) 3. กรดท าปฏกรยากบสารประกอบคารบอเนตหรอไฮโดรเจนคารบอเนตไดเกลอชนดใหม น าและกาซ

คารบอนไดออกไซด เชน 2HCl (aq) + CaCO3 (s) CaCl2 (aq) + H2O(l) + CO2 (g) HCl (aq) + NaHCO3 (s) NaCl (aq) + H2O (l) + CO 2 (g) 4. กรดท าปฏกรยากบสารประกอบออกไซดของโลหะไดเกลอกบน า เชน 2HCl (aq)+Na2O(s) 2NaCl (aq) + H2O(l) 5. กรดท าปฏกรยากบสารประกอบซลไฟดไดเกลอกบกาซไฮโดรเจนซลไฟด (H2S) เชน 2HCl (aq)+FeS (s) FeCl2 (aq) + H2S (g) ตวอยางปฏกรยาระหวางเบสกบสารตางๆ เชน 1. เบสท าปฏกรยากบเกลอแอมโมเนยม ได เกลอชนดใหม กาซแอมโมเนย (NH3) และน า (H2O) เชน NaOH (aq) + NH4Cl (aq) NaCl (aq) + NH3 (g) + H2O (l) 2. เบสแกสามารถท าปฏกรยากบสารประกอบออกไซดบางชนดได เชน SiO2 (s) + 2 NaOH (aq) Na2SiO3 (aq) + H2O (l) 3. เบสบางชนดสามารถท าปฏกรยากบโลหะบางชนด ไดกาซไฮโดรเจน เชน 2Al (s) + 2NaOH (aq) + 2H2O (l) 2NaAlO 2 (aq) + 3H2 (g)

กรด + โลหะ เกลอ + H2 (g) (ยกเวน โลหะมตระกล เชน Au, Ag ,Pt)

กรด + เกลอ CO32- หรอ HCO3

- เกลอ + H2O(l) + CO 2 (g)


3.12.3 ปฏกรยาไฮโดรลซส (Hydrolysis reaction) ปฏกรยาไฮโดรลซส หมายถง ปฏกรยาระหวางสารใดๆ กบน าแลวเกดสารใหม และสารละลายมpH เปลยนไป ปฏกรยาไฮโดรลซสของเกลอ (Salt Hydrolysis reaction) คอ ปฏกรยาระหวางเกลอหรอไอออนจากเกลอกบน าแลวท าใหสารละลายมpH เปลยนแปลงไป เกลอ (salt) คอ สารประกอบไอออนกทประกอบดวยไอออนบวกทเกดจากโลหะหรอหมเทยบเทาโลหะ (NH4

+)กบไอออนลบทเกดจากอโลหะ เมอน าเกลอไปละลายน าเกลอบางชนดไมท าปฏกรยากบน า ท าใหสารละลายมสมบตเปนกลาง (pH=7) แตเกลอบางชนดท าปฏกรยากบน าหรอเกดปฏกรยาไฮโดรลซสได H3O

+ หรอ OH- เกดขนท าใหสารละลายมสมบตเปนกรดหรอเบส ถาจ าแนกประเภทของเกลอโดยอาศยปฏกรยาไฮโดรลซสเปนเกณฑ สามารถแบงเกลอออกไดเปน 4 ประเภท ดงน ประเภทของกรดและเบสทท าใหเกดเกลอ

องคประกอบ ของเกลอ

ไอออนทเกดปฏกรยาไฮโดรล

ซส

pH ของสารละลาย

สมบตของสารละลาย

ตวอยางเกลอ

1. กรดแก + เบสแก ไอออนลบจากกรดแกและไอออนบวกจากเบสแก

ไมมไอออนทเกดปฏกรยาไฮโดรลซส

ประมาณ 7

กลาง NaCl,KNO3

KCl,CaCl2

2. กรดแก + เบสออน ไอออนลบจากกรดแกและไอออนบวกจากเบสออน

ไอออนบวก นอยกวา 7

กรด NH4Cl , NH4Br

3. กรดออน + เบสแก ไอออนลบจากกรดออนและไอออนบวกจากเบสแก

ไอออนลบ มากกวา 7

เบส CH3COONa , KCN, NaCN

4. กรดออน+เบสออน ไอออนลบจากกรดออนและไอออนบวกจากเบสออน

ทงไอออนบวกและไอออนลบ

ไมสามารถท านายได

กลาง กรดหรอ เบส

ขนกบคา Ka

และKb

CH3COONH4 NH4CN, NH4NO2 , NH4F

3.12.4 ประโยชนของเกลอ เกลอเปนสารเคมประเภทหนงทนบไดวามประโยชนมาก เพราะมการน าเกลอไปใชประโยชนในหลายๆดาน ดงน 1. .................................................................................................................................................................................... 2. . .................................................................................................................................................................................... 3. .................................................................................................................................................................................... 4. . .................................................................................................................................................................................... 5. . .................................................................................................................................................................................... การค านวณเกยวกบไฮโดรลซส

Kh = Kw/Ka หรอ Kh = Kw/Kb ; เมอ Kh คอ คาคงทสมดลไฮโดรลซส


3.13 การไทเทรต กรด-เบส

การไทเทรตกรด-เบส หมายถงกระบวนการหาปรมาณของสาร โดยทราบความเขมขนของกรดหรอเบสอยางใดอยางหนงและทราบปรมาตรของสารละลายท งสองชนดทท าปฏกรยากนพอดกสามารถหาความเขมขนของสารละลายอกชนดหนงได จดทกรดและเบสท ากนพอด เรยกวา จดสมมล (Equivalent point) ซงจดสมมลของกรดและเบสแตคจะม pH ทตางกน ซงขนอยกบชนดของกรดและเบสทท าการไทเทรต หากไทเทรตระหวางกรดแกกบเบสแก จดสมมลจะม pH เทากบ 7ไทเทรตระหวางกรดออนกบเบสแก จดสมมลจะม pH มากกวา 7 และ ไทเทรตระหวางกรดแกกบเบสออน จดสมมลจะม pH นอยกวา 7

รปการจดอปกรณในการไทเทรต รปแสดงการไทเทรต

ในการไทเทรตระหวางกรดกบเบส เราไมทราบวาถงจดสมมลแลวหรอยง หรอเกนไปแลวดงนนเราจงตอง

อาศยอนดเคเตอรเปนตวบอกหรอเปนตวสงเกตเพอบอกวาควรยตการไทเทรตเมอไร อาจดจากการเปลยนสเมอสารท าปฏกรยากบอนดเคเตอร หรอดการเปลยนแปลงศกยไฟฟาทเกดขน เราเรยกจดนวา จดยต (End Point) ซงการหาจดยตท าไดหลายวธตวอยาง เชน

1) การเปลยนสของอนดเคเตอร ซงใชการเปลยนสของอนดเคเตอรเมอมการเปลยนสเกดขน ซงเปนวธทนยมใช เพราะอปกรณและสารเคมหาไดไมยาก และมความประหยด

2) ใชการน าไฟฟาของสารละลาย สารละลายกรด เบสเปนสารอเลกโตรไลต ดงนนจงน าไฟฟาได เมอท าการไทเทรตจะท าใหปรมาณสารทสามารถแตกตวเปนอเลกโทรไลตไดนอยลง สงผลใหการน าไฟฟาไดนอยลง ซงเมอเราดการเปลยนแปลงการน าไฟฟาเรากสามารถทจะหาจตยตของการไทเทรตได ในการไทเทรตเราตองทราบความเขมขนอยางแนนอน ซงเราเรยกสารละลายนนวา สารละลายมาตรฐาน (Standard solution) และสารละลายทไมทราบความเขมขน ซงเราตองการทราบวาความเขมขนของสารนนมความเขมขนเทาใดเราเรยกสารละลายชนดนนวา unknown Solution


3.13.1 อนดเคเตอรกบการไทเทรตกรด-เบส เมอกรดกบเบสท าปฏกรยากนคา pH ของสารละลายจะเปลยนแปลงไปเรอยๆ จนกระทงสารท าปฏกรยากน

พอด สารละลายจะม pH คาหนงจะเปนเทาใดนนขนอยกบผลตภณฑทเกดขนอนดเคเตอรทจะบอกจดยตไดถกตอง จะตองเปลยนสในชวง pH ทตรงกบ pH ของสารละลายผลตภณฑการเลอกใชอนดเคเตอรในการไทเทรตตองศกษาการเปลยนแปลง pH จากกราฟการไทเทรตวาทจดสมมลม pH เทาใด และอนดเคเตอรชนดใดจะเปลยนสทจดยตใกลเคยงกบจดสมมลมากทสด

ตารางสรปการเลอกใชอนดเคเตอรและกราฟการไทเทรตกรด-เบส

การไทเทรตระหวางกรดกบเบส

pH ณ จดสมมลของสารละลาย

สมบตของสารละลาย

อนดเคเตอรทเลอกใช

กราฟการไทเทรต

ตวอยางกรด-เบสทใชไทเทรต

1. กรดแก + เบสแก ประมาณ 7 กลาง

2. กรดแก + เบสออน นอยกวา 7

กรด

3. กรดออน + เบสแก มากกวา 7

เบส

4. กรดออน+เบสออน ไมสามารถท านายได

กลาง กรดหรอ เบส ขนกบคา

KaและKb

ตวอยางกราฟการไทเทรตกรดแก-เบสแก จากรปการไทเทรตระหวางกรดแกกบเบสแกทจดสมมล pH ของ

สารละลายประมาณ 7 ในการเลอกใช อนดเคเตอรนน ควรเลอกใชอนดเคเตอรทมการเปลยนแปลง pH ทประมาณ 7 หรอพจารณาจากชวงของการเปลยน pH ตรงสวนทมความชนทสดในกราฟของการไทเทรต แลวเลอกอนดเคเตอรในชวงการเปลยนแปลงของสนน จากการไทเทรตของกรดแกและเบสแกพบวาชวงทชนทสดมคา pH 3 – 11 เราจงสามารถเลอกอนดเคเตอรทเปลยนสในชวงนไดหลายชนดเชนเมทลออเรนจ ซงเปลยนสในชวง pH 3.2 – 4.4 เมทวเรดเปลยนสในชวง pH 4.2–6.3 โบรโมไทมอลบล เปลยนสในชวง pH 6.0 – 7.6 หรอ ฟนอลฟทาลน เปลยนสในชวง pH 8.3 – 10.0 แตถาหากเราไมทราบวาความชนมากทสดอยในชวงใดเราควรเลอกอนดเคเตอรใหครอบคลมจดสมมล ดงนนอนดเคเตอรทเราควรเลอกใชคอ โบรโมไทมอลบลหรอฟนอลฟทาลน


3.13.2 การหาปรมาณของสารดวยวธการไทเทรต aC1V1 = bC2V2

………………………………………………………………………………………………….……………………… ………………………………………………………………………………………………….……………………… ………………………………………………………………………………………………….……………………… ………………………………………………………………………………………………….……………………… ………………………………………………………………………………………………….……………………… ………………………………………………………………………………………………….……………………… ตวอยาง ถาหลอดหยดอนหนงมปรมาตรของหยดเปน 25 หยดตอ 1 ลกบาศกเซนตเมตร ถาใชสารละลาย HCl เขมขน 0.200 mol/dm3 จ านวน 10 หยด ท าปฏกรยาสะเทนกบสารละลาย NaOHจ านวน 15 หยด จงหาความเขมขนของ NaOH ………………………………………………………………………………………………….……………………… ………………………………………………………………………………………………….……………………… ………………………………………………………………………………………………….……………………… ………………………………………………………………………………………………….……………………… ………………………………………………………………………………………………….……………………… ………………………………………………………………………………………………….……………………… ………………………………………………………………………………………………….……………………… ………………………………………………………………………………………………….……………………… ………………………………………………………………………………………………….……………………… ตวอยาง เมอไทเทรตสารละลาย HCl ทไมทราบความเขมขนกบสารละลาย NaOH เขมขน0.100 M ปรมาตร 25.00 cm3

โดยใชเมทลออเรนจเปนอนดเคเตอร ปรากฏวาใชสารละลาย HCl ไป 27.0 cm3 อยากทราบวาสารละลาย HCl ทใชมความเขมขนเทาใด ………………………………………………………………………………………………….……………………… ………………………………………………………………………………………………….……………………… ………………………………………………………………………………………………….……………………… ………………………………………………………………………………………………….……………………… ………………………………………………………………………………………………….……………………… ………………………………………………………………………………………………….……………………… ………………………………………………………………………………………………….……………………… ………………………………………………………………………………………………….………………………


3.14 สารละลายบฟเฟอร

สารละลายบฟเฟอร(Buffer solution) คอ สารละลายทไดจากการผสมระหวางกรดออนกบเกลอของมน หรอ เบสออนกบเกลอของมน หนาทส าคญคอเปนสารละลายทใชในการควบคมความเปนกรดเบสของสารละลายเพอไมใหเปลยนไปมากเมอเตมกรดหรอเบสลงไปเลกนอย นนคอรกษาระดบ pH ของสารละลายไมใหเปลยนแปลง สารละลายบฟเฟอรแบงออกเปนสองชนดไดแก

1.) สารละลายบฟเฟอรของกรดออนกบเกลอของกรดออน (Acid buffer solution) สารบฟเฟอรแบบนม pH < 7 ซงเปนบฟเฟอรเปนกรด เชน

CH3COOH + CH3COONa , HCOOH + HCOOK , HCN + KCN , H2CO3 + Na2CO3 วธการควบคม pH ของบฟเฟอร

CH3COONa (s) CH3COO- (aq) + Na+ (aq) ---- 1 CH3COOH (aq) CH3COO- (aq) + H3O

+ (aq) ---- 2 ซงหลกการใชหลกการของสมดลเคม ในการเตมเกลอลงไปท าใหกรดแตกตวไดนอยลงตามหลกเลอชาเตอรเอ

ดงนนสารละลายทม CH3COONa กบ CH3COOH จงเปนกรดทนอยกวามCH3COOH เพยงอยางเดยว การรกษา pH คอถาเตมกรดลงไปในสารละลายบฟเฟอรปฏกรยาท 2 จะเกดยอนกลบถาเตมเบสลงไปจะสะเทนกบกรดไดน าออกมา

2.) สารละลายบฟเฟอรของเบสกบเกลอของเบสออน (Basic buffer solution) สารละลาย บฟเฟอรแบบนม pH > 7 เปนเบส เชน

NH3 + NH4Cl , NH4OH + NH4Cl , Fe(OH)2 + FeCl2 หลกการท างานของบฟเฟอรชนดนเหมอนกบการท างานของบฟเฟอรประเภทกรด ซงใชหลกการรบกวน

สมดลของปฏกรยากรด-เบส (acid-base) การค านวณสารละลายบฟเฟอร ส าหรบการค านวณหา [H+] หรอ [H3O

+] หรอคา pH ของสารละลายมขนตอนดงน


เรยกสมการทไดวาสมการเฮนเดอรสน- ฮาเซลบลซ เราตองจ าใหไดวาสมการเฮนเดอรสน- ฮาเซลบลซไดมาจากคาคงท สมการนมความสมเหตสมผลแมวาจะไมไดค านงถงทมาของคเบสกตาม โจทยปญหาตามปกตแลวเราจะทราบความเขมขนเรมตนของกรดออนและเกลอ เราสามารถไมคดการแตกตว Ka ของกรดและการเกดไฮโดรไลซสของเกลอได เนองกรดเปนกรดออนและปรมาณของการไฮโดรไลซสของ A- นอยมาก นอกจากนไอออน A- จากเกลอ ยงท าใหการแตกตวของ HA นอยลงดวยจงทกใหการไฮโดรไลซสของ A- มคานอยดวย ดงนนเราสามารถใชความเขมขนเรมตนเปนความเขมขนทสมดลไดเลย

ตวอยาง จงหา pH ของสารละลายบฟเฟอรซงเกดจากเตมสารละลาย CH3COOH จ านวน 0.350โมล และสารละลาย CH3COONa จ านวน 0.350 โมล ลงในน าแลวท าเปนสารละลาย 0.600 ลตร(Ka ของ CH3COOH = 1.8×10-5) ………………………………………………………………………………………………….……………………… ………………………………………………………………………………………………….……………………… ………………………………………………………………………………………………….……………………… ………………………………………………………………………………………………….……………………… ………………………………………………………………………………………………….……………………… ………………………………………………………………………………………………….……………………… ตวอยาง จงหา pH ของสารละลายบฟเฟอรซงประกอบดวยสารละลาย HCN เขมขน 0.400 Mและสารละลาย NaCN เขมขน 0.200 M ก าหนด Ka ของ HCN = 4×10-10 ………………………………………………………………………………………………….……………………… ………………………………………………………………………………………………….……………………… ………………………………………………………………………………………………….……………………… ………………………………………………………………………………………………….……………………… ………………………………………………………………………………………………….……………………… ………………………………………………………………………………………………….……………………… ตวอยาง จงหา pH ของสารละลายบฟเฟอรซงประกอบดวย CH3COOH เขมขน 0.100 M และCH3COONa เขมขน 0.0800 M (Ka ของ CH3COOH = 1.8×10-5)

1.) เมอเตม HCl 0.0100 M ลงในสารละลายบฟเฟอรนจะม pH เทาใด 2.) เมอเตม NaOH 0.0100 M ลงในสารละลายบฟเฟอรนจะม pH เทาใด

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


เอกสารอางอง

สถาบนสงเสรมการสอนวทยาศาสตรและเทคโนโลย, กระทรวงศกษาธการ.หนงสอเรยน สาระการเรยนรพนฐานและเพมเตม เคม เลม 3 หลกสตรการศกษาขนพนฐานพทธศกราช 2544 . กรงเทพมหานคร:โรงพมพครสภาลาดพราว, 2547.

ส าราญ พฤกษสนทร. คมอสาระการเรยนรพนฐานและเพมเตม กลมสาระการเรยนรวทยาศาสตร เคม ม.5 เลม 3. กรงเทพมหานคร: พ.ศ. พฒนา , 2547. Chang, R., Chemistry, McGraw-Hill, New York, 9th ed., 2007.

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


หนวยการเรยนรท หนวยการเรยนรท 33

เรอง กรดกรด--เบส เบส ((AAcciiddss--BBaasseess))

เอกสารประกอบการเรยนรเอกสารประกอบการเรยนร กลมสาระการเรยนรวทยาศาสตรกลมสาระการเรยนรวทยาศาสตร ชนมธยมศกษาปท ชนมธยมศกษาปท 55

วชา เคม รหสวชา ว วชา เคม รหสวชา ว 3300222233

โดย นายศรวฒ บวสมาน

ศษ.บ.การมธยมศกษา(เคม-ชววทยา) , วท.ม. เคมส าหรบคร

โรงเรยนศรสมเดจพมพพฒนาวทยา อ าเภอศรสมเดจ จงหวดรอยเอด สงกดส านกงานเขตพนทการศกษามธยมศกษา 27

ส านกงานคณะกรรมการการศกษาขนพนฐาน กระทรวงศกษาธการ

ตามหลกสตรแกนกลางการศกษาขนพนฐาน พทธศกราช 2551


ค าน า

เอกสารประกอบการเรยนร “รายวชา เคม รหสวชา ว30223” ทนกเรยนหรอทานผอานก าลงถออานอยน เปนเอกสารสวนหนงของกลมสาระการเรยนรวทยาศาสตรท ครศรวฒ บวสมาน ไดเรยบเรยงขน เพอใชประกอบในการจดกจกรรมการเรยนรของผเรยนชนมธยมศกษาปท 5 เพอผเรยนไดศกษาดวยตนเอง มแบบฝกหดใหลองฝกคดและฝกท าดวย เอกสารเลมนถอเปนสงพมพทผจดกจกรรมการเรยนร ไดรวบรวมเนอหาสาระเกยวกบ วชาเคม เรอง กรด-เบส จากเอกสาร หนงสอ และต าราหลายๆ เลมดวยกน โดยสรปสาระใหเขาใจงายยงขน ขอแนะน าในการเรยน ขอใหอานเอกสารประกอบการเรยนรนมาลวงหนา และลองท าแบบฝกหดมากอน จะท าใหผเรยนเกดทกษะและเรยนรไดเรวขน ผเรยบเรยงหวงเปนอยางยงวา เอกสารประกอบการเรยนรเลมน จกเปนประโยชนแกผเรยนและผศกษา หากมขอผดพลาดประการใด กขออภยไว ณ ทนดวย และจะเปนพระคณอยางยงหากแจงขอผดพลาดในเอกสารนใหผเรยบเรยงทราบ (นายศรวฒ บวสมาน) ผเรยบเรยง 22 มกราคม 2556

ก


สารบญสารบญ เรอง หนา

ค าน า ก

สารบญ ข สญญาการเรยน ค

ผลการเรยนรทคาดหวง ง

ค าอธบายรายวชา จ

หนวยการเรยนร ฉ รปแบบการจดกจกรรมการเรยนร ซ การวดและประเมนผลการเรยนร ซ อตราสวนคะแนน ฌ หนวยการเรยนรท 3 : กรด- เบส 3.1 สารละลายอเลกโทรไลต 1 3.2 สารละลายกรดและสารละลายเบส 1 3.3 ทฤษฎกรด-เบส 4 3.4 คกรด-เบส 6 3.5 ความแรงของกรด-เบส 6 3.6 การแตกตวของกรดและเบส 8 3.7 การแตกตวเปนไอออนของน าบรสทธ 12

3.8 การเปลยนความเขมขนของไฮโดรเนยมไอออน และไฮดรอกไซดไอออนของน า 13 3.9 pH ของสารละลาย 13 3.10 อนดเคเตอรส าหรบกรด – เบส 14 3.11 สารละลายกรด– เบสในชวตประจ าวนและในสงมชวต 15 3.12 ปฏกรยาของกรดและเบส 16 3.13 การไทเทรตกรด – เบส 18 3.14 สารละลายบฟเฟอร 21

บรรณานกรม 23

ข

เอกสารประกอบการเรียนรู้ ว40223acids base1

Education