สารละลายกรด-เบส: ความหมาย ทฤษฎีกรด-เบส คุณสมบัติและประเภท

สารละลายกรด-เบส: ความหมาย ทฤษฎีกรด-เบส คุณสมบัติและประเภท – สารละลายกรดและด่างเป็นสารประกอบเคมี 2 กลุ่มที่พบและใช้กันอย่างแพร่หลายในชีวิตประจำวัน ดังนั้นจึงเป็นหัวข้อสำคัญในการเรียนวิชาเคมีโดยเฉพาะสำหรับผู้ที่ไม่เข้าใจ ตรวจสอบการสนทนาเพิ่มเติมด้านล่าง

สารละลายกรด-เบส: ความหมาย ทฤษฎีกรด-เบส คุณสมบัติและประเภท

---

สารละลายกรดและเบสเป็นสารละลายที่มีระดับความเป็นกรดหรือด่างของสารขึ้นอยู่กับ จำนวนไอออนของ H+ (กรด) และ OH- (เบส) ที่มีอยู่ในสารและระดับของไอออนไนซ์ของสารด้วย ระดับของความเป็นกรดและด่างจะแสดงด้วยค่า pH ความเข้าใจเกี่ยวกับสารละลายกรดและเบสนี้มีความจำเป็นมากเช่น ปูพื้นฐานความรู้เพื่อความเข้าใจในวิชาเคมีต่อไป คือ การคำนวณระดับความเป็นกรดหรือด่างของสิ่งใดสิ่งหนึ่ง สาร.

ทฤษฎีกรดเบส

กรดและเบส (ด่าง) เป็นที่ทราบกันมานานแล้วและเรามักจะพบเจอในชีวิตประจำวัน ตัวอย่างเช่น กรดทาร์ทาริกในองุ่น กรดซิตริกในส้ม กรดอะซิติกในน้ำส้มสายชู กรดซัลฟิวริกในน้ำแบตเตอรี่ และสารอื่นๆ อีกหลายชนิด ในขณะเดียวกันเราก็พบสารที่เป็นด่างในน้ำปูนใส สบู่ ยารักษาแผลในกระเพาะและสารอื่นๆ มีหลายทฤษฎีของกรดเบสที่สามารถแยกแยะได้ ซึ่งรวมถึงต่อไปนี้:

ทฤษฎีกรด-เบสของ Stevante Arrhenius

Stevante Arrhenius เสนอทฤษฎีกรด-เบสว่า:

กรดคือสารที่เมื่อละลายน้ำแล้วจะเกิดไอออน H+ โดยที่ไอออน H+ เหล่านี้จะเป็นไอออนบวกเพียงชนิดเดียวในสารละลาย ในขณะที่เบสเป็นสารที่เมื่อละลายน้ำจะแตกตัวเป็นไอออนเพื่อผลิต OH- ไอออน และ OH- ไอออนเหล่านี้จะเป็นไอออนลบเพียงชนิดเดียวในสารละลาย

ทฤษฎีกรด-เบสของ Bronstead Lowry

เจ.เอ็น. บรอนสเตด และ ที.เอ็น. โลว์รีเสนอทฤษฎีเกี่ยวกับกรดและเบสอีกทฤษฎีหนึ่ง ตามทฤษฎีนี้ กรดเป็นตัวให้โปรตอนและเบสเป็นตัวรับโปรตอน จากคำจำกัดความนี้ กรดจะสร้างคอนจูเกตหลังจากปล่อยโปรตอน และเบสก็จะสร้างคอนจูเกตหลังจากรับโปรตอน ดังนั้นในทฤษฎีคอนจูเกตกรด-เบสนี้ คำว่า "คู่กรด-เบส" หรือ "คู่กรด-เบสคอนจูเกต" จึงเป็นที่รู้จัก

หลังจากทราบทฤษฎีกรด-เบสของ Bronstead Lowry แล้ว เราสามารถระบุได้ว่าสารที่มีไฮโดรเจนจัดอยู่ในกลุ่มของสารที่เป็นกรดหรือเป็นเบส แล้วสารประกอบ/สสารที่ไม่มีโปรติก (ไม่มี H) คุณจะทราบคุณสมบัติของกรดหรือเบสได้อย่างไร

ทฤษฎีลิวอิสกรดเบส

G.N Lewis นักเคมียังได้เสนอทฤษฎีของกรดและเบสอีกด้วย ตามทฤษฎีนี้ เบสคือสารที่มีอิเล็กตรอนคู่โดดเดี่ยวตั้งแต่หนึ่งคู่ขึ้นไปที่สามารถมอบให้กับสารอื่นได้ จึงสร้างพันธะโควาเลนต์ร่วมกัน ในขณะที่กรดเป็นสารที่สามารถรับอิเล็กตรอนคู่โดดเดี่ยวได้ เดอะ.

สารที่เป็นเบสตามทฤษฎีกรด-เบสของ Lewis ก็เป็นเบสตามทฤษฎีของ Bronstead Lowry เช่นกัน

สมบัติและประเภทของสารละลายกรดและเบส

คุณสมบัติของสารละลายกรด

ในโลกของเคมี กรดคือสารประกอบทางเคมีที่เมื่อละลายน้ำจะได้สารละลายที่มีค่า pH ต่ำกว่า 7 กรดสามารถตีความได้ว่าเป็นสารที่สามารถให้โปรตอน (H+ ไอออน) แก่สารอื่น (ซึ่งเรียกว่าเบส) หรือสามารถรับอิเล็กตรอนคู่โดดเดี่ยวจากเบสได้

ตัวอย่างของกรดในชีวิตประจำวัน ได้แก่ น้ำส้มสายชูที่มีกรดอะซิติก ส้มที่มีกรดซิตริก และไวน์ มีกรดทาร์ทาริก แอปเปิ้ลมีกรดมาลิก วิตามินซีมีกรดแอสคอร์บิก และยาหยอดตามีกรด บอเรต

คุณสมบัติของสารละลายที่เป็นกรด ได้แก่ :

• มีรสเปรี้ยว
• สามารถเปลี่ยนกระดาษลิตมัสสีน้ำเงินเป็นสีแดงได้
• นำไฟฟ้าได้(กรดแก่)
• เมื่อละลายน้ำจะปล่อยไฮโดรเจนไอออน (H+)
• กัดกร่อนโลหะ
• สามารถทำให้ด่างเป็นกลางได้

ประเภทสารละลายกรด

สารละลายที่เป็นกรดมี 2 ชนิด ได้แก่ กรดแก่และกรดอ่อน การเกิดสนิมบนเหล็กเป็นลักษณะหนึ่งที่บ่งชี้ว่ากรดนั้นกัดกร่อนโลหะ

ถ้ากรดละลายในลักษณะที่ไอออน H+ เกือบทั้งหมดถูกปลดปล่อยออกมา จะเรียกว่ากรดแก่ หากปล่อยไอออน H+ เพียงเล็กน้อย กรดจะเรียกว่ากรดอ่อน กรดแก่สามารถนำไฟฟ้าได้ในขณะที่กรดอ่อนแทบจะไม่สามารถนำไฟฟ้าได้

ตัวอย่างของสารที่มีกรดแก่ ได้แก่ กรดในกระเพาะอาหาร (กรดไฮโดรคลอริก = HCl) กรดซัลฟิวริก (H2SO4) กรดซัลไฟต์ (H2SO3) กรดโบรไมด์ (HBr) กรดไนตริก (HNO3) และกรดไนตริก (HNO2)

ตัวอย่างของสารที่มีกรดอ่อน ได้แก่ กรดคาร์บอนิก (H2CO3) กรดอะซิติก (CH3COOH) กรดซัลฟิดิก (H2S) กรดไซยาไนด์ (HCN) และกรดฟอสฟอริก (H3PO4)

คุณสมบัติของสารละลายอัลคาไลน์

เบสเป็นสารประกอบทางเคมีที่ดูดซับไฮโดรเนียมไอออนเมื่อละลายในน้ำ เบสมีค่า pH มากกว่า 7 เมื่อละลายในน้ำจะแตกตัวเป็นไฮดรอกซิลไอออน (OH–) และไอออนบวกของโลหะ (แต่ไม่เสมอไป) ดังนั้นฐานจึงสามารถนำกระแสไฟฟ้าได้

ตัวอย่างของเบสที่มักพบในชีวิตประจำวัน ได้แก่ ยารักษาแผลที่มีแมกนีเซียมไฮดรอกไซด์ (Mg (OH) 2) และอะลูมิเนียมไฮดรอกไซด์ (Al (OH) 3); น้ำยาล้างร่างกายที่มีโซเดียมไฮดรอกไซด์ (NaOH); สบู่อาบน้ำเด็กที่มีโพแทสเซียมไฮดรอกไซด์ (KOH); น้ำยาดับกลิ่นมีอะลูมิเนียมไฮดรอกไซด์ (Al (OH)3) และน้ำยาทำความสะอาดพื้นมีแอมโมเนียมไฮดรอกไซด์ (NH4OH)

คุณสมบัติของฐานประกอบด้วย:

• รู้สึกลื่นเมื่อสัมผัสกับผิวหนัง (ห้ามลองกับผิวหนัง อันตราย)
• สามารถเปลี่ยนกระดาษลิตมัสสีแดงเป็นสีน้ำเงินได้
• นำไฟฟ้าได้ (ฐานแข็งแรง)
• เมื่อละลายน้ำจะปล่อยไฮดรอกซิลไอออน (OH–)
• สามารถทำให้กรดเป็นกลางได้

ประเภทของสารละลายอัลคาไลน์

ถ้าเมื่อเบสละลายและไอออน (OH–) เกือบทั้งหมดถูกปลดปล่อยออกมา เบสนั้นจะเรียกว่าเบสแก่ ตัวอย่างของเบสแก่ เช่น โซเดียมไฮดรอกไซด์ (NaOH) แคลเซียมไฮดรอกไซด์ (KOH) แบเรียมไฮดรอกไซด์ (Ba (OH)2)

อย่างไรก็ตาม หากปล่อย OH- เพียงส่วนน้อย เบสจะเรียกว่าเบสอ่อน ตัวอย่างของเบสที่อ่อน ได้แก่ แอมโมเนียมไฮดรอกไซด์ (NH4(OH) และอะลูมิเนียมไฮดรอกไซด์ (Al (OH)3)

---

ความแรงของกรดและเบส

ความแรงของกรดและเบสถูกกำหนดโดยระดับของไอออนไนซ์ (α) จำนวนไอออนของ H+ และ OH− ที่ปล่อยออกมา กรดและเบสในน้ำจะเกิดปฏิกิริยาการแตกตัวเป็นไอออนซึ่งเป็นปฏิกิริยาสมดุล ดังนั้น ความแรงของกรดและเบสสามารถแสดงได้ด้วยค่าคงที่สมดุลของกรดและเบส นั่นคือ ค่าคงที่ของกรดและเบส (Ka) และค่าคงที่ของไอออนไนซ์ของเบส (Kb)

ตัวอย่างเช่น ในน้ำ HCl เกือบจะแตกตัวเป็น H+ ไอออนและ Cl− ไอออน ในขณะที่ HF สลายตัวเพียงบางส่วนเป็นไอออน H+ และ F− ไอออน ดังนั้น HCl จึงเรียกว่ากรดแก่และ HF เรียกว่ากรดอ่อน ในทำนองเดียวกัน NaOH ในน้ำเกือบจะสลายตัวเป็น Na+ ไอออนและ OH− ไอออน ในขณะที่ NH3 สลายตัวเพียงบางส่วนเป็น NH4+ ไอออนและ OH− ไอออน NaOH เรียกว่าเบสแก่ และ NH3 เรียกว่าเบสอ่อน

ค่าคงที่ของกรดไอออไนเซชัน (Ka)

โดยทั่วไปสามารถเขียนปฏิกิริยาสมดุลของสารละลายกรด HA ในน้ำได้ดังนี้

HA(aq) ⇌ H+(aq) + A−(aq)

ค่าคงที่การแตกตัวเป็นไอออนของกรด Ka สามารถกำหนดได้ดังนี้

K_a = \frac{[H^+][A^-]}{[HA]}
กรดแก่ (ตัวอย่าง: HCl, HBr, HI, HNO3, HClO4, H2SO4)
ในน้ำ กรดแก่เกือบทั้งหมดจะสลายตัวเป็นไอออน ดังนั้นระดับของการแตกตัวเป็นไอออน α ≈ 1 ดังนั้นค่า Ka ของกรดแก่จึงสูงมาก สำหรับค่า Ka ที่สูงมาก สามารถสันนิษฐานได้ว่ากรดแตกตัวออกเป็นไอออนและ ความเข้มข้นของไอออน H+ สามารถคำนวณได้จากความเข้มข้นของกรด ([HA]สมดุล ≈ [HA]เริ่มต้น = Ma) และวาเลนซ์ เปรี้ยว วาเลนซ์ของกรดคือจำนวนไอออน H+ ที่ผลิตได้ต่อโมเลกุลของกรด

[H^+] = valency_a \times M_a
กรดอ่อน (ตัวอย่าง: HF, HCN, HNO2, CH3COOH, H2CO3)
ในน้ำ กรดอ่อนบางชนิดเท่านั้นที่สลายตัวเป็นไอออน ดังนั้นระดับของการเกิดไอออนคือ 0 < α < 1 หากความเข้มข้นเริ่มต้นของสารละลายกรดอ่อน HA แสดงเป็น Ma แล้ว:

HA(aq) ⇌ H+(aq) + A−(aq)

ตอนแรก: แม่
ปฏิกิริยา: −αMa + αMa + αMa
สมดุล: (1 − α)Ma αMa αMa

K_a = \frac{(\alpha M_a)(\alpha M_a)}{((1 – \alpha) M_a)}
K_a = \frac{\alpha^2}{1 – \alpha} M_a
ถ้าค่าของ α มีค่าน้อยมาก (α ≪ 1) ก็สามารถสันนิษฐานได้ว่ามีค่าเป็น (1 − α) ≈ 1 ดังนั้นสมการ Ka สำหรับกรดอ่อนสามารถเขียนได้ดังนี้:

K_a = \alpha^2 M_a
\alpha = \sqrt{\frac{K_a}{M_a}}
ดังนั้น ในการคำนวณความเข้มข้นของไอออน H+ คุณสามารถใช้ค่าของ Ka หรือค่าของ α

[H^+] = \sqrt{K_a \times M_a} หรือ [H^+] = \alpha \times M_a

ค่าคงที่ไอออไนเซชันพื้นฐาน (Kb)

โดยทั่วไป ปฏิกิริยาสมดุลของสารละลายเบส LOH ในน้ำสามารถเขียนได้ดังนี้

LOH(aq) ⇌ L+(aq) + OH−(aq)

ค่าคงที่ไอออไนเซชันพื้นฐาน Kb สามารถกำหนดได้ดังนี้

K_b = \frac{[L^+][OH^-]}{[LOH]}
เบสแก่ (ตัวอย่าง: NaOH, KOH, Ca (OH)2, Sr (OH)2, Ba (OH)2)
ในน้ำ เบสแก่เกือบทั้งหมดแตกตัวเป็นไอออน ดังนั้นระดับของไอออไนเซชัน α ≈ 1 ดังนั้น ค่า Kb ของฐานที่แข็งแกร่งจึงมีค่าสูงมาก สำหรับค่า Kb ที่สูงมาก สามารถสันนิษฐานได้ว่าเบสแยกตัวออกเป็นไอออนและ ความเข้มข้นของไอออน OH− สามารถคำนวณได้จากความเข้มข้นของเบส ([LOH]equilibrium ≈ [LOH]initial = Mb) และวาเลนซ์ ฐาน. วาเลนซ์เบสคือจำนวนไอออน OH− ที่เกิดขึ้นต่อหน่วยสูตรพื้นฐาน

[OH^-] = valence_b \คูณ M_b
เบสอ่อน (ตัวอย่าง: NH3, CH3NH2, C6H5NH2)
ในน้ำ มีเพียงเบสที่อ่อนแอบางส่วนเท่านั้นที่แตกตัวเป็นไอออน ดังนั้นระดับของการแตกตัวเป็นไอออนคือ 0 < α < 1 ถ้าความเข้มข้นเริ่มต้นของสารละลาย LOH ที่เป็นเบสอ่อนแสดงเป็น Mb แล้ว:

LOH(aq) ⇌ L+(aq) + OH−(aq)

ตอนแรก: Mb
ปฏิกิริยา: −αMb + αMb + αMb
ยอดคงเหลือ: (1 − α)Mb αMb αMb

K_a = \frac{(\alpha M_b)(\alpha M_b)}{((1 – \alpha) M_b)}
K_a = \frac{\alpha^2}{1 – \alpha} M_b
หากค่าของ α มีค่าน้อยมาก (α ≪ 1) ก็สามารถสันนิษฐานได้ว่ามีค่าเป็น (1 − α) ≈ 1 ดังนั้นจึงสามารถเขียนสมการ Kb สำหรับฐานที่อ่อนได้ดังนี้:

K_b = \alpha^2 M_b
\alpha = \sqrt{\frac{K_b}{M_b}}
ดังนั้น ในการคำนวณความเข้มข้นของไอออน OH− คุณสามารถใช้ค่า Kb หรือค่า α

[OH^-] = \sqrt{K_b \times M_b} หรือ [OH^-] = \alpha \times M_b

---

pH (ระดับความเป็นกรด)

ระดับหรือระดับความเป็นกรดของสารละลายขึ้นอยู่กับความเข้มข้นของไอออน H+ ในสารละลาย ยิ่งไอออน H+ มีความเข้มข้นมากเท่าใด สารละลายก็ยิ่งเป็นกรดมากขึ้นเท่านั้น ในปี 1909 Søren P. แอล Sørensen เสนอแนวคิดเกี่ยวกับค่า pH ซึ่งแสดงระดับความเป็นกรดของสารละลายตามฟังก์ชันของความเข้มข้นของไอออน H+ ในสารละลาย ฟังก์ชัน pH แสดงเป็นค่าลอการิทึมเชิงลบของความเข้มข้นของไอออน H+ ในสารละลาย

ค่า pH = –log[H^+]
แนวคิดเรื่องค่า pH ช่วยให้แสดงความเข้มข้นของไอออน H+ ได้ง่าย และการเปลี่ยนแปลงของไอออนในบางครั้งอาจน้อยมาก ตัวอย่างเช่น ความเข้มข้นของ H+ ไอออนในสารละลายกรดอะซิติก 0.1 โมลาร์มีค่าประมาณ 0.001 โมลาร์ และความเข้มข้นของไอออน H+ ในน้ำกลั่นอยู่ที่ประมาณ 1 × 10−7 โมลาร์ หากแสดงเป็นค่า pH ค่า pH ของสารละลายน้ำส้มสายชู 0.1 M จะเท่ากับ 3 และค่า pH ของน้ำกลั่นจะเท่ากับ 7

จากทั้งสองตัวอย่าง จะเห็นได้จากความเข้มข้นของไอออน H+ ว่าสารละลายน้ำส้มสายชู 0.1 M ([H+] = 0.001 M = 1 × 10−3 M) มีสภาพเป็นกรดมากกว่าน้ำกลั่น ([H+] = 1 × 10 −7 ม). อย่างไรก็ตาม pH ของสารละลายกรดอะซิติก 0.1 M (pH = 3) ต่ำกว่าน้ำกลั่น (pH = 7) ดังนั้นยิ่งสารละลายมีความเป็นกรดมาก ค่า pH ก็จะยิ่งต่ำลง ในทางกลับกัน ยิ่งสารละลายมีความเป็นด่างมาก ค่า pH ก็จะยิ่งมากขึ้นเท่านั้น

ตัวบ่งชี้กรดเบส

ตามบทนำที่อธิบายไว้ในตอนต้นของการสนทนา ในสมัยโบราณก่อนที่จะมีการนำเสนอทฤษฎีกรด-เบส ผู้คนแยกแยะกรดและเบสได้โดยการชิม

แต่ในปัจจุบันได้ทราบตัวบ่งชี้ต่าง ๆ เพื่อแยกแยะกรดและเบส นอกจากเป็นวิธีการที่ปลอดภัยและใช้งานได้จริงแล้ว ตัวชี้วัดยังสามารถให้ผลลัพธ์ที่เกี่ยวข้องมากขึ้นอีกด้วย

กระดาษลิตมัส

ตัวบ่งชี้หนึ่งที่มักใช้คือกระดาษลิตมัส กระดาษลิตมัสมี 2 ชนิด ได้แก่ กระดาษลิตมัสสีน้ำเงินและกระดาษลิตมัสสีแดง

กระดาษลิตมัสสีแดงจะเปลี่ยนเป็นสีน้ำเงินเมื่อสัมผัสกับเบส แต่ถ้าสัมผัสกับกรดหรือสารที่เป็นกลาง กระดาษจะไม่เปลี่ยนสี

กระดาษลิตมัสสีน้ำเงินจะเปลี่ยนเป็นสีแดงเมื่อสัมผัสกับกรด แต่ถ้าสัมผัสกับเบสหรือสารที่เป็นกลาง กระดาษจะไม่เปลี่ยนสี

ตัวบ่งชี้สากล

กระดาษลิตมัสสามารถเปรียบเทียบได้เฉพาะสารที่มีกรดหรือเบสเท่านั้น จากนั้นจึงมีการพัฒนากระดาษลิตมัสอีกครั้ง

กระดาษตัวบ่งชี้สากลสามารถแสดงระดับความเป็นกรดและด่างของสารได้

โดยการเปรียบเทียบสีที่ได้รับสำหรับสารแต่ละชนิดที่ทดสอบกับกระดาษมาตรฐานบนตัวบ่งชี้สากล เราสามารถกำหนดระดับความเป็นกรดของสารได้

ตัวบ่งชี้โซลูชัน

ตัวอย่างของสารบ่งชี้สำหรับสารละลายนี้คือ เมทิลเรด เมทิลออเรนจ์ โบรโมไทมอลบลู และสารละลายอื่นๆ อีกหลายชนิด ตัวบ่งชี้นี้ทำงานเหมือนกับกระดาษลิตมัสทุกประการ สารละลายนี้จะเปลี่ยนสีหากสัมผัสกับกรดหรือเบส

ดังนั้นการทบทวนจาก เกี่ยวกับ ความรู้.co.id เกี่ยวกับ สารละลายกรดเบสหวังว่ามันจะเป็นประโยชน์