1

กรด-เบส

2

สารละลายอเลกโตรไลต

สารละลายอเลกโตรไลต คอ สารทละลายนา

หรอสารทหลอมเหลวแลว สามารถนาไฟฟา

ได เชน NaCl, KNO3 และ HCl

ดงนน สารทไมนาไฟฟา จงไมเปน

อเลกโตรไลต เชน นาตาล และ ยเรย

3

ตวอยางสารละลายอเลกโตรไลต1) อเลกโตรไลตแก

กรด HCl HBrO3 HIO3 HClO4 HNO3 H2SO4

เกลอ เกลอสวนมาก

เบส LiOH NaOH Ba(OH)2 Ca(OH)2 Sr(OH)2

4

2) อเลกโตรไลตออน

กรด HClO H2S HF H3PO4 H2CO3 HNO2

H2SO3

เบส NH3 และเบสอนทรย

เกลอ เกลอเฮไลด ไซยาไนด และไทโอไซยาเนต

ของ Zn Cd และ Hg(II)

5

1. นยามของกรดและเบส

1.1 นยามของอารเรเนยส

1.2 นยามของบรอนสเตด-เสาร

1.3 นยามของลวอส

1.4 นยามระบบตวทาละลาย

6

1.1 นยามของอารเรเนยส

กรด คอ สารทละลายนา แลว แตก

ตวให H+ เชน

HCl H+ + Cl-

H2SO4 H+ + HSO4-

HCO3- H+ + CO3

2-

7

เบส คอ สารท ละลายนา แลวแตกตวให

OH- เชน

NaOH Na+ + OH-

Ba(OH)2 Ba2+ + 2OH-

Ca(OH)2 Ca2+ + 2OH-

8

กรดแก คอ กรดทแตกตวให H+ มาก

กรดออน คอ กรดทแตกตวให H+ นอย

เบสแก คอ เบสทแตกตวให OH- มาก

เบสออน คอ เบสทแตกตวให OH- นอย

ความแรงของกรดและเบส

9

ปฏกรยาสะเทนของกรดและเบส

จะเปนปฏกรยาระหวาง H+ และ

OH- เกดเปน นา

10

H+ + OH- H2O(l)

HCl + NaOH NaCl + H2O

กรด + เบส เกลอ + นา

11

ขอจากดของนยามอารเรเนยส สารทจะเปนกรดหรอเบสตองละลายนาเทานน

สารทไมม H+ หรอ OH- ในโมเลกลไมจดวาเปนกรด

หรอเบส เชน NH4Cl NH3 CH3COONa H+ จะอยในรป hydrate ion เสมอ เขยนแทนดวย H3O

+

เรยกวา ไฮโดรเนยมไอออน หรอ ไฮดรอกโซเนยมไอออน

12

1.2 นยามของบรอนสเตด-เลาร

กรด คอ สารท ให H+

เบส คอ สารท รบ H+

13

ปฏกรยาระหวางกรดและเบส

เปนการเคลอนยายโปรตอนจาก

กรดไปยงเบส

14

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

กรด1 เบส2 กรด2 เบส1

HCl และ Cl- เปน คกรด-เบส คท 1(conjugate acid-base)

H3O+ และ H2O เปน คกรด-เบส คท 2 (conjugate acid-base)

โดย

Cl- เปนคเบส (conjugate base) ของกรด HCl

HCl เปนคกรด (conjugate acid) ของ Cl-

และ

15

CO32- + H2O OH- + HCO3

-

เบส1 กรด2กรด2 เบส2

NH3 + H2O NH4+ + OH-

เบส1 กรด2กรด2 เบส2

16

H2O เปนไดทงกรดและเบส

สารทเปนฝายใหและรบ H+ เรยกวา

แอมฟโปรตก (amphiprotic)

17

ขนอยกบความสามารถในการใหและรบ H+

ความแรงของกรดและเบส

กรดแก คอ กรดทให H+ มาก

กรดออน คอ กรดทให H+ นอย

เบสแก คอ เบสทรบ H+ มาก

เบสออน คอ เบสทรบ H+ นอย

18

ขอสงเกต1. สาหรบคกรด-เบสคหนง ถากรดเปนกรดแก คเบสจะเปน

เบสออน เชน HCl เปน กรดแก Cl- เปน เบสออน

NH3 เปน เบสออน NH4+ เปน กรดแก

2. กรดหรอเบสอาจเปนโมเลกลหรอไอออนกได

3. โมเลกลของนาอาจเปนฝายใหหรอรบ H+ กได

นนคอ นาเปนแอมฟโปรตกหรอแอมโฟเทอรก

19

คาคงทของสมดล สมดลของกรด

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

ถาม กรด HA ชนดหนง ซงมการแตกตวดงสมการ

จะมคาสมดลดงน

Ka = [H3O+][A-]

[HA]

เมอ Ka เปนคาคงทของการแตกตวของกรด

20

สมดลของเบส

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

ถามเบส B ชนดหนง ซงมการแตกตวดงสมการ

จะมคาสมดลดงน

Kb = [BH+][OH-]

[B]

เมอ Kb เปนคาคงทของการแตกตวของเบส

21

ตวอยางท 1 จงแสดงวาจากปฏกรยาตอไปน สารใดเปนเบส

และกรดตามทฤษฎบรอนสเตด-เลาร

KNH2+NH4Cl KCl+2NH3

จากสมการขางตนสามารถเขยนใหมในรปสมการไอออนก :

NH2- + NH4

+ 2NH3

เบส กรด

22

ตวอยางท 2 สารตอไปน สารใดเปน กรดหรอเบสตามนยาม

บรอนสเตด-เลาร

ก. HI ข. HNO2 ค. NH4+ ง. NH2

- จ. HCO3-

ก. HI เปน กรด

ข. HNO2 เปน กรด

ค. NH4+ เปน กรด

ง. NH2- เปน เบส

จ. HCO3- เปน กรดและเบส

23

1.3 นยามของลวอส

กรด คอ สารทรบค e- จากเบสได แลวเกดพนธะโคเวเลนต

เบส คอ สารทใหค e- ในการเกดพนธะโคเวเลนต

H+ + :O-H - H-O-H....

..

..

H

H-N: + B-F H-N B-F

H

H

H

F

F

F

Fเบส กรด

24

ส.ป.ก. ทธาตม V. e- < 8 หรอมออรบตอลวาง เชน BF3

AlCl3 จดเปน กรดลวอส และเรยกธาตนน วา อเลกโตรไฟล

(Electrophile)

ส.ป.ก.หรอไอออนทมค e- โดดเดยว จดเปน เบสลวอส

และเรยกอะตอมนนวา donor atom หรอนวคลโอไฟล

(Nucleophile) เชน O ใน OH-

N ใน NH3

25

ในปฏกรยาสะเทนระหวางโลหะออกไซด เชน

:O:2- + S-O: :O S-O:..

....

..

O:

:O:

..

..

O:

:O:

..

..

2-

26

ตวอยางท 3 สารตอไปนสารใดเปนกรดตามนยามของลวอส

NH4+ CH3

+ BCl3 Fe2+ H2S

ตอบ CH3+ BCl3 Fe2+

27

1.4 นยามระบบตวทาละลายกรด คอ สารทใหไอออนบวกของตวทาละลาย (ไอออนกรด)

เบส คอ สารทใหไอออนลบของตวทาละลาย (ไอออนเบส)

กรด HCl ในตวทาละลาย HC2H3O2:

HCl + HC2H3O2 H2C2H3O2+ + Cl-

กรด ตวทาละลาย ไอออนกรดของ

ตวทาละลาย

28

NaC2H3O2 ในตวทาละลาย HC2H3O2 :

NaC2H3O2+ HC2H3O2 C2H3O2-+ Na+ + HC2H3O2

เมอกรดและเบสทาปฏกรยากนใน HC2H3O2 :

H2C2H3O2+ + C2H3O2

- 2 HC2H3O2

29

ตวอยางตวทาละลายทใชในระบบตว

ทาละลาย เชน H2O NH3 HC2H3O2

SO2 เปนตน

30

2. ปจจยทมผลตอความแรงของกรดและเบส

กรดไฮโดร

- คาบเดยวกน

ความแรง Z EN

เชน NH3> H2O> HF- หมเดยวกน

ความแรง Z

HF<HCl<HBr<HI

H2O<H2S<H2Se<H2Te

เชน

31

กรดออกซ (H-O-Z)ความแรง ENZ

ถาเปนกรดออกซของอโลหะตวเดยวกน :

ความแรง จานวน O-atom Oxidation number

HClO<HClO2<HClO3<HClO4

32

เบส- คาบเดยวกน

ความแรง EN

เชน NH3 > H2O > HF

NH2- > OH-> F-

ความแรง จานวนประจ

เชน N3- > O2- > F-

N3- > NH2- > NH2- > NH3

33

Leveling effectเปนปรากฏการณทตวทาละลายบดบงความแรงของ

กรดและเบสตางๆ

HCl + H2O H3O+ + Cl-

HNO3 + H2O H3O+ + NO3

-

HClO4 + H2O H3O+ + ClO4

-

กรดในนา :

34

นนคอ เกด leveling effect ของ นา

นา เปน leveling solvent

35

ถาใช HOAc เปนตวทาละลาย พบวา กรดเหลานนจะ

แตกตวตางกน และไดวา

HClO4> HCl > HNO3

ดงนน HOAc เปน differentiating solvent ของกรด

เหลานน

36

เบสเบสแกสามารถเกด leveling effect ไดเหมอนกรด เชน

NH2- และ H- เปนเบสแกเหมอนกนในนา

ดงนน ถาตองการบงบอกความแรงของเบส 2 ชนด

น ตองใช NH3 เปนตวทาละลาย

37

3. การแตกตวของกรดออนและ

เบสออน

38

เมอ CH3COOH หรอ HOAc ละลายนา จะเกด

dissociation หรอ ionization :

3.1 การแตกตวของกรดโมโนโปรตก

HOAc + H2O H3O+ + OAc-

1-α α αโดย

Ka = [H3O+][OAc-]

[HOAc]

เมอ Ka = คาคงทของการแตกตวเปนไอออนกรด

39

ความสามารถในการแตกตว :

α

α = โมลของกรดทแตกตว

โมลของกรดทงหมด

เมอ = เศษสวนจานวนโมลของกรดทแตกตว

40

H2CO3 + H2O H3O+ + HCO3

- Ka1 = 4.5 x 10-7

HCO3- + H2O H3O

+ + CO3- Ka2 = 4.7 x 10-11

3.2 การแตกตวของกรดโพลโปรตก

Ka = Ka1 x Ka2 x Ka3 x...

โดยกรดโพลโปรตก จะม

41

ตวอยางท 4 จงคานวณ [H+], [ClO-] และ [HClO] ใน

สารละลายกรดไฮโปรคลอรสทมความเขมขน 0.10 M และ

คานวณหารอยละการแตกตวของกรดนดวย (Ka=3.2x10-8)

HClO + H2O H3O+ + ClO-

0.10-x x xจาก Ka = [H3O

+][ClO-] [HClO]

3.2x10-8= (x)(x) = x2

0.10-x 0.10

x = 5.7 x 10-5 M

42

[H+] = [ClO- ] = 5.7x10-5 M

[HClO] = 0.10 M

รอยละการแตกตว = [H+]x100

[HClO]= 5.7x10-5x100

0.10

= 5.7x10-2

43

3.3 การแตกตวของเบสเบสจะเกดการแตกตวในนาเหมอนกบกรด

NH3 + H2O NH4+ + OH-

1-x x x

โดย Kb = [NH4+][OH-]

[NH3]

เมอ Kb = คาคงทของการแตกตวของไอออนเบส

44

α = โมลของเบสทแตกตว

โมลของเบสทงหมด

รอยละการแตกตวของเบส

= โมลของเบสทแตกตว

โมลของเบสทงหมดx100

45

3.4 คาคงทผลคณไอออนของนา (Kw)นา แอมฟโปรตก

เกดปฏกรยา ดงน

HOH + HOH H3O+ + OH-

กรด1 เบส1เบส2 กรด2

เรยกปฏกรยานวา การแตกตวไดเองของนา

(autoprotolysis หรอ self-ionization)

โดย Kw = [H3O+][OH-] หรอ

Kw = [H+][OH-]

46

ในนาบรสทธ ;

[H3O+] = [OH-] = (10-14)1/2 = 10-7 M

ในกรด ;

[H3O+] > 10-7 M ; [OH-] < 10-7 M

ในเบส ;

[H3O+] < 10-7 M ; [OH-] > 10-7 M

47

3.5 มาตราสวน pHซอเรนเสน (Sorensen) เสนอวา

pH = -log [H+]

หรอ

[H+] = 10- pH

48

ตวอยางท 5

ก) จงคานวณ pH ของสารละลาย 0.10 M HCl ท 25°C

HCl เปนกรดแก แตกตว 100%

∴ [H3O+] = 0.10 M

pH = - log [H3O+]

= - log (0.10)

= 1

49

ข) ในนาบรสทธ ม [H3O+] = 10-7 M

∴ pH ของนา = 7

50

ค) สารละลาย NaOH 0.10 mol.dm-3 pH = ?

NaOH เปนเบสแก แตกตว 100%

∴ [OH-] = 0.10 mol.dm-3

จาก Kw = [H+][OH-]

∴ [H+] = Kw = 10-14

[OH-] 0.10

[H+] = 10-13 pH = - log 10-13 = 13

51

สรป

สารละลาย pH

กรด <7

กลาง 7

เบส >7

52

นอกจากน การบงบอกสภาวะการเปนกรด-เบส

สามารถใชในรป pOH ได โดย

pOH = - log [OH-]

53

ดงนน ในนาบรสทธ :

[H3O+] = [OH-] = 10-7 M

pH = pOH = 7

หรออาจกลาวไดวา

pH + pOH = 14

54

ในทานองเดยวกน สาหรบคาคงทของสมดล สามารถ

เขยนได ดงน

pK = -log K

ดงนน acetic acid ทม Ka = 1.8x10-5

pKa = - log 1.8x10-5

= 4.74

นนคอ

pKa กรด

55

ตวอยางท 6 สารละลาย CO2 อมตวม [H3O+] เทากบ

1.3x10-4 M จงคานวณ pH ของสารละลายน

จาก pH = -log [H3O+]

= -log 1.3x10-4

= 3.89

56

ตวอยางท 7 พลาสมาของโลหต(blood plasma) ท 25 °c

ม pH เทากบ 7.4 จงคานวณ [H3O+] และ [OH-]

จาก [H+] = 10-pH

= 10-7.4

= 3.9x10-8 M

∴ [H+] = 3.9x10-8 M

จาก Kw = [H3O+][OH-] = 10-14

[OH-] = Kw = 10-14 = 2.6x10-7 M

[H+] 3.9x10-8

57

วธวด pH ของสารละลาย

1. วธเปรยบเทยบสเปนการวด pH โดยเตมอนดเคเตอรทเหมาะสมลง

ไปในสารละลายหรอใชกระดาษชบอนดเคเตอร

(กระดาษ pH)

2. วดความตางศกย

เปนการวด pH โดยใชเครอง pH มเตอร (pH meter)

ซงวดความตางศกยระหวางขวไฟฟาแกวและ

ขวไฟฟามาตรฐาน

58

4. ไฮโดรลซส

คอ ปฏกรยาระหวางเกลอกบนา ซงละลายนาจะแตกตวให

ไอออนบวกและไอออนลบ

เมอไอออนบวกเกดปฏกรยา :

M+ + H2O MOH + H+ (pH<7)

เมอไอออนลบเกดปฏกรยา :

X- + H2O HX + OH- (pH>7)

59

เกลอทจะเกดไฮโดรลซสได ตองเปนเกลอทมไอออนของ

กรดออนหรอเบสออนเทานน

เกลอระหวางกรดแกกบเบสแก

ไมเกดไฮโดรลซส

60

4.1 เกลอของกรดออน-เบสแก

เมอ OAc- ละลายนาจะเกดไฮโดรลซส :

OAc- + H2O HOAc + OH-

Kh = [HOAc][OH-] = Kw

[OAc-] Ka

61

4.2 เกลอของกรดแก-เบสออน

เมอ NH4+ ละลายนาจะเกดไฮโดรลซส :

NH4+ + H2O NH3 + H3O

+

Kh = [NH3][H3O+] = Kw

[NH4+] Kb

62

4.3 เกลอของกรดออน-เบสออน

เมอ NH4CN ละลายนาจะเกดไฮโดรลซส :

NH4+ + H2O NH3 + H3O

+ (1)

Kh = [NH3][H3O+] = Kw = 10-14 = 5.6x10-10

[NH4+] Kb 1.8x10-5

CN- + H2O HCN + OH- (2)

Kh = [HCN][OH-] = Kw = 10-14 = 2.0x10-5

[CN-] Ka 4.9x10-10

63

จะเหนไดวา ปฏกรยา (2) เกดไดมากกวา ปฏกรยา (1)

ม OH- > H3O+ สารละลายเปนเบส

เมอ ปฏกรยา (1) + (2) :

NH4+ + CN- NH3 + HCN

Kh = [NH3][HCN] = Kw

[NH4+][CN-] Kax Kb

pH = Kwx Ka

Kb

64

ขอสรปเกยวกบไฮโดรลซสของเกลอตางๆ

แบบของเกลอ ไอออนทเกดไฮโดรลซส pH

กรดแก-เบสแก - 7

กรดออน-เบสแก ไอออนลบ >7

กรดแก-เบสออน ไอออนบวก <7

กรดออน-เบสออน ไอออนบวกและลบ 7,<7, >7

65

5. สารละลายบฟเฟอร

คอ สารละลายทเตมกรดแกหรอเบสแกจานวนเลกนอยลง

ไป แลวไมทาให pH ของสารละลายเปลยนแปลง

ไดแก

สารละลายผสมระหวางกรดออนและเกลอของกรดออน

หรอ สารละลายผสมระหวางเบสออนและเกลอของเบสออน

66

เมอพจารณาสมดลระหวาง HOAc และ NaOAc ดงสมการ

HOAc + H2O OAc -+ H3O+

Ka = [OAc-][H3O+] [H3O

+] = Ka [HOAc]

[HOAc] [OAc-]

[H3O+] = Ka [กรด]

[เกลอ]

หรอ pH = pKa - log [กรด]

[เกลอ]

67

ถากรดและเกลอมความเขมขนเทากน:

pH =pKa

ตวอยางท 8 สารละลายทม HOAc 0.1 โมล และ NaOAc 0.1

โมล ใน

1 dm3 (Ka = 1.8x10-5) บฟเฟอรกรด

pH = pKa = 4.74

68

ก. เมอเตมนาลงไป : pH = 4.74

ข. เมอเตม 1M HCl ลงไป 1 cm3

จะม H3O+ มาทาปฏกรยากบ OAc- = 0.001 โมล

H3O+ + OAc- HOAc + H2O

จาก HCl

HOAc = 0.1 + 0.001 = 0.101 mol

OAc- = 0.1- 0.001 = 0.099 mol

69

จาก pH = pKa - log [กรด]

[เกลอ]

= 4.74 - log 0.101

0.099

= 4.731

ถาเตมกรดจานวนเทานลงในนา :

pH = -log [H3O+] = 3

70

ค. เมอเตม 1M NaOH ลงไป 1 cm3

จะม OH- มาทาปฏกรยากบ HOAc = 0.001 โมล

OH- + HOAc OAc- + H2O

จาก NaOH

HOAc = 0.1 - 0.001 = 0.099 mol

OAc- = 0.1+ 0.001 = 0.101 mol

71

จาก pH = pKa - log [กรด]

[เกลอ]

= 4.74 - log 0.099

0.101

= 4.749

ถาเตมเบสจานวนเทานลงในนา :

pOH = -log [OH-] = 3 pH = 14 - 3 = 11

72

สาหรบสารละลายทเปนของผสมระหวางเบสออนและเกลอ

ของเบสออน เชน NH3 และ NH4Cl เปนบฟเฟอรทเปนเบส

[OH-] = Kb [เบส]

[เกลอ]

หรอ pOH = pKb - log [เบส]

[เกลอ]

73

6. อนดเคเตอรสาหรบกรด-เบสเปนสารอนทรยทมโครงสรางซบซอนและเปลยนสได

เมอ pH ของสารละลายเปลยนแปลงไปเปนคาทเหมาะ

สม

เปนกรดออนหรอเบสออน

อนดเคเตอรจะเปลยนสท pH เทาใดขนอยกบคาคงทของสมดล

ของอนดเคเตอร

74

ชวง pH ของสารละลายทอนดเคเตอรคอยๆเปลยนสจากส

หนงไปเปนอกสหนง เรยกวา ชวง pH ของอนดเคเตอร

75

7. การไทเทรตกรด-เบส

เปนกระบวนการหาปรมาณกรดและเบสททาปฏกรยาพอด

แลวนาไปคานวณความเขมขนของกรดหรอเบส

จดทกรดและเบสทาปฏกรยาพอดกน เรยกวา จดสมมล

ซงจะมคาแตกตางกนไปขนอยกบชนดของกรดและเบส

จดทอนดเคเตอรเปลยนส เรยกวา จดยต

ดงนนควรเลอกอนดเคเตอรทเปลยนสตรงชวงจดสมมล

หรอใกลเคยงมากทสด

76

7.1 การไทเทรตกรดแกกบเบสแก

จดสมมลของสารละลายม pH เทากบ 7

77

7.2 การไทเทรตกรดออนกบเบสแก

จดสมมลของสารละลายม pH มากกวา 7

78

7.3 การไทเทรตกรดแกกบเบสออน

จดสมมลของสารละลายม pH นอยกวา 7

79

7.4 การไทเทรตกรดโพลโปรตกกบเบสแก

จดสมมลของสารละลายจะขนกบคาคงทของการแตกตวของกรด

80

แบบฝกหด

81

1. จงคานวณ pH ของสารละลายตอไปน

ก. สารละลาย 0.14 M HCOOH ( pH = 2.31)

ข. สารละลาย NH4Cl เขมขน 0.25 M ( pH = 4..93)

ค. สารละลายแอมโมเนย 0.25 dm3 ทม NH3 ละลาย

อย 0.86 mol ( pH = 11.89)

ง. สารละลายของ NaCN 0.40 dm3 ทม NaCN

ละลายอย 0.56 mol ( pH = 11.73)

2. จะตองใชโซเดยมอะซเตตกโมลละลายนา เพอใหสารละลายมปรมาตร 0.25 dm3 และม pH = 8.9 (0.028 mol )

82

3. เมอเตม 1.00 M HCl 150 cm3 ลงในสารละลายทม Na2CO3 30 g ในนา 350 cm3 สารละลายนจะม pH เทาใด (10.2)

4. เมอผสม 0.0550 M H2SO4 25 cm3 กบ 0.12 M KOH 30 cm3

ก. สารละลายทไดจะเปนกรดหรอเบส (เบส)

ข. สารละลายจะม pH เทาใด (12.19 )

5. จงคานวณ [H+][ClO-] และ [HClO] ในสารละลายกรดไฮโปคลอรสทมความเขมขน0.10 M และคานวณหารอยละการแตกตวของกรดนดวย

([H+] = [ClO-] = 5.7 x 10-5 M, [HClO] = 0.10 M,

รอยละการแตกตวของกรด = 5.7 x 10-2 )

83

6.สารละลาย 0.13 M ของกรดอนทรยชนดหนงม pH = 5.45

จงคานวณคา Ka ของกรดน (9.69 x 10-11 )

7. ไอออนลบ (A-) ของเกลอ KA ในสารละลาย 0.1 F เกดไฮโดร

ลซส 8% จงคานวณ Kaของกรดน (1.4 x 10-11 )

8.อตราสวนของกรดฟอรมกและเกลอฟอรเมตควรจะเปน

เทาใดจงจะทาใหสารละลายบฟเฟอรของกรด-เกลอคนม

pH = 2.89 (7.3 )

84

9. อนดเคเตอร (HIn) มคาคงตวสมดลเทากบ 1 x 10-5 เมออยในรปของ HIn จะมสเหลอง แตใน รปของ In- จะมสเขยว ถาอนดเคเตอรนอยในสารละลายทม pH เทากบ 7 สารละลายจะมสอะไร (เขยว )

10. จงคานวณ pH ของสารละลายในการไทเทรต 0.100 M กรดเบนโซอก 3 cm3 กบ 0.100M NaOH 30 cm3

ก. เมอหยดสารละลาย NaOH ลงไป 10 cm3 (3.9 )

ข. เมอหยดสารละลาย NaOH ลงไป 30 cm3 (8.45 )

ค. เมอหยดสารละลาย NaOH ลงไป 40 cm3 (12.16 )