Download - บทที่ 10 กรด - เบส (Acids and Bases)
บทท�� 10กรด - เบส
(Acids andBases)
ภาควิ�ชาเคมี� คณะวิ�ทยาศาสตร�มีหาวิ�ทยาลั�ยเทคโนโลัย�มีหานคร
Bronsted Acids and Bases
Bronsted acid ค�อ สารท��สามีารถให" pro tonหร�อ hydronium ion ได"
aci ds H+ หร�อ H
3O+
Bronsted base ค�อ สารท��สามีารถร�บ proton หร�อ hydronium ion ได"
base ; OH- + H3
O+ 2 H2
O
ค$%กรด-เบส (Conjugate acid–base pair)
Acid H+ + conjugate base
(ส%วินท��เหลั�อของกรดหลั�งจากให" proton ไป)
NH3
(aq) + H2
O(l) NH4
+ (aq) + OH-(aq)base1 acid2 acid1 base2 (conjugate acid)
CH3
COOH (aq) + H2
O(l) CH3
COO- (aq) + H3
O+(aq) acid1 base2 base1 acid2
(conjugate base)
Base conjugate acid + OH-
สมีบ�ต�ควิามีเป*นกรด-เบสของน+,า - (The acid base properties of water)น+,าเป*นต�วิท+าลัะลัายท��มี�ค-ณสมีบ�ต�เฉพาะต�วิ สมีบ�ต�ประการหน0�ง
ของน+,าค�อ เป*นได"ท�,งกรดแลัะเบส แลัะจ�ดเป*นอ�เลั2กโทรไลัต�ท��อ%อนมีาก จ0งน+าไฟฟ4าได"ไมี%ด� แต%ก2แตกต�วิเป*นไอออนได"บ"าง
แบบท�� 1 H2
O (l) H+ (aq) + OH-(aq)แบบท�� 2 H
2 O (l) + H
2 O (l)
H3
O+ (aq) + OH-(aq) acid1 base2 aci
d2 base1 เร�ยกวิ%า การแตกต�วิเป*นไอออนด"วิยต�วิเอง (Autoionization)Kw ค�อ ค%าคงท��ผลัค$ณไอออน (ion product
constant) = [H+][OH- ] (แบบท�� 1)
น+,าบร�ส-ทธิ์�7 ท�� 25o C ; [H+ ] = [OH- ] = 1.0 10- 7 M
Kc[H2 O] = Kw = [H+][OH- ] ด�งน�,น Kw 10= ( . 10-7 )(1 .0 10-7 )= 10 10- 14
pH แลัะการวิ�ดควิามีเป*นกรด (acidity)
pH ของน+,าบร�ส-ทธิ์�7 ; [H+ ] 10= . 10-7 M pH - 10= log( . 107– ) = 7 (เป*นกลัาง )
ถ"า [H+ ] > 1.0 10-7 M จะมี� pH น"อยกวิ%า (7 เป*นกรด) [H+ ] < 1.0 10-7 M จะมี� pH มีากกวิ%า 7 (เป*นเบส)
ในกรณ�ท��เป*น เบส จะสามีารถ หา pOH ได" pOH -= log[OH-]
pH -= log[H+]
pH + pOH 1 4
ต�วิอย%างท�� 1 เหลั"าไวิน� เมี��อเป9ดขวิด มี�ควิามีเข"มีข"นของH+ เท%าก�บ 3.2 10-4 M เมี��อเวิลัาผ%านไป 1 เด�อน พบวิ%ามี�ควิามีเข"มีข"นของ H+ เท%าก�บ 1.0 10-3 M
จงหาค%า pH เมี��อเป9ดขวิดแลัะหลั�งจากเวิลัาผ%านไป 1 เด�อน เมี��อเป9ดขวิด ; [H+]1 = 3.2 10-4 M
pH = -log [H+] = -log(3.2 10-4) = 3.49
เมี��อผ%านไป 1 เด�อน; [H+]2 = 1.0 10-3 M pH = -log(1.0 10-3)
= 3.00
การหา pH ของ กรดแก%
ต�วิอย%างท�� 2 KOH เป*นเบสแก%มี�ควิามีเข"มีข"น 2.9 10-4 M จงหา pOH แลัะ pH
ในกรณ�ท��เป*นเบส จะต"องหา pOH จากควิามีเข"มีข"นของ [OH-] ก%อน ซึ่0�งในกรณ�เบสแก% ควิามีเข"มีข"นของ [OH-] จะเท%าก�บควิามีเข"มีข"นของเบสแก%
pOH = -log[OH-] = -log(2.9 10-4) = 3.54
pH + pOH = 14 pH = 14 – pOH
= 14 – 3.54 = 10.46
การหา pH เบสแก%
ควิามีแรงของกรดแลัะเบส (Strength of Acids and Bases)เมี��อกรดลัะลัายน+,าโมีเลัก-ลัอาจแตกต�วิเป*นไอออนได"ท�,งหมีดหร�อเพ�ยงบางส%วิน ท�,งน�,แลั"วิแต%สมีบ�ต�ของกรดแต%ลัะชน�ด ควิามีสามีารถในการแตกต�วิเป*นไอออนของกรดแต%ลัะชน�ดจะบอกถ0งควิามีแรง (strength) ของกรดน�,น
ตารางท�� 1 Strength of Acids and Bases
Strength ค�อ ควิามีสามีารถในการแตกต�วิ (ionization)ของกรดแลัะเบส เมี��ออย$%ในน+,า
St r ong aci d จะมี�ค$%เป*น weak conjugatebaseHNO
2 เป*น strongaci dกวิ%า CH
3COOH
ด�งน�,น NO2
- เป*น weak base กวิ%า CH3
COO-
Acid Conjugat e base
HClO4
HIHBrHCl
H2
SO4
HNO3
H3
O+
HSO4
-
HFHNO
2
HCOOHCH
3COO
HNH
4
+
HCNH2
ONH
3
ClO4
-
I-
Br-
Cl-
SO4
-2
NO3
-
H2
OSO
4
-2
F-
NO2
-
HCOO-
CH3
COO-
NH3
CN-
OH-
NH2
-
ปฏิ�ก�ร�ยาระหวิ%างกรดก�บเบส - (Typical Acid Base Reactions)
1. Strong acids and strong bases (กรดแก%แลัะเบสแก%จะแตกต�วิ 100 หร�อสมีบ$รณ�ในน+,า)
เช%น HCl + NaOH ได" net ionic equation ; H+ + OH- H2
O spectator ions : Na+ Cl- เป*นค$%กรด แลัะค$%เบสท��อ%อนมีากๆ
จ0งไมี%ท+าปฏิ�ก�ร�ยาก�บ H2
O H+ OH-
HCl + NaOH H2
O + Cl- + Na+
ได"สารลัะลัายท��เป*นกลัาง
2. Weakacids and Strong bases
เบสแก%แตกต�วิ 100% เช%น NaOH Na+ + OH- CH
3 COOH(aq) + OH- (aq) CH
3COO- (aq) + H
2O
เน��องจาก CH3
COO- เป*นค$%เบสของกรดอ%อน (CH3
COOH)จ0งท+าปฏิ�ก�ร�ยาก�บน+,าได"บ"าง ด�งสมีการ
CH3
COO- (aq) + H2
O(l) CH3
COOH(aq) + OH-(aq) ได"สารลัะลัายท��เป*นเบส
3 . Strong acids and Weak bases
กรดแก%แตกต�วิ 100% เช%น HCl H+ + Cl-
H+ (aq) + NH3
(aq) NH4
+(aq)
เน��องจาก NH4
+ เป*นค$%กรดของเบสอ%อน (NH3
)จ0งท+าปฏิ�ก�ร�ยาก�บน+,าได"บ"าง ด�งสมีการ
NH4
+ (aq) + H2
O(l) NH3
(aq) + H3
O+(aq) ได"สารลัะลัายท��เป*นกรด
4. Weak acids and weak bases (กรดอ%อนแลัะเบสอ%อนแตกต�วิ 100<%)
CH3
COOH(aq) + NH3
(aq) CH3
COO- (aq) + NH4
+(aq)
ในกรณ�น�, ท�,งไอออนบวิกแลัะไอออนลับต%างท+าปฏิ�ก�ร�ยาก�บน+,า ด�งสมีการ CH
3COO- (aq) + H
2 O(l) CH
3 COOH(aq) + OH-(aq)
NH4
+ (aq) + H2
O(l) NH3
(aq) + H3
O+(aq)
* ได"ท�,ง OH- แลัะ H3
O+ พอ ๆ ก�น ด�งน�,นจ0งเป*น กลัาง (neutral) หร�อกรด / เบส ท��อ%อนมีาก ๆ
กรดอ%อนแลัะค%าคงท��การแตกต�วิของกรดอ%อน (Weak acids and acid ionization constants)
ลัองพ�จารณากรดอ%อนโมีโนโปรต�ก HA การแตกต�วิของกรดน�,ในน+,าเก�ดข0,นด�งสมีการ HA(aq) H+ (aq) + A-(aq)
ค%าคงท��สมีด-ลัส+าหร�บการแตกต�วิของกรดน�,เร�ยกวิ%า “ ค%าคงท��การแตกต�วิของกรด (acid ionization constant, Ka)”
+ -[H ][A ]
[HA]
สมีด-ลักรดเบส (Acid – Base Equilibrium)
Ka =
- ค%า Ka แสดงถ0ง strength ของกรด ถ"า กรดมี�การแตกต�วิท��ด�จะให" [H+ ] มีาก ท+าให"ค%า Ka ส$ง
ตารางท�� 2 Ionization constant (Ka)
Acid Ka Conjug ate
((((
Kb
HFHNO
2
HCOOHAscorb
ic acidCH
3CO
OHHCN( (((((
7.1 10-4
4.5 10-4
1.7 10-4
8.0 10-5
1.8 10-5
4.9 10-10
1.3 10-10
F-
NO2
-
HCOO-
C6
H7
O6
-
CH3
COO-
CN-
C6
H5
O-
1.4 10-11
2.2 10-11
5.9 10-11
1.3 10-10
5.6 10-10
2.0 10-5
7.7 10-5
การค+านวิณควิามีเข"มีข"นท��สมีด-ลั จาก Ka แลัะ law of mass actionโดยใช"หลั�ก chemical equilibrium
ต�วิอย%างท�� 3 จงค+านวิณควิามีเข"มีข"นท��สมีด-ลัของ HCOOH แลัะ ((( อ��นๆ แลัะ pHของสารลัะลัายโดยท�� HCOOH มี�ควิามีเข"มีข"นเร��มีต"น 0 1. M (Ka 17= . 10-4 )
เข�ยนสมีการ HCOOH H+ + HCOO-
เร��มีต"น (M) 0.1 0 0เปลั��ยนแปลัง -(M) x +x +xสมีด-ลั (M) -01( . x ) x x
Ka =+ -[H ][HCOO][HCOOH]
แทนค%า 1.7 10-4 =
ใช"การประมีาณ : (0.1 – x) 0.1
2
(0.1- )x
x
1.7 10-4= x2 = 1.7 10-4 (0.1)
x = 4.1 10-3 M
2
0.1x
ด�งน�,นสามีารถหาค%า pH ได"ด�งน�, pH -= log[H+]
- 41= log( . 10-3 ) =239
ด�งน�,น [HCOOH] 0 1= . – x 0 1 0 0041 0 096= . – . = . M
[H+ ] 0 0041= . M [HCOO- ] 0 0041= . Mจะเห2นวิ%า มี�ควิามีเข"มีข"นของ [H+ ] เท%าก�บ 41. 10- 3M
หร�อใช"ส$ตร [H+ ] =
โดยท�� [H+ ] ค�อ ควิามีสามีารถในการแตกต�วิของกรด Ka ค�อ ค%าคงท��การแตกต�วิของกรดอ%อน
M ค�อ ควิามีเข"มีข"นของกรดอ%อน
[H+] = 41= . 10- 3 M
pH - 41= log( . 10-3 ) 239= .
K . Ma
-4(1.7×10)(0.1)
Ka =
45 10-4 =
ใช"การประมีาณ : (0.05 – x ) 0.05
45. 10-4 =
x 48 10-3 M =ควิามีเข"มีข"นของ [H+ ] ท��สมีด-ลั
+2
2
-[H][NO][HNO]
2
(0.05 - )x
x
2
0.05x
ต�วิอย%างท�� 4 จงหา pH ของสารลัะลัาย 0 05. M HNO2
(Ka 45= . 10-4 )HNO
2 (aq) H+ (aq) + NO
2
- (aq)เร��มีต"น (M) 005 0 0.เปลั��ยนแปลัง (M) -x +x +xสมีด-ลั -(M) (0.05 x ) x x
จาก pH = -log[H+]
= -log(4.8 10-3)
= 2.32 หร�อใช"ส$ตร [H+] =
[H+]= = 4.8 10-3 M
pH = -log(4.8 10-3) = 2.32
K . Ma
-4(4.5×10)(0.05)
ใช"ส$ตรเลัย
ค+านวิณ [H+ ] จาก -pH = log[H+ ] 285= . log[H+] -285= . [H+ ] 10 -285
141= . 10-3 M
ต�วิอย%างท�� 5 pH ของกรดอ%อน HA มี�ค%า 285. ท��ควิามีเข"มีข"น 0 1. M จงหา Ka
จาก [H+] = 141. 10-3 =
199. 10-6 = Ka 01( . )
Ka =
20= . 10- 5
-61.99 × 100.1
K . Ma
K . (0.1)a
เบสอ%อนแลัะค%าคงท��การแตกต�วิของเบส (Weak bases and base ionization constants)
เบสอ%อนมี�ลั�กษณะคลั"ายกรดอ%อน เมี��อลัะลัายแอมีโมีเน�ยในน+,าจะเก�ดการแตกต�วิด�งสมีการ NH
3 (aq) + H
2 O (l) NH
4
+ (aq) + OH- (aq)
ไฮดรอกไซึ่ด�ไอออนท��เก�ดข0,นจากการแตกต�วิของเบสน�,ท+าให" [OH- ] > [H+ ]แลัะสารลัะลัายมี� pH > 7
K[H2
O] = Kb =+ -4
3
[NH][OH][NH]
ตารางท�� 3 ค%า Kb ของ เบสอ%อน ท�� 25oC
เบส Kb Conjug ate acid
Ka
C2H5NH2
CH3NH
2
NH3
C6H5NH2
5.6 10-4
4.4 10-4
1.8 10-5
3.8 10-10
C2H5NH3+
CH3NH3+
NH4+
C6H5NH3+
1.8 10-11
2.3 10-11
5.6 10-11
2.6 10-5
ต�วิอย%างท�� 6 จงหา pH ของสารลัะลัาย 0 4. M แอมีโมีเน�ย (Kb 18= . 10-5) NH
3 (aq) + H
2 O (l) NH
4
+ (aq) + OH- (aq)เร��มีต"น (M) 0.4 0 0เปลั��ยนแปลัง -(M) x +x +x
สมีด-ลั (M) (0.4 – x ) x x Kb =
18. 10-5 =
ใช"การประมีาณ : (0.4 – x ) 04. 18. 10-5 =
x 27= . 10-3 M
+ -4
3
[NH][OH][NH]2
(0.4 - )x
x
2
0.4x
x ค�อ ควิามีเข"มีข"นของ [OH- ] ท��สภาวิะสมีด-ลั ซึ่0�งสามีารถหาค%า pOH จากควิามีเข"มีข"น [OH-]
pOH - = log [OH-] - 27= log ( . 10-3 ) 257= .
จาก pH 14= – pOH
14 2 57= – .
= 1143.
หร�อใช"ส$ตร [OH-] =
=
= 2.7 10-3 M
bK. M
-5(1.8×10)(0.4)
pOH = -log [OH-]= -log (2.7 10-3) = 2.57
จาก pH = 14 – pOH
= 14 – 2.57
= 11.43
เวิลัาสอบให"ใช"ส$ตร
1 2( ) + ( ) ; H2 O(l) H+(aq) + OH-(aq)
Ka.Kb =
ถ"า Ka.Kb = [H+ ] [OH- ] = Kw 10= . 10-14
ควิามีส�มีพ�นธิ์�ระหวิ%าง Ka ของ aci d ก�บ Kb ของ conjugate base CH
3 COOH(aq) H+ (aq) +
CH3
COO-(aq) --- 1( ) aci d conjugate base
Ka = CH
3COO- (aq) + H
2 O(l) CH
3 COOH(aq) +OH- ---(aq) (2)
Kb =
+ -3
3
[H][CHCOO][CHCOOH]
-3
-3
[CHCOOH][OH][CHCOO]
+ -3
3
[H][CHCOO][CHCOOH]
-3
-3
[CHCOOH][OH][CHCOO]
กรดไดโปรต�กแลัะกรดพอลั�โปรต�ก (Diprotic and polyprotic acids)
กรดไดโปรต�กแลัะกรดพอลั�โปรต�กแต%ลัะโมีเลัก-ลัสามีารถแตกต�วิได"โฮโดรเจนไอออนมีากกวิ%า 1 ไอออน จ0งมี�รายลัะเอ�ยดท��ซึ่�บซึ่"อนกวิ%าของกรดโมีโนโปรต�ก กรดท�,งสองประเภทแตกต�วิอย%างเป*นข�,นตอน ค�อ แตกต�วิแต%ลัะคร�,งจะให" 1 โปรตอนแลัะมี�ค%าคงท��การแตกต�วิท-กข�,น ด�งน�,น ในการค+านวิณควิามีเข"มีข"นของไอออนแลัะโมีเลัก-ลัต%างๆ จ0งต"องใช"ค%าคงท��สมีด-ลัหลัายค%า แต%การหาค%า pH ของสารลัะลัายค�ดการแตกต�วิเพ�ยงคร�,งเด�ยวิก2พอ
ตารางท�� 4 Ionization constants (Ka )ของ diprotic acids แลัะ polyprotic acidsท�� 25o C แลัะ Kb ของ conjugate bases
Acids Ka Conjugat e bases
Kb
H2SO4
HSO4-
H2C2O4
HC2O4-
H2SO3
HSO3-
H2CO3
HCO3-
H3PO4
H2PO4-
HPO42-
Ver y large
13. 10
-2
6.5 10
-2
61. 10
-5
61. 10
-5
13. 10
-2
4.2 10
-7
48 10
-11
7.5 10
-3
62. 10
-8
48. 10
-13
HSO4-
SO42-
HC2O4-
C2O42-
HSO3-
SO32-
HCO3-
CO32-
H2PO4-
HPO42-
PO43-
Ver y small
77. 10
-13
15. 10
-13
16. 1010–
77. 10
-13
16. 10
-7
24 10
-8
21 10
-4
13. 10
-12
16. 10
-7
21 10
-2
St r ong aci d จะมี�ค%า Ka ส$ง แลัะจะได" conjugate base ท��มี� Kb ต+�า
Ka1 =
4.2 10-7 =
ต�วิอย%างท�� 7 จงหาควิามีเข"มีข"นไอออนท-กชน�ดท��สมีด-ลั ของกรด H2CO3 เข"มีข"น 0.10 M (Ka1 = 4.2 10-7 , Ka2 = 4.80 10-11)
H2
CO3
เป*นกรด diprotic มี�การแตกต�วิ 2 steps ด�งน�,
+ -3
2 3
[H] [HCO][HCO]
2
(0.1 - )x
x
step 1 H2
CO 3 (aq) H+ (aq) + HCO3
-(aq)เร��มีต"น (M) 010 0 0.เปลั��ยนแปลัง (M) -x +x +xสมีด-ลั (M) 0 1( . – x ) x x
ใช"การประมีาณ: (0.1 – x) 0.1 ;
4.2 10-7 =
x = 2.05 10-4 M
2
0.1x
ด�งน�,น [H+ ] = 2 05 10-4 M
[HCO3
-] 205= . 10-4 M
[H2
CO3
] 0 1 2 05= . – ( . 10
-4 ) 998= . 10-2 M
step 2 HCO3
- (aq) CO
3
-2 (aq) + H+ (aq)เร��มีต"น (M) 205. 10-4 0 205. 10-4
เปลั��ยนแปลัง (M) -y +y +yสมีด-ลั (M) 205( . 10-4 – y ) y 205( . 10-4 + y)
Ka2 =
480. 10-11 =
ใช"การประมีาณ ; (2.05 10-4 + y )แลัะ ( 205. 10-4– y ) 205. 1
0-4
480. 10-11 = y 480= .
10-11 M
2- +3
-3
[CO][H][HCO]
-4
-4
(2.05 ×10 + y) y
(2.05 ×10 - y)
-4
-4
(2.05 ×10) y
(2.05 ×10)
ท��สมีด-ลั [CO3
-2 ] 480= . 10-11 M [H+ ]
205= ( . 10-4 ) + (4.80 10-1
1 ) 205= . 10-4
M [HCO
3
- ] 205= ( . 10-4 ) – (4.80 10-11 )
205= . 10-4 M
หมีายเหต- - การแตกต�วิคร�,งท�� 2 ของกรด diprotic มี�ผลัต%อ [H+ ] น"อยมีาก เมี��อเท�ยบก�บ การแตกต�วิคร�,งท�� 1 ด�งน�,น [H+ ] ค�ดเพ�ยงการแตกต�วิคร�,งท�� 1 ก2พอ- สามีารถหาค%า pH ของการแตกต�วิคร�,งท�� 1 แลัะ 2 ได"ค�อ
pH - = log [H+ ] - 205= log ( . 10-4 ) 369= .
- ถ"าเป*นกรด polyprotic ก2ใช"หลั�กเด�ยวิก�น ค�อ ค+านวิณท��ลัะ steps
ค-ณสมีบ�ต� กรด-เบส ของ เกลั�อ - (Acid base properties of salts) พ�จารณาองค�ประกอบของเกลั�อวิ%ามีาจากกรดแก% กรดอ%อน เบสแก% หร�อเบสอ%อน
1. Salts ท��เป*น neutral solutions (กรดแก% + เบสแก%)HNO
3 + NaOH NaNO
3 + H
2O
NaNO3
Na+ + NO3
-
ได"สารลัะลัายท��เป*นกลัาง 2. Salts ท��เป*น basic solutions (กรดอ%อน
+ เบสแก% )จะได"สารลัะลัายท��เป*นเบส CH
3 COOH + NaOH
CH3
COONa CH
3 COONa (s) CH
3COO-
(aq) + Na+ (aq)CH
3COO- (aq) + H
2 O (l)
CH3
COOH(aq) + OH- (aq)
Kb =
-3
-3
[CHCOOH][OH][CHCOO]
4. Salts ท��มี� cat i on แลัะ ani on ท�� hydrolyzed ได"ท�,งค$%- เก�ดจาก กรดอ%อน + เบสอ%อน แลัะสามีารถท��จะ hydrolyzed ได"ท�,งค$% - pH ของสารลัะลัายจะข0,นก�บค%า Ka ก�บ Kb - ถ"า Ka > Kb cat i on จะ hydrolyzed ให" H+ (เป*นกรด)
Kb > Ka ani on จะ hydrolyzed ให" OH- (เป*นเบส ) Ka Kb เป*นกลัาง
3. Salts เป*น acidic solutions (กรดแก% +เบสอ%อน ) จะได"สารลัะลัายท��เป*นกรด
NH4
Cl (s) NH4
+ (aq) + Cl- (aq)
NH4
+ (aq) + H2
O (l) NH
3 (aq) + H
3O+ (aq)
Ka =
+3
+4
[NH][H][NH]
ต�วิอย%างท�� 8 จงค+านวิณค%า pH ของสารลัะลัาย 0 15. M CH3
COONa(สารลัะลัายเกลั�อเป*นเบส) ก+าหนดค%า Ka ของ CH
3 COOH เท%าก�บ 18. 10-5
CH3
COONa(s) CH3
COO- (aq) + Na+ (aq)
CH3
COO- (aq) + H2
O(l) CH
3 COOH (aq) + OH-(aq)
เร��มีต"น (M) 0.15 0 0
เปลั��ยนแปลัง -(M) x +x +x สมีด-ลั (M) ( 0 15. – x ) x x
w
a
KK
-3
-3
[CHCOOH][OH][CHCOO]2
(0.15 - )x
x
Kb = =
56. 10-10 =
ใช"การประมีาณ ; (0.15–x ) 015.
56. 10-10 =
จะได" x 92= . 10-6 M(เป*นควิามีเข"มีข"นของ [OH- ] ท��สมีด-ลั)
ด�งน�,น [OH- ] 92= . 10- 6 M
2
0.15x
pOH - = log [OH- ] - 92= log ( . 10-6 ) = 5 .0 4
pH 14= – pOH
14 5 04= – . = 896.
หร�อใช"ส$ตร [OH-] =
=
92= . 10-6 M
w
a
K( )(M)K
-14
-5
1.0 × 10 × 0.15
1.8 × 10
pOH - = log [OH- ] - 92= log ( . 10-6 ) = 5 .0 4
pH 14= – pOH
14 5 04= – . = 896.
ต�วิอย%างท�� 9 จงค+านวิณ pH ของสารลัะลัาย 0 2. M NH4
Cl (สารลัะลัายเกลั�อเป*นกรด) ก+าหนด Kb ของ NH
3 เท%าก�บ 18. 10-5
NH4
Cl(s) NH4
+ (aq) + Cl-(aq) NH
4
+ (aq) + H2
O(l) NH3
(aq) + H3
O+(aq) เร��มีต"น (M) 02 0 0. เปลั��ยนแปลัง (M) -x +x +x สมีด-ลั (M) (0.2 – x ) x x
Ka =
Ka =
=
+3
+4
[NH][H][NH]w
b
KK
2
(0.2 - )x
x
ใช"การประมีาณ ; (0.2–x ) 02.
56. 10-10 =
จะได" x 105= . 10-5 M(เป*นควิามีเข"มีข"นของ [H+ ] ท��สมีด-ลั)
ด�งน�,น [H+ ] 105= . 10- 5 M pH - = log [H+ ]
- 105= log ( . 10-5 ) 498= .
2
0.2x
หร�อใช"ส$ตร[H+] =
=
105= . 10-5 M
pH - 105= log ( .
10-5 )
498= .
w
b
K( )(M)K
-14
-5
1.0 × 10 × 0.2
1.8 × 10
ปรากฏิการณ�ไอออนร%วิมี (The Common Ion Effect)- ถ"าสารลัะลัายมี�ต�วิถ$กลัะลัายมีากกวิ%า 1 ชน�ด ซึ่0�งมี�ไอออนท��เหมี�อนก�น เช%น CH
3 COONa ก�บ CH
3 COOH จะมี�แตกต�วิแลั"วิให"
ไอออนท��เหมี�อนก�น ค�อ CH3
COO-
CH3
COONa CH
3COO-(aq) + Na+ (aq) ---(1)
เป*น strong electrolyte แตกต�วิ (100
CH3
COOH (aq) CH3
COO- (aq) + H+ (aq) ---(2)
เป*น กรดอ%อน แตกต�วิ <100%จาก 2 สมีการมี� CH
3COO- เก�ดข0,นท�,งค$% เร�ยก
CH3
COO- วิ%า common ion- CH
3COO- ไอออน จาก (1) จะเก�ดมีาก ท+าให"รวิมีก�บ
H+ ใน (2) แลัะกลัายเป*น CH
3 COOH ท+าให"ปฏิ�ก�ร�ยาเก�ดย"อนกลั�บ (ปร�มีาณ
ของ H+ ลัดลัง)- ท��สมีด-ลัจะมี� pH มีากกวิ%าสารลัะลัายท��มี�แต%กรด CH
3 COOH อย%างเด�ยวิ
(เป*นเบสมีากกวิ%า)- การย"อนกลั�บของปฏิ�ก�ร�ยา ท��สมีด-ลั น�,จากการเต�มีสารท��มี�ไอออนร%วิมีก�บไอออน ท��มี�อย$%แลั"วิ เร�ยกวิ%า Common ion effect
สารลัะลัายบ�ฟเฟอร� (Buf fer Solutions)
สารลัะลัายบ�ฟเฟอร� ค�อสารลัะลัายท��ประกอบด"วิยของผสมีของสารลัะลัาย 2 ลั�กษณะ
1. กรดอ%อน ก�บ เกลั�อของกรดอ%อน 2. เบสอ%อน ก�บ เกลั�อของเบสอ%อน
มี�ค-ณสมีบ�ต�ในการต"านการเปลั��ยนแปลัง pH เมี��อเต�มีกรดแก% (H+ )หร�อเบสแก% (OH-) เมี��อเต�มีสารลัะลัายของกรดแก% หร�อเบสแก%ลังในสารลัะลัาย ถ"ามี�สารลัะลัายบ�ฟเฟอร�อย$%จะท+าให"ค%า pH ของสารลัะลัายเปลั��ยนแปลังไปเลั2กน"อยเท%าน�,น แต%ถ"าไมี%มี�สารลัะลัายบ�ฟเฟอร�อย$% จะท+าให"ค%า pH ของสารลัะลัายเปลั��ยนแปลังไปอย%างมีาก
เช%น บ�ฟเฟอร�ท��เป*นกรดอ%อนผสมีก�บเกลั�อของกรดอ%อน CH
3 COONa / CH
3 COOH หร�อ CH
3COO- / CH
3COOH
ถ"าเต�มี H + (กรดแก% ) CH3
COO- จากสารลัะลัายเกลั�อจะท+าปฏิ�ก�ร�ยาก�บ H+ ของกรดแก%ท��เต�มี CH
3COO- (aq) + H+ (aq) CH
3 COOH (aq)
ถ"าเต�มี OH- (เบสแก% ) CH3
COOH ของกรดอ%อนจะท+าปฏิ�ก�ร�ยาก�บ OH-
ของเบสแก%ท��เต�มีลังไปCH
3 COOH(aq) +OH- (aq) CH
3COO- (aq) + H
2 O (aq)
[H+ ] แลัะ [OH- ] ท��เต�มีลังไปจะถ$กท+าปฏิ�ก�ร�ยาโดยสารลัะลัายบ�ฟเฟอร�ท+าให" pH ไมี%เปลั��ยนหร�อเปลั��ยนแปลังน"อยมีาก
ต�วิอย%างท�� 10 ข"อใดจ�ดเป*น buffer system
a) KH2
PO4
/ H3
PO4
b) NaClO4
/ HClO4
KH2
PO4
เป*นเกลั�อของกรดอ%อน H3PO4
H3PO4 เป*นกรดอ%อน
c) NH4
Cl / NH3
NaClO4
เป*นเกลั�อของกรดแก% HClO4
HClO4 เป*นกรดแก%
d) NaCl / HCl
NH4 Cl เป*นเกลั�อของเบสอ%อน NH3
NH3 เป*นเบสอ%อน
NaCl เป*นเกลั�อของกรดแก% HCl
HCl เป*นกรดแก%
×
×
/
/
การหา pH ท��มี� กรดอ%อน แลัะ เกลั�อ อย$%ร%วิมีก�นถ"าให" HA เป*นต�วิแทนของกรดอ%อนแลัะแตกต�วิด�งสมีการ
ด�งน�, HA(aq) H+ (aq) + A-(aq)
Ka =
[H+]= -log[H+] -= l ogKa - (((
-log[H+] = -logKa + log
+ -[H][A][HA]a
-
K[HA][A]
-
[HA][A]
-[A][HA]
pH = pKa + log-[A]
[HA]
เมี��อ [A- ] ค�อ conjugate base มี�ควิามีเข"มีข"นเท%าก�บควิามีเข"มีข"นของเกลั�อ ท��เต�มีลังไป เพราะ [A- ] ท��เก�ดจากการ ionized ของ [HA] ถ�อวิ%าน"อยมีากแลัะ [HA] ค�อกรดอ%อน
ในกรณ� ท��เป*น เบสอ%อน ก�บ เกลั�อของเบสอ%อน
เช%น NH3
ก�บ NH4
+ ใน NH4
Cl แลัะ common ion ค�อ NH4
+
pOH -= l ogKb + log
pOH = pKb + log
pH - 14= pOH
ค%า pH ในกรณ�ท��มี�เบสอ%อนแลัะเกลั�อของเบสอ%อนผสมีก�นอย$% จะมี�ค%าน"อยกวิ%าในกรณ�ท��มี�สารลัะลัาย NH 3อย%างเด�ยวิ
+4
3
[NH] [NH]
+4
3
[NH] [NH]
ต�วิอย%างท�� 11 จงค+านวิณ pH (Ka ของ CH3
COOH เท%าก�บ 18. 10-5 ) a) บ�ฟเฟอร� 1 0. M CH
3 COOH / 1.0 M CH
3COONa
b) บ�ฟเฟอร� หลั�งเต�มี 0 10. M HCl ในสารลัะลัาย buffer 1 L c) บ�ฟเฟอร� หลั�งเต�มี 0 10. M NaOH ในสารลัะลัาย buffer 1 L a) CH
3 COONa CH
3COO- (aq) + Na+
(aq) CH
3 COOH CH
3COO- (aq) + H+(aq)
Ka =
[H+] =
[H+] = 18= . 10-5 M
- +3
3
[CHCOO][H][CHCOOH]a 3
-3
K[CHCOOH][CHCOO]
-5(1.8×10) (1.0)(1.0)
จาก pH =- log [H+ ] -(((= 18( . 10-5 )
474= .หร�อใช"ส$ตร pH = pKa + log pH - 18= log( . 10-5 ) + log
474= .
-3
3
[CHCOO][CHCOOH]
1.01.0
b) เต�มี 0 1. M HCl ค�อ เต�มี [H+ ] = 0.1 Mเก�ดปฏิ�ก�ร�ยาด�งน�, CH
3COO- (aq) + H+
(aq) CH3
COOH(aq) 0 1 0 1. M . M 0.1 M
: เก�ด CH3
COOH = 0.1 M แลัะ เส�ย CH
3COO- 0 1= . M
CH3
COOH(aq) CH
3COO- (aq) + H+(aq)
หลั�งปฏิ�ก�ร�ยาจะได" ;CH
3 COOH(aq) จะมี�ควิามีเข"มีข"นเพ��มีข0,น
ค�อ 1 0 0 1 1 1. + . = . MCH
3COO- (aq) จะมี�ควิามีเข"มีข"นลัดลัง ค�อ
1 0 0 1 0 9. – . = . M
Ka =
18. 10-5 =
[H+] 22= . 10-5 M
- +3
3
[CHCOO][H][CHCOOH]
+0.9 [H]1.1
จาก pH = -log[H+ ] - 22= log( . 10
-5 ) = 466.
หร�อใช"ส$ตร pH = pKa +(((
pH - 18= log( .
10-5 ) + log
466= .
-3
3
[CHCOO][CHCOOH]
0.91.1
c) เต�มี 0 1. M NaOH ค�อ เต�มี [OH- ] = 0 1. M
เก�ดปฏิ�ก�ร�ยาด�งน�, CH3
COOH(aq) + OH- (aq) CH
3COO-(aq)
0 1 0. M . 1 0 1M . M
: เก�ด CH3
COO- 0 1= . M แลัะ เส�ย CH
3 COOH = 0.1 M
ด�งน�,นหลั�งการเก�ดปฏิ�ก�ร�ยาสารลัะลัายบ�ฟเฟอร�จะมี�การเปลั��ยนแปลัง ด�งน�,
CH3
COOH(aq) จะมี�ควิามีเข"มีข"นลัดลัง ค�อ - 1 0 0 1 0 9. . = . M
CH3
COO- (aq) จะมี�ควิามีเข"มีข"นเพ��มีข0,น ค�อ 1 0 0 1 1 1. + . = . M
Ka =
18. 10-5 =
[H+] 15= . 10-5 M
- +3
3
[CHCOO][H][CHCOOH]
+1.1 [H]0.9
จาก pH -= log[H+ ] - 15= log( . 10-5 )
483= .
หร�อใช"ส$ตร pH = pKa + log pH - 18= log( . 10-5 ) + log
483= .
-3
3
[CHCOO][CHCOOH]
1.10.9
ต�วิอย%างท�� 12 จงค+านวิณ pH (Kb ของ NH3
เท%าก�บ 18. 10-5) a) บ�ฟเฟอร� 1 0. M NH
3 / 2.0 M NH
4Cl
b) บ�ฟเฟอร� หลั�งเต�มี 0 10. M HCl ในสารลัะลัาย buffer 1 L c) บ�ฟเฟอร� หลั�งเต�มี 0 10. M NaOH ในสารลัะลัาย buffer 1 L
a) NH3
(aq) + H2
O(l) NH4
+ (aq) + OH-(aq) --- 1( ) NH
4 Cl(s) NH
4
+ (aq) + Cl-(aq) --- 2( )
Kb = [OH-] =
= ( 9 10-6 M
+ -4
3
[NH][OH]
[NH]b 3
+4
K[NH] [NH]
-5(1.8×10) (1.0)(2.0)
pOH - = log [OH- ] -((( (( 9 10-6)
504= . pH 14= – pOH
14 5 04= – .
896= .หร�อใช"ส$ตร pOH -= l ogKb +(((
- 18= log ( . 10
-5 ) + log 504= .
pH 14 5 04= – .
896= .
+4
3
[NH] [NH]
(2.0)(1.0)
b) เต�มี 0 1. M HCl ค�อ เต�มี [H+ ] = 0.1 M
เก�ดปฏิ�ก�ร�ยาด�งน�, NH3
+ H3
O+ NH4
+ + H2
O 0 1 0 1. M . M
0 1. Mการเปลั��ยนแปลังควิามีเข"มีข"นหลั�งเก�ดปฏิ�ก�ร�ยาค�อ- จะมี� [NH
4
+ ] เพ��มีข0,นมีา 0 1. M ท+าให" [NH
4
+ ] = 2.0 + 0.1 = 2.1 M- ต"องใช" NH
3 0 1. M ท+าปฏิ�ก�ร�ยาก�บ H+ 0 1.
M ท+าให" [NH3
] ลัดลัง ด�งน�,น [NH
3 - ] = 1.0 0.1 = 0.9 MKb =
[OH-] =
= 77= . 10-6 M
+ -4
3
[NH][OH]
[NH]b 3
+4
K[NH] [NH]
-5(1.8×10) (0.9)(2.1)
pOH =-log[OH- ]
- 77= log( . 10-6)
511= . pH 14= – pOH
14= –511.
889= .หร�อใช"ส$ตร pOH -= l ogKb + log
- 18= log ( . 10-5 ) + log
511= .pH 14 5 11= – .
889= .
+4
3
[NH] [NH]
(2.1)(0.9)
c) เต�มี 0 1. M NaOH ค�อ เต�มี [OH- ] = 0.1 Mสมีการการเก�ดปฏิ�ก�ร�ยาเมี��อเต�มี [OH- ] ค�อ NH
4
+ (aq) + OH- (aq) NH3
(aq) + H2
O(l) 0 1 0 1 0 1. M . M . M
จากสมีการการเปลั��ยนแปลังควิามีเข"มีข"นหลั�งเก�ดปฏิ�ก�ร�ยา ค�อ- [NH
3 ] จะมี�ควิามีเข"มีข"นเก�ดเพ��มี 0 1. M ด�งน�,น [NH
3 ] = 1.0 + 0.1 = 1.1 M
- [NH4
+ ] จะมี�ควิามีเข"มีข"นลัดลัง 0 1. M ด�งน�,น [NH4
+ ] = 2.0 – 0.1 = 1.9 M
Kb =
[OH-] =
= 104= . 10-5 M
+ -4
3
[NH][OH]
[NH]b 3
+4
K[NH] [NH]
-5(1.8×10) (1.1)(1.9)
pOH =-log[OH- ]
= - 104log( . 10-5)
498= . pH 14= – pOH
14= –498.
902= .
หร�อใช"ส$ตร pOH - = l ogKb + log
- 18= log( . 10-5 ) + log
498= .pH 14 4 98= – .
902= .
(1.9)(1.1)
+4
3
[NH][NH]