เนื้อหากรด เบส

14.3 ทฤษฎีกรด-เบส ในการทจ่ี ะใหน้ ยิ ามของกรด-เบส และในการจาแนกสารต่างๆ วา่ เป็นกรดหรอื เบสนนั้ ไดม้ ี นกั วทิ ยาศาสตร์ ไดศ้ กึ ษาและตงั้ ทฤษฎกี รด-เบส ขน้ึ หลายทฤษฎดี ว้ ยกนั ทฤษฎกี รด-เบสทส่ี าคญั มดี งั น้ี 14.3.1 ทฤษฎีกรด-เบสของอารเ์ รเนียส อารเ์ รเนยี ส เป็นนกั วทิ ยาศาสตรช์ าวสวเี ดน ไดต้ งั้ ทฤษฎกี รด-เบส ในปี ค.ศ. 1887 (พ.ศ. 2430) อารเ์ รเนียสศกึ ษาสารทล่ี ะลายน้า (Aqueous solution) และการนาไฟฟ้าของสารละลายนนั้ เขาพบว่าสาร อเิ ลก็ โทรไลตจ์ ะแตกตวั เป็นไอออน เมอ่ื ละลายอยใู่ นน้า และใหน้ ิยามกรดไวว้ า่ “กรด คือ สารทเ่ี มอ่ื ละลายน้าแลว้ แตกตวั ใหไ้ ฮโดรเจนไอออน” เช่น HCl (g) H2O H+ (aq) + Cl- (aq) HClO4(l) H2O H+ (aq) + ClO4- (aq) CH3COOH (l) H2O H+ (aq) + CH3COO- (aq) H2SO4 (l) H2O H+ (aq) + SO42- (aq) H2CO3 (l) H2O H+ (aq) + HCO3- (aq) “เบสคือ สารทล่ี ะลายน้าแลว้ แตกตวั ใหไ้ ฮดรอกไซดไ์ อออน” เช่น NaOH (s) H2O Na+ (aq) + OH- (aq) Ca(OH)2 (s) H2O Ca2+ (aq) + 2OH- (aq) KOH (s) H2O K+ (aq) + OH- (aq) NH4OH (l) H2O NH4+ (aq) + OH- (aq) ข้อจากดั ของทฤษฎีกรด-เบส อารเ์ รเนียส  ทฤษฎกี รด-เบส อารเ์ รเนียส จะเน้นเฉพาะการแตกตวั ในน้า ใหเ้ ป็น H+ และ OH- ไมร่ วมถงึ ตวั ทาละลายอ่นื ๆ ทาใหอ้ ธบิ ายความเป็นกรด-เบสไดจ้ ากดั  สารทจ่ี ะเป็นกรดไดต้ อ้ งมี H+ อยใู่ นโมเลกุล และสารทจ่ี ะเป็นเบสไดก้ ต็ อ้ งมี OH- อยใู่ น โมเลกุล 14.3.2. ทฤษฎีกรด-เบส ของเบรินสเตต-เลารี โจฮนั ส์ นิโคลสั เบรนิ สเตต นกั เคมชี าวเดนมารก์ และ โทมสั มารต์ นิ ลาวรี นักเคมชี าวองั กฤษ ไดศ้ กึ ษาการใหแ้ ละรบั โปรตอนของสาร เพ่อื ใชใ้ นการอธบิ ายและจาแนกกรด-เบสไดก้ วา้ งขน้ึ และไดต้ งั้ ทฤษฎกี รด-เบสขน้ึ ในปี ค.ศ.1923 (พ.ศ.2466)

บทท่ี 14 กรด-เบส 1 2 กรด คือ สารทส่ี ามารถใหโ้ ปรตอนกบั สารอ่นื ๆ ได้ (Proton donor) เบส คือ สารทส่ี ามารถรบั โปรตอนจากสารอ่นื ได้ (Proton acceptor) พจิ ารณาตวั อยา่ งต่อไปน้ี H3O+ + Cl- 1. ให้ H + HCN + H2O รับ H+ HCl เป็นสารทใ่ี หโ้ ปรตอน (H+) ดงั นนั้ HCl จงึ เป็นกรด H2O เป็นสารทร่ี บั โปรตอน (H+) ดงั นนั้ H2O จงึ เป็นเบส 2. ให้ H + NH4+ + H2O H3O+ + NH3 รับ H+ NH4+ เป็นสารทใ่ี หโ้ ปรตอน (H+) ดงั นนั้ NH4+ จงึ เป็นกรด H2O เป็นสารทร่ี บั โปรตอน (H+) ดงั นนั้ H2O จงึ เป็นเบส 3. ให้ H + H2O + NH3 NH4+ + OH- รับ H+ H2O เป็นสารทใ่ี หโ้ ปรตอน (H+) ดงั นนั้ H2O จงึ เป็นกรด NH3 เป็นสารทร่ี บั โปรตอน (H+) ดงั นนั้ NH3 จงึ เป็นเบส จากปฏกิ ริ ยิ าทงั้ 3 ปฏกิ ริ ยิ า จะมสี ารทใ่ี หแ้ ละรบั โปรตอนในแต่ละปฏกิ ริ ยิ า และมี H3O+ และ OH- เกดิ ขน้ึ แต่บางปฏกิ ริ ยิ าอาจจะไมม่ สี ารทงั้ สองชนดิ น้เี ลย ทฤษฎนี ้กี ย็ งั คงอธบิ ายได้ เชน่ 4.

3 ว 034 เคมี ม.6 ให้ H + NH3 + NH3 NH4+ + NH2- รับ H+ ตวั อยา่ งอ่นื ๆ ไดแ้ ก่ NH4+ เป็นกรด 5. NH2- เป็นเบส ให้ H + H2O (l) + CN-(aq) HCN(aq) + OH-(aq) กรด เบส รับ H+ 6. ให้ H + HS-(aq) + H2O(l) H3O+(aq) + S2-(aq) กรด เบส รับ H+ 7. ให้ H + H2O (l) + CO2-(aq) HCO3- (aq) + OH-(aq) กรด เบส รับ H+ 8.

บทท่ี 14 กรด-เบส 1 4 ให้ H + HCl (l) + HCO3-(aq) H2CO3 (aq) + Cl-(aq) กรด เบส รับ H+ ข้อจากดั ของทฤษฎีกรด-เบสของเบรินสเตต-ลาวรี ทฤษฎกี รด-เบสของเบรนิ สเตต-ลาวรี ใชอ้ ธบิ ายสมบตั ขิ องกรด-เบส ไดก้ วา้ งกวา่ ทฤษฎขี องอาร์ เรเนยี ส แต่ยงั มขี อ้ จากดั คอื สารทจ่ี ะทาหน้าทเ่ี ป็นกรดจะตอ้ งมโี ปรตอนอยใู่ นสารนนั้ สารที่เป็นได้ทงั้ กรดและเบส (Amphoteric) สารบางตวั ทาหน้าทเ่ี ป็นทงั้ กรด เมอ่ื ทาปฏกิ ริ ยิ ากบั สารตวั หน่งึ และทาหน้าทเ่ี ป็นเบส เมอ่ื ทา ปฏกิ ริ ยิ ากบั อกี สารหน่งึ นนั่ คอื เป็นไดท้ งั้ กรดและเบส สารทม่ี ลี กั ษณะน้เี รยี กวา่ สารเอมโพเทอรกิ (Amphoteric) เช่น H2O , HCO3- เป็นตน้ กรณขี อง H2O ให้ H+ H2O + NH3 NH4+ + OH- กรด เบส รับ H+ ให้ H + NH4+ + H2O(l) H3O+(aq) + NH3 กรด เบส รับ H+ ในกรณนี ้ี H2O เป็นกรดเมอ่ื ทาปฏกิ ริ ยิ ากบั NH3 และเป็นเบสเมอ่ื ทาปฏกิ ริ ยิ ากบั NH4+ กรณขี อง HCO3- ให้ H + HCl (l) + HCO3-(aq) H2CO3 (aq) + Cl-(aq) กรด เบส รับ H+

5 ว 034 เคมี ม.6 ให้ H + HCO3-(aq) + OH-(aq) H2O (l) + CO32-(aq) กรด เบส รับ H+ ในกรณนี ้ี HCO3- เป็นเบสเมอ่ื ทาปฏกิ ริ ยิ ากบั HCl และเป็นกรดเมอ่ื ทาปฏกิ ริ ยิ ากบั OH- ดงั นนั้ อาจจะสรปุ ไดว้ า่ สารทเ่ี ป็นเอมโฟเทอรกิ ถา้ ทาปฏกิ ริ ยิ ากบั สารทใ่ี หโ้ ปรตอนไดด้ กี ว่า ตวั มนั เองจะรบั โปรตอน (ทาหน้าทเ่ี ป็นเบส) แต่ถา้ ไปทาปฏกิ ริ ยิ ากบั สารทใ่ี หโ้ ปรตอนไดไ้ มด่ ี ตวั มนั เองจะ เป็นตวั ใหโ้ ปรตอนกบั สารนนั้ (ทาหน้าเป็นกรด) 14.3.3 ทฤษฎีกรด-เบสของลิวอีส ในปี ค.ศ. 1923 (พ.ศ. 2466) ลวิ อสี ไดเสนอนยิ ามของกรดและเบสดงั น้ี กรด คือ สารทส่ี ามารถรบั อเิ ลก็ ตรอนคู่ จากเบส แลว้ เกดิ พนั ธะโคเวเลนต์ เบส คือ สารทส่ี ามารถใหอ้ เิ ลก็ ตรอนค่ใู นการเกดิ พนั ธะโคเวเลนต์ ปฏกิ ริ ยิ าระหวา่ งกรด-เบส ตามทฤษฎนี ้ี อธบิ ายในเทอมทม่ี กี ารใชอ้ เิ ลก็ ตรอนครู่ ว่ มกนั กรดรบั อเิ ลก็ ตรอนเรยี กวา่ เป็น Electrophile และเบสใหอ้ เิ ลก็ ตรอนเรยี กว่าเป็น Nucleophile และตามทฤษฎนี ้ี สารทเ่ี ป็นเบสตอ้ งมอี เิ ลก็ ตรอนค่อู สิ ระ เช่น F NH3 F F B+ F B NH3 F เบส F กรด ในกรณนี ้ี NH3 เป็นเบส มอี เิ ลก็ ตรอนคู่ 1 คู่ จะใหอ้ เิ ลก็ ตรอนคกู่ บั กรดในการเกดิ พนั ธะโคเวเลนต์ และ BF3 รบั อเิ ลก็ ตรอนจาก NH3 BF3 จงึ เป็นกรด ทฤษฎขี องลวิ อสิ น้มี ขี อ้ ดคี อื สามารถจาแนกกรด-เบส ทไ่ี มม่ ที งั้ H หรอื OH- ในสารนนั้ และ แมว้ า่ สารนนั้ ไมไ่ ดอ้ ยใู่ นรปู สารละลาย แต่อยใู่ นสถานะก๊าซกส็ ามารถใชท้ ฤษฎลี วิ อสิ อธบิ ายความเป็นกรด เบสได้ ตวั อยา่ งอ่นื ๆ เช่น

บทท่ี 14 กรด-เบส 1 6 Cl CH3 Cl Al- +O CH3 Cl Al + O CH3 Cl Cl Cl CH3 เบส กรด SnCl4 + 2 Cl - SnCl62- กรด เบส Ag+ + 2 NH3 [H3N Ag NH3]+ กรด เบส ตวั อย่างท่ี 4 ปฏกิ ริ ยิ าต่อไปน้ี สารตงั้ ตน้ ใดทาหน้าทเ่ี ป็นกรด สารใดทาหน้าทเ่ี ป็นเบสตามทฤษฎขี องอาร์ เรเนยี ส SO42- + H3O+ ก. HSO4- (aq) + H2O (l) ข. LiOH (s) H2O Li2+ + OH- H3O+ + OH- ค. H2O + H2O วธิ ที า ก. HSO4- (aq) + H2O (l) SO42- + H3O+ HSO4- ให้ H+ ในน้า HSO4- ทาหน้าทเ่ี ป็นกรด ข. LiOH (s) เป็นเบสเพราะ แตกตวั ให้ OH- ในน้า ค. H2O เป็นทงั้ กรดและเบส โมเลกุลหน่งึ ให้ H3O+ (เป็นกรด) อกี โมเลกุลหน่งึ แตกตวั ให้ OH- (เป็นเบส) ตวั อย่างที่ 5 ในปฏกิ ริ ยิ าต่อไปน้ี HCO3- ไอออนทาหน้าทเ่ี ป็นกรดในปฏกิ ริ ยิ าใด ก. HCO3- (aq) + H2O (l) H2CO3 (aq) + OH- (aq) ข. HCO3- (aq) + OH- (aq) H2O (l) + CO32- (aq) ค. HCO3- (aq) + HSO4- (aq) ง. HCO3- (aq) + CH3COOH (aq) H2CO3 (aq) + SO42- (aq) H2O (l) + CO2 (g) + CH3COO- (aq) วธิ ที า ก. HCO3- (aq) ไมใ่ ช่กรด แต่เป็นเบสเพราะรบั H+ ข. HCO3- (aq) เป็นกรด เพราะให้ H+ กบั OH- ค. HCO3- (aq) เป็นเบส เพราะรบั H+ ง. HCO3- (aq) เป็นเบส เพราะรบั H+ จาก CH3COOH (aq) ได้ H2O (l) + CO2 (g)

7 ว 034 เคมี ม.6 ตวั อย่างที่ 6 สารต่อไปน้ี ขอ้ ใดทาหน้าทไ่ี ดท้ งั้ กรดและเบส ก. HC2O42- ข. CO32- ค. CN- ง. HSO4- เฉลย ขอ้ ก และ ง เป็นไดท้ งั้ กรดและเบส เพราะสามารถให้ และรบั H+ ได้ ขอ้ ข และ ค. เป็นเบสไดเ้ พยี งอยา่ งเดยี ว เพราะใหโ้ ปรตอนไมไ่ ดเ้ น่อื งจากไมม่ ี H แต่สามารถรบั โปรตอนได้ กลายเป็น HCO3- และ HCN ตามลาดบั 14.4 คก่ ู รด-เบส จากปฏกิ ริ ยิ าของกรดกบั เบสทก่ี ลา่ วถงึ แลว้ ตามทฤษฎขี องเบรนิ สเตต-ลาวรี จะเหน็ ว่าใน ปฏกิ ริ ยิ าหน่งึ ๆ อาจจะจดั คกู่ รด-เบสได้ 2 ค่ดู ว้ ยกนั ตวั อยา่ งเชน่ คู่กรด-เบส 2 NH4+ + H2O H3O+ + NH3 กรด 1 เบส 2 กรด 2 เบส 1 คู่กรด-เบส 1 ปฏกิ ริ ยิ าตวั อยา่ งน้ี ปฏกิ ริ ยิ าไปขา้ งหน้า NH4+ ทาหน้าทเ่ี ป็นกรด เพราะให้ H+ กบั H2O แลว้ ได้ เป็น NH3 และ H2O รบั H+ ทาหน้าทเ่ี ป็นเบส สว่ นปฏกิ ริ ยิ ายอ้ นกลบั H3O+ เป็นกรด เพราะให้ H+ กบั NH3 ซง่ึ เป็นเบส แลว้ ได้ H2O และ NH4+ ตามลาดบั เรยี ก NH4+ ว่าค่กู รดของ NH3 (เบส) H2O วา่ คเู่ บสของ H3O+ (กรด) NH3 ว่าค่เู บสของ NH4+ H3O+ วา่ ค่กู รดของ H2O

บทท่ี 14 กรด-เบส 1 8 จะเหน็ ไดว้ า่ คกู่ รด-เบสนนั้ จะมจี านวนโปรตอน (H) ต่างกนั 1 ตวั หรอื อาจกลา่ วไดว้ า่ จานวน โปรตอนของค่กู รด จะมากกว่าโปรตอนคู่เบสอยู่ 1 ตวั เสมอ ตวั อย่างอื่นๆ ของปฏิกิริยาค่กู รด-เบส คู่กรด-เบส 2 NH3 + H2O OH- + NH4+ กรด 1 เบส 2 กรด 2 เบส 1 คู่กรด-เบส 1 คู่กรด-เบส 2 CH3COO- (aq) + H2O (l) OH-(aq) + CH3COOH (aq) กรด 1 เบส 2 กรด 2 เบส 1 คู่กรด-เบส 1 คู่กรด-เบส 2 H2S (aq) + H2O (l) HS- (aq) + H3O+ (aq) กรด 1 เบส 2 กรด 2 เบส 1 คู่กรด-เบส 1 ตวั อย่างท่ี 7 ใหเ้ ขยี นค่กู รด-เบสของสารต่อไปน้ี ก. คเู่ บสของ H2O และ HNO3 ข. ค่กู รดของ SO42- และ C2H3O2- วธิ ที า ก. คเู่ บสของ H2O และ HNO3 คอื OH- และ NO3- ตามลาดบั ข. ค่กู รดของ SO42- และ C2H3O2- คอื HSO4- และ HC2H3O2 ตามลาดบั ตวั อย่างท่ี 8 สารค่ใู ดต่อไปน้ี ขอ้ ใดเป็นคกู่ รด - เบสกนั บา้ ง ก. H2O - OH- ข. H3O+ - OH- ค. H2PO4- - HPO42- ง. NH4+ - NH3 จ. H2CO3 - CO32- วธิ ที า

9 ว 034 เคมี ม.6 ขอ้ ก ค และ ง เป็นคกู่ รดเบสกนั ขอ้ ข. และ จ ไมเ่ ป็นคกู่ รดเบสกนั 14.4.1 ความแรงของกรดและเบส การเปรยี บเทยี บความแรงของกรดและเบส อาจจะพจิ ารณาไดด้ งั น้ี 1. ดจู ากการแตกตวั ของกรด กรดทม่ี กี ารแตกตวั มาก มคี วามเป็นกรดมาก กรดและเบสทแ่ี ตกตวั ได้ 100% จะเรยี กว่ากรดแก่ และเบสแก่ ตามลาดบั ซง่ึ สามารถนาไฟฟ้าไดด้ ี แต่ถา้ กรดและเบสนนั้ แตกตวั ไดเ้ พยี งบางส่วนกจ็ ะ เรยี กวา่ กรดอ่อน หรอื เบสอ่อน ตามลาดบั ซง่ึ การนาไฟฟ้าจะไมด่ ี สาหรบั การพจิ ารณาคา่ การแตกตวั ของกรดและเบสนนั้ นอกจากจะคดิ จากเปอรเ์ ซน็ ตก์ ารแตกตวั หรอื อาจจะดไู ดจ้ ากค่าคงทส่ี มดุลของการแตกตวั ของกรดหรอื เบส (Ka หรอื Kb) เช่น สารละลายกรด 4 ชนิด มคี ่าคงทข่ี องการแตกตวั ของกรดเป็นดงั น้ี Ka = 1.1 x 10-2 HClO2 Ka = 6.8 x 10-4 HF Ka = 1.8 x 10-5 Ka = 4.4 x 10-7 CH3COOH H2CO3 ความแรงของกรดเรยี งลาดบั จากมากไปหาน้อยตามคา่ Ka ไดด้ งั น้ี HClO2 > HF > CH3COOH > H2CO3 ในทานองเดยี วกนั ความแรงของเบส กพ็ จิ ารณาจากคา่ Kb กลา่ วคอื ถา้ มคี ่า Kb มาก มคี วาม เป็นเบสมากกว่า Kb น้อย เชน่ Kb = 1.76 x 10-5 NH3 N2H4 Kb = 9.5 x 10-7 Kb = 4.3 x 10-10 C6H5NH2 ความเป็นเบส NH3 > N2H4 > C6H5NH2 2. ดจู ากความสามารถในการให้และรบั โปรตอน กรดแก่ ไดแ้ ก่ กรดทใ่ี หโ้ ปรตอนไดม้ าก กรดอ่อน ไดแ้ ก่ กรดทใ่ี หโ้ ปรตอนไดน้ ้อย เบสแก่ ไดแ้ ก่ เบสทร่ี บั โปรตอนไดม้ าก เบสอ่อน ไดแ้ ก่ เบสทร่ี บั โปรตอนไดน้ ้อย

บทท่ี 14 กรด-เบส 1 10 โดยมขี อ้ สงั เกตเกย่ี วกบั คกู่ รด-เบส ดงั น้ี  ถา้ กรดเป็นกรดแก่ คเู่ บสจะเป็นเบสอ่อน เช่น HCl (aq) + H2O  H3O+ (aq) + Cl- (aq) กรดแก่ เบสอ่อน * ถา้ กรดเป็นกรดอ่อน ค่เู บสจะเป็นเบสแก่ เชน่ HS- (aq) + H2O H3O+ + S2- (aq) กรดอ่อน เบสแก่  ถา้ เบสเป็นเบสแก่ ค่กู รดจะเป็น กรดอ่อน เชน่ H3O+ + S2- (aq) HS- (aq) + H2O เบสแก่ กรดอ่อน  ถา้ เบสเป็นเบสอ่อน คกู่ รดจะเป็น กรดแก่ เชน่ Cl- (aq) + H3O+ HCl + H2O เบสอ่อน กรดแก่ ตารางท่ี 14.3 ลาดบั ความแรงของกรดและเบสตวั อยา่ งตามทฤษฎขี องเบรนิ สเตต-ลาวรี คกู่ รด ค่เู บส ClO4- I- กรดเปอรค์ ลอรกิ HClO4 เปอรค์ ลอเรตไอออน Br- กรดไฮโดรไอโอดกิ HI ไอโอไดดไ์ อออน Cl- กรดไฮโดรโบรมกิ โบรไมดไ์ อออน NO3- กรดไฮโดรคลอรกิ HBr คลอไรดไ์ อออน HSO4- กรดไนตรกิ ไนเตรตไอออน H2O กรดซลั ฟิวรกิ HCl ไฮโดรเจนซลั เฟตไอออน SO42- ไฮโดรเนยี มไอออน น้า NO2- ไฮโดรเจนซลั เฟตไอออน HNO3 ซลั เฟตไอออน CH3COO- กรดไนตรสั H2SO4 ไนตรสั ไอออน HCO3- กรดแอซติ กิ H3O+ แอซเิ ตตไอออน NH3 กรดคารบ์ อนกิ HSO4- ไบคารบ์ อเนตไอออน CO32- แอมโมเนียมไอออน HNO2 แอมโมเนยี OH- ไบคารบ์ อเนตไอออน CH3COOH คารบ์ อเนตไอออน น้า H2CO3 ไฮดรอกไซดไ์ อออน NH4+ HCO3- H2O

11 CH3OH เมทออกไซดไ์ อออน ว 034 เคมี ม.6 NH3 เอไมดไ์ อออน เมทานอล CH3O- แอมโมเนีย NH2- 3. ดจู ากการเรียงลาดบั ในตารางธาตุ การพจิ ารณาความแรงของกรดและเบสดจู ากการเรยี งลาดบั ของธาตุทอ่ี ยใู่ นกรดนนั้ ตามตาราง ธาตุ ซง่ึ แบ่งออกไดเ้ ป็น 3.1 กรดออกซี หมายถงึ กรดทป่ี ระกอบดว้ ย H, O และธาตุอ่นื อกี เช่น HNO3 H3PO4 H3AsO4 HClO4 ถา้ จานวนอะตอมออกซเิ จนเทา่ กนั ความแรงของกรดเรยี งลาดบั ดงั น้ี ดงั นนั้ H2SO4 > H2SeO4 , H3PO4 > H3AsO4 3.2 กรดท่ีไม่มอี อกซิเจน เชน่ HCl, HBr, HF, และ HI ความแรงของกรดแรงลาดบั ดงั น้ี HI > HBr > HCl > HF H2S > H2O

บทที่ 14 กรด-เบส 1 12 14.5 การแตกตวั ของกรดและเบส 14.5.1 การแตกตวั ของกรดแก่และเบสแก่ การแตกตวั ของกรดแก่และเบสแก่ จะแตกตวั ไดห้ มด 100% หมายถงึ การแตกตวั ของกรดแก่ และเบสแก่ เป็นไอออนไดห้ มดในตวั ทาละลายซง่ึ ส่วนใหญ่เป็นน้า เชน่ การแตกตวั ของกรด HCl จะได้ H+ หรอื H3O+ และ Cl- ไมม่ ี HCl เหลอื อยู่ หรอื การแตกตวั ของเบส เช่น NaOH ได้ Na+ และ OH- ไม่ มี NaOH เหลอื อยู่ การแตกตวั ของกรดแก่และเบสแก่นนั้ เขยี นแทนดว้ ยลกู ศร  ซง่ึ แสดงการเปลย่ี นแปลงไป ขา้ งหน้าเพยี งอยา่ งเดยี ว เช่น HCl (aq)  H+(aq) + Cl- (aq) 1 โมล 1 โมล 1 โมล [HCl] = [H+] = [Cl-] = 1 โมล/ลติ ร HClO4 (aq)  H+ (aq) + ClO4- (aq) 0.5 โมล 0.5 โมล 0.5 โมล

13 ว 034 เคมี ม.6 NaOH (aq)  Na+ (aq) + OH- (aq) 0.1 โมล 0.1 โมล 0.1 โมล การคานวณเก่ียวกบั การแตกตวั ของกรดแก่และเบสแก่ ตวั อย่างท่ี 9 จงคานวณหา [H3O+] , [NO3-] ในสารละลาย 0.015 M HNO3 วธิ ที า HNO3 + H2O  H3O+ + NO3- 0.015 0.015 0.015 โมล เพราะฉะนนั้ [H3O+] = [NO3-] = 0.015 โมล/ลติ ร ตวั อย่างที่ 10 ถา้ KOH 0.1 โมล ละลายน้าและสารละลายมปี รมิ าตร 2 ลติ ร ในสารละลายจะมไี อออน ใดบา้ งอยา่ งละกโ่ี มลต่อลติ ร วธิ ที า KOH (s) H2O K+ (aq) + OH- (aq) 0.1 0.1 0.1 โมล/ 2 ลติ ร 0.05 0.05 0.05 โมล/ลติ ร สารละลาย KOH 2 ลติ ร มี KOH 0.1 โมล สารละลาย KOH 1 ลติ ร มี KOH 0.1 = 0.05 โมล/ลติ ร 2 ดงั นนั้ KOH จะแตกตวั ให้ K+ และ OH- 0.05 โมล/ลติ ร อยา่ งละ ตวั อย่างท่ี 11 สารละลายกรดแก่ (HA) 250 ลกู บาศกเ์ ซนตเิ มตร มปี รมิ าณ H3O+ ไอออน 0.05 โมล สารละลายน้มี คี วามเขม้ ขน้ เทา่ ใด ถา้ เตมิ กรดน้ลี งไปอกี 0.2 โมล โดยทส่ี ารละลายมปี รมิ าตรคงเดมิ สารละลายทไ่ี ดจ้ ะมคี วามเขม้ ขน้ เทา่ ใด วธิ ที า HA H2O H3O+ (aq) + A- (aq) 0.05 0.05 0.05 โมล/ 250 cm3 สารละลาย HA 250 cm3 มี HA 0.05 โมล สารละลาย HA 1000 cm3 มี HA = 0.05x1000 = 0.20 โมล 250 เพราะฉะนนั้ สารละลายทไ่ี ดม้ คี วามเขม้ ขน้ 0.20 โมล/ลติ ร ถา้ เตมิ กรดอกี 0.2 โมล

บทที่ 14 กรด-เบส 1 14 สารละลายมี HA รวมทงั้ หมด = 0.05 + 0.2 = 0.25 โมล สารละลาย HA 250 cm3 มี HA 0.25 โมล สารละลาย HA 1000 cm3 มี HA = 0.25x1000 = 1.00 โมล 250 เพราะฉะนนั้ สารละลายทไ่ี ดม้ คี วามเขม้ ขน้ 1.00 โมล/ลติ ร ตวั อย่างท่ี 12 จงหาความเขม้ ขน้ ของ OH- ทเ่ี กดิ จากการเอา NaOH 10.0 กรมั ละลายในน้าทาเป็น สารละลาย 0.2 dm3 (Na = 23, O = 16, H = 1) วธิ ที า จานวนโมลของ NaOH = 10 = 0.25 mol 40 สารละลาย 0.2 dm3 มเี น้อื ของ NaOH = 0.25 โมล สารละลาย 1 dm3 มี NaOH = 0.25x1 = 1.25 โมล/ลติ ร 0.2 เพราะฉะนนั้ สารละลายมคี วามเขม้ ขน้ 1.25 โมล/ลติ ร และปฏกิ ริ ยิ าการแตกตวั ของ NaOH เป็นดงั น้ี NaOH (aq)  Na+ (aq) + OH- (aq) 1.25 โมล 1.25 โมล 1.25 โมล เพราะฉะนนั้ ความเขม้ ขน้ ของ OH- = 1.25 โมล/ลติ ร 14.5.2 การแตกตวั ของกรดอ่อน สารละลายกรดอ่อน เช่น กรดแอซติ กิ (CH3COOH) เมอ่ื ละลายน้า จะนาไฟฟ้าไดไ้ มด่ ี ทงั้ น้ี เพราะกรดแอซติ กิ แตกตวั เป็นไอออนไดเ้ พยี งบางสว่ น เขยี นแทนโดยสมการจะใชล้ กู ศร เพ่อื ชว้ี ่าปฏกิ ริ ยิ าเกดิ ขน้ึ ทงั้ ปฏกิ ริ ยิ าไปขา้ งหน้าและปฏกิ ริ ยิ ายอ้ นกลบั และอยใู่ นภาวะสมดุลกนั เชน่ CH3COOH (aq) + H2O (l) H3O+ (aq) + CH3COO- (aq) ปรมิ าณการแตกตวั ของกรดอ่อน นยิ มบอกเป็นรอ้ ยละ เช่น กรด HA แตกตวั ไดร้ อ้ ยละ 10 ในน้า หมายความว่า กรด HA 1 โมล เมอ่ื ละลายน้า จะแตกตวั ให้ H+ เพยี ง 0.10 โมล เปอรเ์ ซน็ ตก์ ารแตกตวั ของกรดอ่อน = จำนวนโมลของกรดที่แตกตวั x100 จำนวนโมลของกรดท้งั หม ด การแตกตวั ของกรดของกรดอ่อนชนดิ เดยี วกนั จะเพม่ิ ขน้ึ เมอ่ื สารละลายมคี วามเจอื จางมากขน้ึ เช่น กรดแอซติ กิ CH3COOH ความเขม้ ขน้ ต่างกนั จะมเี ปอรเ์ ซน็ ตก์ ารแตกตวั ต่างกนั ดงั น้ี CH3COOH 1.0 M แตกตวั ได้ 0.42 %

15 ว 034 เคมี ม.6 CH3COOH 0.10 M แตกตวั ได้ 1.30 % CH3COOH 0.010 M แตกตวั ได้ 4.20 % การแตกตวั ของกรดมอนอโปรติก (monoprotic acid dissociation) กรดมอนอโปรติก คือ กรดทแ่ี ตกตวั ให้ H+ ไดเ้ พยี ง 1 ตวั เชน่ HCOOH และ CH3COOH HCOOH (aq)  H+ (aq) + HCOO- (aq) H+ (aq) + CH3COO- (aq) CH3COOH (aq) การแตกตวั ของกรดพอลิโปรติก (polyprotic acid dissociation) กรดพอลิโปรติก หมายถงึ กรดทม่ี โี ปรตอนมากกว่า 1 ตวั และสามารถแตกตวั ให้ H+ ได้ มากกวา่ 1 ตวั ถา้ แตกตวั ได้ H+ 2 ตวั เรยี กว่า กรดไดโปรตกิ เช่น H2CO3 , H2S , H2C2O4 เป็น ตน้ H2S H+ + HS- HS- H+ + S2- H2CO3 H+ + HCO3- HCO3- H+ + CO32- กรดทแ่ี ตกตวั ให้ H+ ได้ 3 ตวั เรยี กว่า กรดไตรโปรตกิ เชน่ H3PO4 , H3PO3 H+ + H2PO4- H3PO3 H2PO4- H+ + HPO42- HPO42- H+ + PO43- ค่าคงที่สมดลุ ของกรดอ่อน (Ka) กรดอ่อนแตกตวั ไดเ้ พยี งบางสว่ น ปฏกิ ริ ยิ าการแตกตวั ไปขา้ งหน้า และปฏกิ ริ ยิ ายอ้ นกลบั เกดิ ขน้ึ ไดพ้ รอ้ มกนั และปฏกิ ริ ยิ าการแตกตวั ของกรดอ่อนน้จี ะอยใู่ นภาวะสมดลุ ค่าคงทส่ี มดุลน้จี ะหาไดด้ งั น้ี HA + H2O H3O+ + A- K = [H3O ][A ] [HA][H 2 O] K คอื คา่ คงทส่ี มดุลของปฏกิ ริ ยิ า และถอื วา่ [H2O] มคี า่ คงท่ี ดงั นนั้ จะไดว้ า่

บทที่ 14 กรด-เบส 1 16 K[H2O] = Ka = [H3O ][A  ] [HA] Ka คอื ค่าคงทส่ี มดุลของกรดอ่อน (HA) คา่ คงทส่ี มดลุ ของกรดน้ใี ชเ้ ปรยี บเทยี บความแรงของกรดได้ ถา้ ค่า Ka มคี า่ มากแสดงว่ากรดมี ความแรงมาก แตกตวั ไดด้ ี ถา้ ค่า Ka น้อยแสดงวา่ กรดแตกตวั ไดน้ ้อย มคี วามแรงน้อย สาหรบั กรดท่ี แตกตวั ได้ 100% จะไมม่ คี ่า Ka ตวั อยา่ งค่า Ka H3O+(aq) + F- (aq) HF (aq) + H2O (l) Ka = [H3O ][F ] = 6.7 x 10-4 [HF] CH3COOH (aq) + H2O (l) H3O+(aq) + CH3COO- (aq) Ka = [H3O ][CH3COO ] = 1.74 x 10-5 [CH 3COOH] HCN (aq) + + H2O (l) H3O+(aq) + CN- (aq) Ka = [H3O ][CN  ] = 4.0 x 10-10 [HCN] ถา้ เปรยี บเทยี บความแรงของกรดโดยใช้ Ka Ka (HF) > Ka (CH3COOH) > Ka (HCN) เพราะฉะนนั้ ความแรงของกรด HF > CH3COOH > HCN * กรณีกรดไดโปรติก มสี ตู รทวั่ ไปเป็น H2A แตกตวั ได้ 2 ขนั้ ดงั น้ี H3O+ + HA- (aq) ขนั้ ที่ 1 H2A (aq) + H2O (l) Ka1 = [H3O ][HA ] [H 2 A] ขนั้ ที่ 2 HA- (aq) + H2O (l) H3O+ + A2- (aq) Ka2 = [H3O ][A 2 ] [HA ] โดย Ka1 > Ka2

17 ว 034 เคมี ม.6 ตวั อยา่ งเช่น H2S , H2CO3 H3O+ (aq) + HS- (aq) H2S (aq) + H2O (l) Ka1 = [H3O ][HS ] = 1.1 x 10-7 [H 2S] HS- (aq) + H2O (l) H3O+ (aq) + S2- (aq) Ka2 = [H3O ][S2 ] = 1.10 x 10-14 [HS ] จะเหน็ ว่าคา่ Ka1 > Ka2 หมายความว่า H2S แตกตวั ไดม้ ากกวา่ HS-  กรณีกรดไตรโปรติก มสี ตู รทวั่ ไปเป็น H3A จะแตกตวั ได้ 3 ขนั้ ตอน คอื H3O+ + H2A- (aq) ขนั้ ที่ 1 H3A (aq) + H2O (l) Ka1 = [H3O ][H2A ] [H3A] ขนั้ ที่ 2 H2A- (aq) + H2O (l) H3O+ + HA2- (aq) Ka2 = [H3O ][HA2 ] [H2A ] ขนั้ ที่ 3 HA2- (aq) + H2O (l) H3O+ + A3- (aq) Ka3 = [H3O ][A3 ] [HA2 ] โดย Ka1 > Ka2 > Ka3 ตวั อยา่ งเช่น H3PO4 H3O+ + H2PO4- (aq) H3PO4 (aq) + H2O (l) Ka1 = [H3O ][H2PO4 ] = 5.9 x 10-3 [H3PO4 ] H2PO4- (aq)(aq) + H2O (l) H3O+ + HPO42- (aq) Ka2 = [H3O ][HPO42 ] = 6.2 x 10-8 [H2PO4 ]

บทที่ 14 กรด-เบส 1 18 HPO42- (aq) + H2O (l) H3O+ + PO43- (aq) Ka3 = [H3O ][PO43 ] = 4.8 x 10-13 [HPO42 ] โดย Ka1 > Ka2 > Ka3 การแตกตวั ของกรด H3PO4 > H2PO4- > HPO42- การคานวณเกี่ยวกบั กรดอ่อน ตวั อย่างที่ 13 จงคานวณเปอรเ์ ซน็ ต์การแตกตวั ของกรด HA 1 โมล/ลติ ร ซง่ึ มี H3O+ 0.05 โมล/ลติ ร H3O+ + A- (aq) วธิ ที า HA (aq) + H2O (l) เรมิ่ ตน้ 1 00 ภาวะสมดุล 1 - 0.05 0.05 0.05 โมล/ลติ ร เปอรเ์ ซน็ ตก์ ารแตกตวั ของกรดอ่อน = จำนวนโมลของกรดที่แตก ตวั x 100 จำนวนโมลของกรดท้งั หม ด = 0.05 x 100 = 5.0 % 1 ตวั อย่างท่ี 14 สารละลายกรด HA มคี ่า Ka เป็น 6.8 x 10-4 สารละลายกรดน้มี คี วามเขม้ ขน้ 1 โมล/ ลติ ร สารละลายกรดน้จี ะมคี วามเขม้ ขน้ ของ H3O+ เท่าใด H3O+ + A- (aq) วธิ ที า HA (aq) + H2O (l) เรมิ่ ตน้ 1 00 ภาวะสมดลุ 1 - x xx Ka = [H3O ][A  ] [HA] 6.8 x 10-4 = x 2 1 x 1 - x = 1 ( c >>> Ka) ดงั นนั้ x2 = 6.8 x 10-4 x = 0.0261 โมล/ลติ ร เพราะฉะนนั้ [H3O+] = 0.0261 โมล/ลติ ร ตวั อย่างท่ี 15 ท่ี 25 0C กรดแอซติ กิ (CH3COOH) เขม้ ขน้ 0.1 โมล/ลติ ร แตกตวั ได้ 1.34 % จง คานวณหาความเขม้ ขน้ ของไฮโดรเนยี มไอออน แอซเิ ตตไอออน และ Ka วธิ ที า 0.1 mol/dm3 CH3COOH แตกตวั ได้ 1.34 % หมายความวา่

19 ว 034 เคมี ม.6 CH3COOH 100 mol/dm3 แตกตวั ได้ = 1.34 mol/dm3 CH3COOH 0.1 mol/dm3 แตกตวั ได้ = 1.34 x 0.1 = 0.00134 mol/dm3 100 CH3COOH + H2O H3O+ + CH3COO- เรมิ่ ตน้ 0.1 00 ภาวะสมดลุ 0.1- 0.00134 0.00134 0.00134 Ka = [H3O ][CH 3COO  ] [CH 3COOH] = (0.00134)(0.00134) = 1.82 x 100.0-5987 ดงั นนั้ ความเขม้ ขน้ ของ CH3COO- และ H3O+ = 0.00134 หรอื 1.34 x 10-3 โมล/ลติ ร และคา่ Ka = 1.82 x 10-5 ตวั อย่างที่ 16 จงคานวณหาความเขม้ ขน้ ของ H+ , SO42- , และ HSO4- ของสารละลายกรด H2SO4 เขม้ ขน้ 0.05 โมล/ลติ ร กาหนดค่า Ka2 = 1.26 x 10-2 วธิ ที า กรด H2SO4 เป็นกรดแก่แตกตวั ได้ 100 % ในขนั้ ท่ี 1 H2SO4 (aq)  H+ (aq) + HSO4- (aq) 0.5 0.50 0.50 โมล/ลติ ร ขนั้ ท่ี 2 HSO4- (aq) แตกตวั ให้ H+ และ SO42- ดงั น้ี HSO4- (aq) H+ (aq) + SO42- (aq) เรม่ิ ตน้ 0.50 0.50 0 (ความเขม้ ขน้ ของ HSO4-และ H+ไดจ้ ากการแตกตวั ขนั้ ท1่ี ) ภาวะสมดลุ 0.50-x 0.50+x x Ka2 = [H  ][SO 2 ] 4 [HSO  ] 4 1.26 x 10-2 = (0.50  x)(x) (0.5  x) 0.0063 - 0.0126X = 0.5X + X2 X2 + 0.513X - 0.0063 = 0 ใชส้ มการควอดราตกิ แกส้ มการ

บทท่ี 14 กรด-เบส 1 20 X =  0.513 (0.513)2  4(1)(0.0063) 2(1) เพราะฉะนนั้ =  0.513 0.537 = 0.012 (ค่าทเ่ี ป็นลบไมใ่ ช)้ 2 [H+] = 0.012 โมล/ลติ ร [SO42-] = 0.012 โมล/ลติ ร [HSO4-] = 0.50 - 0.012 = 0.488 โมล/ลติ ร 14.5.3 การแตกตวั ของเบสอ่อน เบสอ่อนเมอ่ื ละลายน้าจะแตกตวั เป็นไอออนเพยี งบางสว่ น และปฏกิ ริ ยิ าการแตกตวั ของเบสอ่อน เป็นปฏกิ ริ ยิ าทผ่ี นั กลบั ได้ เชน่ แอมโมเนยี เมอ่ื ละลายน้าจะมภี าวะสมดุลเกดิ ขน้ึ ดงั สมการ NH3 (aq) + H2O (l) NH4+ (aq) + OH- (aq) K = [NH  ][OH  ] 4 [NH3 ][H 2O] Kb = K[H2O] = [NH  ][OH  ] 4 [NH3 ] Kb คอื คา่ คงทส่ี มดุลของเบส คา่ Kb น้เี ป็นคา่ คงทแ่ี ละใชเ้ ปรยี บเทยี บความแรงของเบส ได้ เชน่ เดยี วกบั ค่า Ka  โมโนโปรตกิ เบส (monoprotic base) จะรบั H+ ได้ 1 ตวั และมคี า่ Kb เพยี งค่าเดยี ว เช่น NH3  โพลโิ ปรตกิ เบส (polyprotic base) จะรบั H+ ไดม้ ากกว่า 1 ตวั และมคี า่ Kb ไดห้ ลายคา่ เชน่ ไฮดราซนี H2NNH2 H2NNH2 + H2O H2NNH3+ + OH- ; Kb1 = 9.1 x 10-7 H2NNH3+ + H2O H3NNH3+ + OH- ; Kb2 = 1.0 x 10-15 ตารางท่ี 14.4 แสดงค่าคงทส่ี มดลุ ของเบสอ่อนบางตวั Kb (250C) ชอ่ื สาร สตู รโมเลกลุ ปฏกิ ริ ยิ า 6.5 x 10-5 3.2 x 10-5 ไตรเมทลิ เอมนี (CH3)3N (CH3)3N + H2O (CH3)3NH+ + OH- 1.8 x 10-5 เอทานอลเอมนี HOC2H4NH2 HOC2H4NH2+ H2O HOC2H4NH2+ + OH- 1.7x10-6(200C) แอมโมเนยี NH3 NH4+ + OH- ไฮดราซนี N2H4 NH3 +H2O N2H5+ + OH- N2H4 + H2O

21 ว 034 เคมี ม.6 ไฮดรอกซลิ เอมนี HONH2 HONH2 + H2O HONH3+ + OH- 1.1x10-8(200C) ไพรดี นี C5H5N C5H5N + OH- 1.8 x 10-9 อะนิลนี C6H5NH2 C5H5N + H2O 4.3 x 10-10 ฟอสเฟตไอออน PO43- C6H5NH2 + H2O C6H5NH2 + OH- 2.2 x 10-2 คารบ์ อนเนตไอออน CO32- PO43- + H2O HPO42- + OH- 2.1 x 10-4 ไซยาไนดไ์ อออน CN- CO32- + H2O HCO32- + OH- 1.6 x 10-5 ไฮโดรเจนซลั ไฟดไ์ อออน HS- CN- + H2O HCN + OH- 1.1 x 10-7 ไฮโดรเจนคารบ์ อเนตไอออน HCO3- HS- + H2O H2S + OH- 2.6 x 10-8 แอซเิ ตตไอออน CH3COO- HCO3- + H2O H2CO3 + OH- 5.7 x 10-10 ฟลอู อไรดไ์ อออน F- CH3COO- + H2O CH3COOH + OH- 1.5 x 10-11 ไนไตรตไ์ อออน NO2- F- + H2O HF + OH- 1.4 x 10-11 ซลั เฟตไอออน SO42- NO2- + H2O HNO2 + OH- 9.8 x 10-13 SO42- + H2O HSO4- + OH- นอกจาก การบอกปรมิ าณการแตกตวั ของเบสอ่อน ในลกั ษณะของค่า Kb แลว้ กย็ งั สามารถบอก ปรมิ าณการแตกตวั ของเบสอ่อนไดใ้ นลกั ษณะของเปอรเ์ ซน็ ตข์ องการแตกตวั ดงั น้ี เปอรเ์ ซน็ ตก์ ารแตกตวั ของเบสอ่อน = จำนวนโมลของเบสท่ีแตกตวั x 100 จำนวนโมลของเบสท้งั หมด ตวั อย่างการคานวณ ตวั อย่างที่ 17 จงเขยี นค่าคงทส่ี มดุลของเบสอ่อนต่อไปน้ี C6H5NH2 , N2H2 วธิ ที า C6H5NH3+ + OH- C6H5NH2 + H2O Kb = [C 6 H 5 NH  ][OH  ] N2H4 + H2O 3 [CN6H2H55N+ H+2 ] OH- Kb = [N 2H5 ][OH ] [N 2H 4 ] ตวั อย่างที่ 18 จงคานวณหาความเขม้ ขน้ ของ OH- ในสารละลายแอมโมเนยี เขม้ ขน้ 0.200 โมล/ลติ ร กาหนดค่า Kb = 1.77 x 10-5 วธิ ที า NH3 + H2O NH4+ + OH- เรมิ่ ตน้ 0.200 00 ภาวะสมดุล 0.200 - x xx

บทที่ 14 กรด-เบส 1 22 Kb = [NH  ][OH  ] 4 [NH3 ] 1.77 x 10-5 = (x)(x) (0.20  x) เน่อื งจาก Kb มคี ่าน้อยมาก  x  0.200 ; 0.20 - x  0.20 1.77 x 10-5 = x2 0.20 x = 1.77x105 x0.20 = 1.88 x 10-3 เพราะฉะนนั้ [OH-] = 1.88 x 10-3 โมล/ลติ ร ตวั อย่างท่ี 19 เมอ่ื แอมโมเนียละลายน้า จะแตกตวั ให้ NH4+ และ OH- ถา้ แอมโมเนียจานวน 0.106 โมล ละลายในน้า 1 ลติ ร ทภ่ี าวะสมดุลแตกตวั ให้ NH4+ และ OH- เท่ากนั คอื 1.38 x 10-3 โมล จงหาค่าคงท่ี ของการแตกตวั ของ NH3 วธิ ที า NH3 + H2O NH4+ + OH- เรมิ่ ตน้ 0.200 00 ภาวะสมดุล 0.200 - x xx Kb = [NH  ][OH  ] 4 [NH3 ] = (1.38x103 )(1.38x103 ) (0.106  1.38x103 ) Kb = 1.82 x 10-5 ตวั อย่างที่ 20 สารละลาย NH3 0.10 โมล/ลติ ร แตกตวั ให้ NH4+ และ OH- = 1.88 x 10-3 โมล/ลติ ร จะ แตกตวั ไดก้ เ่ี ปอรเ์ ซน็ ต์ และถา้ สารละลายเบสเขม้ ขน้ 0.20 โมล/ลติ ร จะแตกตวั ไดก้ เ่ี ปอรเ์ ซน็ ต์ วธิ ที า เปอรเ์ ซน็ ตก์ ารแตกตวั ของเบสอ่อน = จำนวนโมลของเบสที่แตกตวั x 100 จำนวนโมลของเบสท้งั หมด เรมิ่ ตน้ NH3 + H2O = 1.88x103 x 100 OH- 0.10 0 0.10 = 1.88 % NH4+ + 0

23 ว 034 เคมี ม.6 ภาวะสมดุล 0.10 - 1.88x10-3 1.88x10-3 1.88x10-3 Kb = [NH  ][OH  ] 4 [NH3 ] = (1.88x103 )(1.88x103 ) (0.10  1.88x103 ) Kb = 1.88 x 10-5 กรณสี ารละลายเบสเขม้ ขน้ 0.2 โมล/ลติ ร NH4+ + OH- NH3 + H2O เรม่ิ ตน้ 0.20 00 ภาวะสมดุล 0.20 - x xx Kb = [NH  ][OH  ] 4 [NH3 ] 1.88 x 10-5 = x2 (0.20  x) x มคี ่าน้อยมาก 0.20 - x  0.20 x2 = 0.20(1.88 x 10-5) x = 1.94 x 10-3 เพราะฉะนนั้ [NH4+] = [OH-] = 1.94 x 10-3 เปอรเ์ ซน็ ตก์ ารแตกตวั = 1.94x103 x 100 = 0.97 % 0.20 14.6 การแตกตวั ของน้าบรสิ ทุ ธ์ิ น้าเป็นอเิ ลก็ โทรไลตท์ อ่ี ่อนมาก แตกตวั ไดน้ ้อยมาก ดงั นนั้ การนาไฟฟ้าของน้าจะน้อย จนไม่ สามารถตรวจสอบไดด้ ว้ ยการนาไฟฟ้าผ่านหลอดไฟ แต่ตรวจไดด้ ว้ ยเครอ่ื งวดั กระแส (เป็นแอมมเิ ตอร)์ ตวั อยา่ งการวดั การนาไฟฟ้าของน้าชนิดต่างๆ ไดแ้ ก่ น้ากลนั่ ทอ่ี ุณหภมู หิ อ้ ง น้ากลนั่ ทอ่ี ุณหภมู ิ 60 - 70 องศาเซลเซยี ส น้าคลอง น้าประปา และน้าฝน จะไดผ้ ลดงั ตาราง ตารางท่ี 14.5 ตวั อยา่ งการนาไฟฟ้าของน้าชนิดต่างๆ เครอ่ื งตรวจการนาไฟฟ้า น้าชนิดต่างๆ วดั ดว้ ยแอมมเิ ตอร์ น้ากลนั่ ทอ่ี ุณหภมู หิ อ้ ง หลอดไฟไมส่ วา่ ง 40

บทที่ 14 กรด-เบส 1 หลอดไฟไมส่ ว่าง 24 หลอดไฟไมส่ วา่ ง น้ากลนั่ ทอ่ี ุณหภมู ิ 60-70 0C หลอดไฟไมส่ ว่าง 80 น้าคลอง หลอดไฟไมส่ ว่าง 90 น้าประปา 85 น้าฝน 80 ตามทฤษฎขี องเบรนิ สเตตและลาวรี น้าทาหน้าทเ่ี ป็นทงั้ กรดและเบส ไอออนทเ่ี กดิ ขน้ึ จากการ แตกตวั ของน้า และมกี ารถ่ายเทโปรตอนกนั เองได้ (ออโตไอออนไนเซชนั ) ให้ H + H2O + H2O H3O+ + OH- กรด 1 เบส 2 กรด 2 เบส 1 โมเลกุลของน้าทเ่ี สยี H+ จะเปลย่ี นเป็น OH- ซง่ึ มปี ระจลุ บและโมเลกุลของน้าทไ่ี ดร้ บั H+ จะ เปลย่ี นเป็น H3O+ ซง่ึ มปี ระจบุ วก เราอาจเขยี นสมการกรด-เบส ไดง้ า่ ยๆ ดงั น้ี H2O (l) + H2O (l) H3O+ (aq) + OH- (aq) เน่อื งจากระบบน้อี ยใู่ นภาวะสมดุล สามารถเขยี นสมการค่าคงทส่ี มดลุ ของ H2O ไดด้ งั น้ี K = [H3O ][OH ] Kw = K[H[H2O2O]2]2 = [H3O+][OH-] = 1 x 10-14 Kw คอื ค่าคงทก่ี ารแตกตวั ของน้า มคี า่ เทา่ กบั 1 x 10-14 ท่ี 25 0C เน่อื งจากน้าบรสิ ทุ ธแิ ์ ตก ตวั เป็นไอออนจะใหค้ วามเขม้ ขน้ ของ H3O+ และ OH- เทา่ กนั [H3O+] = [OH-] = Kw = 1.0x1014 = 1 x 10-7 โมล/ลติ ร ท่ี 25 0C ดงั นนั้ น้าบรสิ ทุ ธจิ ์ งึ มสี ภาพเป็นกลาง เน่ืองจากปรมิ าณ H3O+ เท่ากบั OH- ค่าคงทท่ี ส่ี มดลุ ของ น้ามคี า่ เปลย่ี นแปลงตามอุณหภมู ิ แสดงดงั ตารางต่อไปน้ี ตารางท่ี 14.6 คา่ Kw ของน้าทอ่ี ุณหภมู ติ ่างๆ อุณหภมู ิ (0C) Kw 0 0.114 x 10-14

25 ว 034 เคมี ม.6 10 0.292 x 10-14 20 0.681 x 10-14 25 1.010 x 10-14 30 1.470 x 10-14 40 2.920 x 10-14 50 5.470 x 10-14 60 9.610 x 10-14 14.7 การเปลยี่ นแปลงความเขม้ ขน้ ของไฮโดรเนียมไอออนและ ไฮดรอกไซดไ์ อออนในนา้ จากทก่ี ลา่ วมาแลว้ น้าแตกตวั ให้ H3O+ และ OH- ไดเ้ ท่าๆ กนั ทาใหส้ ภาพความเป็นกรด และ สภาพความเป็นเบสเท่ากนั ตลอด หรอื เรยี กวา่ เป็นกลาง โดยท่ี Kw = 1 x 10-14 และ [H3O+] เท่ากบั [OH-] = 1 x 10-7 แต่ความเขม้ ขน้ ของ H3O+ และ OH- น้จี ะเปลย่ี นแปลงไปเมอ่ื เตมิ H3O+ หรอื OH- ลงไปในน้า ถา้ เตมิ HCl ซง่ึ เป็นอเิ ลก็ โทรไลตแ์ ก่ลงไปในน้า HCl จะแตกตวั ให้ H3O+ และ Cl- ปรมิ าณ H3O+ ในน้าจงึ เพมิ่ ขน้ึ

บทท่ี 14 กรด-เบส 1 26 H2O (l) + H2O (l) H3O+ (aq) + OH- (aq) HCl (l) + H2O (l)  H3O+ (aq) + Cl- (aq) ตามหลกั ของเลอชาเตอรเิ อ เมอ่ื H3O+ มากขน้ึ น้าพยายามรกั ษาสมดุล โดยท่ี H3O+ จะรวมกบั OH- เกดิ ปฏกิ ริ ยิ ายอ้ นกลบั คอื ได้ H2O มากขน้ึ และ [OH-] จะลดลง ปฏกิ ริ ยิ ากจ็ ะเขา้ สภู่ าวะสมดุลอกี ครงั้ หน่งึ Kw = [H3O+][OH-] [H3O+] = Kw [OH ] จะเหน็ ไดว้ ่าจากสมการถา้ [H3O+] มากขน้ึ [OH-] กน็ ้อยลง ในทานองเดยี วกนั ถา้ เตมิ OH- ลง ไปในน้า จะทาให้ [OH-] มากขน้ึ [H3O+] กน็ ้อยลง จากสมการ Kw = [H3O+][OH-] ถา้ ทราบ [H3O+] กค็ านวณหา [OH-] ได้ หรอื ถา้ ทราบ [OH-] กค็ านวณหา [H3O+] ได้ ดงั ตวั อยา่ งต่อไปน้ี การพิจารณาว่าสารละลายเป็ นกรดหรือเบส  ถา้ [H3O+] = [OH-] สารละลายเป็นกลาง  ถา้ [H3O+] > [OH-] สารละลายเป็นกรด  ถา้ [H3O+] < [OH-] สารละลายเป็นเบส ตวั อย่างท่ี 21 สารละลายชนิดหน่งึ มี [H3O+] = 1 x 10-2 โมล/ลติ ร [OH-] จะมคี า่ เทา่ ใด วธิ ที า Kw = [H3O+][OH-] 1 x 10-14 = (1 x 10-2) [OH-] [OH-] = 1 x 1014 = 1 x 10-12 โมล/ลติ ร 1 x 102 ตวั อย่างท่ี 22 เมอ่ื เตมิ H3O+ จานวน 1.0 x 10-3 โมลลงไปในน้า ใหค้ านวณหาความเขม้ ขน้ ของ OH- ถา้ สารละลายน้มี ปี รมิ าตร 1 ลติ ร วธิ ที า [H3O+] จากน้า = 1 x 10-7 โมล/ลติ ร [H3O+] ทเ่ี ตมิ = 1 x 10-3 โมล/ลติ ร เพราะฉะนนั้ [H3O+] = ( 1 x 10-3) + ( 1 x 10-7)  1 x 10-3 Kw = [H3O+][OH-] [OH-] = Kw [H3O ]

27 ว 034 เคมี ม.6 = 1 x 1014 = 1 x 10-11 1 x 103 จะเหน็ ไดว้ า่ [OH-] ลดลง (< 1 x 10-7) เมอ่ื เตมิ กรดลงไป ตวั อย่างท่ี 23 ถา้ สารละลายก๊าซ HCl 3.65 กรมั ในน้า และสารละลายมปี รมิ าตร 5 dm3 จงหาความ เขม้ ขน้ ของ H3O+ และ OH- ในสารละลาย (H = 1 , Cl = 35.5) วธิ ที า จานวนโมล HCl = 3.65 = 0.10 โมล 1  35.5 HCl 5 dm3 มี HCl = 0.10 โมล HCl 1 dm3 มี HCl = 0.10x1 = 0.02 mol/dm3 mol/dm3 5 HCl เป็นกรดแก่แตกตวั ได้ 100% HCl + H2O (l)  H3O+ (aq) + Cl- (aq) 0.02 0.02 0.02 [H3O+] = 0.02 mol/dm3 [OH-] = Kw [H3O ] = 1 x 1014 = 0.5 x 10-12 mol/dm3 0.02 ความสมั พนั ธร์ ะหว่าง Ka , Kb และ Kw  สาหรบั คกู่ รด-เบสใดๆ Kw = Ka . Kb เชน่ NH4+ - NH3 NH3 + H3O+ กรด NH4+ + H2O Ka = [NH3 ][H3O ] [ NH  ] 4

บทที่ 14 กรด-เบส 1 28 เบส NH3 + H2O NH4+ + OH- Kb = [NH  ][OH  ] 4 [NH3 ] Ka . Kb = [NH3 ][H3O ] . [NH  ][OH  ] = 4 [NH  ] [NH3 ] 4 [H3O+] [OH-] = Kw ตวั อย่างที่ 24 กาหนดค่า Ka ของ CH3COOH ใหเ้ ทา่ กบั 1.8 x 10-5 ใหห้ าคา่ Kb ของค่เู บสของ CH3COOH CH3COO- + H3O+ วธิ ที า คกู่ รด CH3COOH + H2O Ka = [CH 3COO  ][H3O ] = 1.8 [xC1H03-5COOH] คเู่ บส CH3COO- + H2O CH3COOH + OH- Kb = [CH 3COOH][OH ] [CH 3COO  ] Ka . Kb = [CH 3COO  ][H3O ] . [CH 3COOH][OH ] Ka . Kb [CH 3COOH] [CH 3COO  ] 1.8 x 10-5 . Kb = [H3O+] [OH-] = Kw = 1.0 x 10-14 Kb = 1 x 1014 = 5.55 x 10-10 1.8 x 105 ตวั อย่างท่ี 25 กาหนดคา่ Kb ของ N2H4 ใหเ้ ท่ากบั 1.7 x 10-6 ใหห้ าคา่ Ka ของคกู่ รดของ N2H4 N2H5+ + OH- วธิ ที า N2H4 + H2O เบส คกู่ รด = [H3O+] [OH-] Ka . Kb = Kw Ka . 1.7 x 10-6 = 1.0 x 10-14 Ka = 1 x 1014 = 5.88 x 10-9 1.7 x 106

29 ว 034 เคมี ม.6 14.8 pH ของสารละลาย pH คือ ค่าทแ่ี สดงถงึ ความเขม้ ขน้ ของไฮโดรเจนไอออน (H+) หรอื ไฮโดรเนียมไอออน (H3O+) ใชบ้ อกความเป็นกรดหรอื เบสของสารละลาย โดยคา่ pH ของสารละลายเป็นคา่ ลอการทิ มึ ของไฮโดรเจน ไอออน (หรอื ไฮโดรเนยี มไอออน) ทเ่ี ป็นลบ pH = -log [H3O+]

บทที่ 14 กรด-เบส 1 30 หรอื [H3O]+ = 10-pH โดยท่ี [H3O+] คอื ความเขม้ ขน้ ของ H3O+ หรอื H+ เป็นโมล/ลติ ร น้าบรสิ ุทธิ ์ทอ่ี ุณหภมู ิ 25 0C จะมี [H3O+] = 1 x 10-7 โมล/ลติ ร ดงั นนั้ pH = -log [H3O+] = -log [1 x 10-7] = 7 นนั่ คอื pH ของน้าบรสิ ทุ ธิ ์ทอ่ี ุณหภมู ิ 25 0C เทา่ กบั 7 ถอื วา่ มสี ภาพเป็นกลาง คอื ไม่ มคี วามเป็นกรดหรอื เบส (เป็นกรด) ถา้ [H3O+] = 1 x 10-5 ; pH = -log [H3O+] = -log [1 x 10-5] = 5 (เป็นเบส) ถา้ [H3O+] = 1 x 10-9 ; pH = -log [H3O+] = -log [1 x 10-9] = 9 ดงั นนั้ สรปุ ว่า  pH < 7 สารละลายเป็นกรด  pH = 7 สารละลายเป็นกลาง  pH > 7 สารละลายเป็นเบส หรอื อาจจะเขยี นเป็นสเกลไดด้ งั น้ี กรด pH เบส 0 7 14 กลาง นอกจากจะบอกความเป็นกรดเป็นเบสของสารละลายดว้ ยคา่ pH แลว้ ยงั สามารถบอกคา่ ความ เป็นกรด-เบส ไดโ้ ดยใชค้ า่ pOH pOH ของสารละลาย คอื ค่าทบ่ี อกความเขม้ ขน้ ของ OH- ในสารละลายมคี า่ เทา่ กบั -log[OH-] pOH = -log[OH-] โดย pH + pOH = 14 ตารางท่ี 14.7 สเกล pH ของสารละลายทม่ี คี วามเขม้ ขน้ ต่างๆ กนั [H3O+] โมล/ลติ ร [OH-] โมล/ลติ ร pH pOH 1 x 100 0 1 x 10-14 14 1 x 10-1 1 x 10-13 1 13

31 ว 034 เคมี ม.6 1 x 10-2 2 1 x 10-12 12 1 x 10-3 1 x 10-11 1 x 10-4 3 1 x 10-10 11 4 10 1 x 10-5 5 1 x 10-9 9 1 x 10-6 6 1 x 10-8 8 1 x 10-7 7 1 x 10-7 7 1 x 10-8 8 1 x 10-6 6 1 x 10-9 9 1 x 10-5 5 1 x 10-10 1 x 10-4 1 x 10-11 10 1 x 10-3 4 1 x 10-12 11 1 x 10-2 3 1 x 10-13 12 1 x 10-1 2 1 x 10-14 13 1 x 100 1 14 0 วิธีวดั pH ของสารละลายวดั ได้ 2 วิธี ดงั นี้ 1. วิธีเปรียบเทียบสี วธิ นี ้เี ป็นการวดั pH โดยประมาณ (มคี วามถกู ตอ้ ง  0.5 หน่วย pH) ซง่ึ ทาไดโ้ ดยเตมิ อนิ ดเิ คเตอรท์ เ่ี หมาะสมลงไปในสารละลายทต่ี อ้ งการวดั pH แลว้ เปรยี บเทยี บกบั สารละลาย ทาไดโ้ ดยเตมิ อนิ ดเิ คเตอรท์ เ่ี หมาะสมลงไปในสารละลายทต่ี อ้ งการวดั pH แลว้ เปรยี บเทยี บสกี บั สารละลายบฟั เฟอรท์ ท่ี ราบค่า pH แน่นอน ซง่ึ ไดเ้ ตมิ อนิ ดเิ คเตอรช์ นิดเดยี วกนั ไปแลว้ หรอื ใชก้ ระดาษชุบ อนิ ดเิ คเตอร์ (กระดาษ pH) จมุ่ ลงไปแลว้ เปรยี บเทยี บกบั สมี าตรฐาน 2. วิธีวดั ความต่างศกั ย์ วธิ นี ้วี ดั pH ไดอ้ ยา่ งละเอยี ด (มคี วามถูกตอ้ ง  0.01 หน่วย pH) โดย การใชเ้ ครอ่ื งมอื ทเ่ี รยี กว่า พเี อชมเิ ตอร์ ซง่ึ วดั pH ของสารละลายไดโ้ ดยการวดั ความต่างศกั ยร์ ะหวา่ ง ขวั้ ไฟฟ้า 2 ขวั้ ภาพท่ี 14.6 เครอ่ื งพเี อชมเิ ตอร์ ตวั อย่างที่ 26 ใหห้ าคา่ pH ของสารละลายทม่ี ี H3O+ เทา่ กบั 1 x 10-11 และ 6 x 10-14 โมล/ลติ ร วธิ ที า [H3O+] = 1 x 10-11 pH = -log[H3O+] = -log[1 x 10-11] = 11

บทที่ 14 กรด-เบส 1 32 [H3O+] = 6 x 10-4 pH = -log[H3O+] = -log[6 x 10-4] = 4 - log6 = 4 - 0.78 = 3.22 ตวั อย่างที่ 27 จงหา pH ของสารละลายทม่ี คี วามเขม้ ขน้ ของ H3O+ = 4.8 x 10-13 โมล/ลติ ร วธิ ที า pH = -log[H3O+] = -log[4.8 x 10-13] = 13 - log 4.8 = 12.32 ตวั อย่างท่ี 28 สารละลายชนดิ หน่งึ มี pH = 4.00 จะมคี วามเขม้ ขน้ ของไฮโดรเนียมไอออนเป็นเทา่ ใด วธิ ที า pH = -log[H3O+] 4 = -log[H3O+] [H3O+] = 10-4 = 1 x 10-4 ตวั อย่างท่ี 29 จงคานวณหา [OH-] และ pOH ในสารละลายซง่ึ มี pH = 8.37 = -log[H3O+] วธิ ที า pH = -log[H3O+] โมล/ลติ ร 8.37 = 10-8.37 = 4.3 x 10-9 [H3O+] = 1 x 10-14 [H3O+][OH-] [OH-] = 1 x 1014 = 1 x 1014 [OH-] = 2.3[3Hx3O10-6] โมล/ลติ ร [4.3 x 109 ] จาก pOH + pH = 14 pOH = 14 - pH = 14 - 8.37 = 5.63 ตวั อย่างที่ 30 จงคานวณหา [H+], [OH-] , pH , และ pOH ของสารละลายทม่ี กี รดแก่ HX 0.01 โมล ในน้า 500 cm3 วธิ ที า กรดแก่ HX แตกตวั ได้ 100 % [HX] = 0.1 โมล/ลติ ร = 0.02 โมล/ลติ ร HX  H+ (aq) + X- (aq)

33 ว 034 เคมี ม.6 0.02 โมล/ลติ ร 0.02 โมล/ลติ ร เพราะฉะนนั้ [H+] = 0.02 โมล/ลติ ร จาก [H+][OH-] = 1 x 10-14 โมล/ลติ ร [OH-] = 1 x 1014 = 5.0 x 10-13 เพราะฉะนนั้ [OH-] = 0.02 pH = -log[H+] 5.0 x 10-13 โมล/ลติ ร = -log(0.02) = 1.70 pH + pOH = 14 pOH = 14 - pH = 14 - 1.70 = 12.30 ตวั อย่างที่ 31 กรดไฮโดรไซยานิก (HCN) เมอ่ื ละลายน้าแตกตวั 0.01 % สารละลายของกรดน้เี ขม้ ขน้ 0.1 mol/dm3 จะมี pH เท่าใด วธิ ที า 0.01 % ของ 0.1 mol/dm3 = 0.01 = 1 x 10-5 โมล/ลติ ร 100 เพราะฉะนนั้ กรด HCN แตกตวั ไป 1 x 10-5 โมล/ลติ ร HCN(aq) H+ (aq) + CN-(aq) เรมิ่ ตน้ 0.1 00 0.1 - 1 x 10-5 1 x 10-5 1 x 10-5 สมดุล [H+] = 1 x 10-5 โมล/ลติ ร pH = -log [H+] = -log[1 x 10-5] =5 เพราะฉะนนั้ pH ของสารละลาย HCN = 5 14.9 อินดิเคเตอรส์ าหรบั กรด-เบส อินดิเคเตอร์ คือ สารทใ่ี ชบ้ อกความเป็นกรด-เบส ของสารละลายไดอ้ ยา่ งหน่งึ สารประกอบท่ี เปลย่ี นสไี ดท้ ่ี pH เฉพาะตวั จะถกู นามาใชเ้ ป็นอนิ ดเิ คเตอรไ์ ด้ เชน่ ฟีนอลฟ์ ทาลนี จะไมม่ สี เี มอ่ื อยใู่ น สารละลายกรด และจะเปลย่ี นเป็นสชี มพู เมอ่ื อยใู่ นสารละลายเบสทม่ี ี pH 8.3

บทที่ 14 กรด-เบส 1 34 HO HO C O-C=O OH- C O-C=O HO H3O+ ไมม่ สี ี (รูปกรด) HO ลีชมพู (รูปเบส) ภาพท่ี 14.7 ฟีนอลฟ์ ทาลนี อนิ ดเิ คเตอรส์ าหรบั กรด-เบส เป็นสารอนิ ทรยี ์ อาจเป็นกรดหรอื เบสอ่อนๆ ซง่ึ สามารถเปลย่ี นจาก รปู หน่งึ ไปเป็นอกี รปู หน่งึ ได้ เมอ่ื pH ของสารละลายเปลย่ี น การเปลี่ยนสีของอินดิเคเตอร์ HIn เป็นสญั ลกั ษณ์ของอนิ ดเิ คเตอรท์ อ่ี ยใู่ นรปู กรด (Acid form) In- เป็นสญั ลกั ษณ์ของอนิ ดเิ คเตอรท์ อ่ี ยใู่ นรปู เบส (Basic form) รปู กรดและรปู เบสมภี าวะสมดลุ เขยี นแสดงไดด้ ว้ ยสมการ ดงั น้ี HIn (aq) + H2O (l) H3O+ (aq) + In- (aq) ไมม่ สี ี * (รปู กรด) สชี มพ*ู (รปู เบส) ; (* = กรณเี ป็นฟีนอลฟ์ ทาลนี ) Kind = [H3O ][In ] [HIn] HIn และ In- มสี ตี ่างกนั และปรมิ าณต่างกนั จงึ ทาใหส้ ขี องสารละลายเปลย่ี นแปลงได้ ถา้ ปรมิ าณ HIn มากกจ็ ะมสี ขี องรปู กรด ถา้ มปี รมิ าณ In- มากกจ็ ะมสี ขี องรปู เบส การทจ่ี ะมปี รมิ าณ HIn หรอื In มากกวา่ หรอื น้อยกวา่ นนั้ ขน้ึ อยกู่ บั ปรมิ าณ H3O+ ในสารละลาย ถา้ มี H3O+ มากกจ็ ะรวมกบั In- ไดเ้ ป็น HIn ไดม้ าก แต่ถา้ อยใู่ นสารละลายทม่ี ี OH- มาก OH- จะทาปฏกิ ริ ยิ ากบั H3O+ ทาให้ H3O+ ลดลง ซง่ึ จะมผี ลทาใหเ้ กดิ ปฏกิ ริ ยิ าไปขา้ งหน้าได้ In- มากขน้ึ ซง่ึ สามารถเขยี นอธบิ ายดว้ ยสมการ ดงั น้ี  เมอ่ื เตมิ กรด (H3O+) ทาใหป้ รมิ าณ [H3O+] ทางขวาของสมการมมี ากขน้ึ ปฏกิ ริ ยิ าจะเกดิ ยอ้ นกลบั ทาใหม้ ี HIn มากขน้ึ จงึ เหน็ เป็สขี องกรด HIn  เมอ่ื เตมิ เบส (OH-) OH- จะทาปฏกิ ริ ยิ ากบั H3O+ ทาให้ H3O+ น้อยลง ปฏกิ ริ ยิ าจะไป ขา้ งหน้ามากขน้ึ () ทาใหม้ ี In- มากขน้ึ จงึ เหน็ เป็นสเี บสของ In-

35 ว 034 เคมี ม.6  ถา้ [HIn] มากกวา่ [In-] 10 เท่าขน้ึ ไป จะเหน็ เป็นสขี องรปู กรด (HIn)  ถา้ [In-] มากกว่า [HIn] 10 เทา่ ขน้ึ ไป จะเหน็ เป็นสขี องรปู เบส (In-) [HIn] จะมากหรอื น้อยกว่า [In-] ขน้ึ อยกู่ บั pH ของสารละลาย (หรอื ปรมิ าณของ H3O+ ดงั ทไ่ี ด้ กลา่ วมาแลว้ ช่วง pH ทอ่ี นิ ดเิ คเตอรเ์ ปลย่ี นสจี ากรปู หน่งึ ไปเป็นอกี รปู หน่งึ สารละลายจะมสี ผี สมระหว่างรปู กรดและรปู เบส เรยี กวา่ ช่วง pH ของอนิ ดเิ คเตอร์ (pH range หรอื pH interval) ช่วง pH ของอนิ ดเิ คเตอรห์ าไดจ้ ากคา่ Kind ของอนิ ดเิ คเตอรด์ งั น้ี HIn (aq) + H2O (l) H3O+ (aq) + In- (aq) Kind = [H3O ][In ] [H3O+] [HIn] = Kind [HIn] [In ] -log [H3O+] = -log Kind -log [HIn] [In ] pH = pKind - log [HIn] [In ]  จะเรมิ่ เหน็ สขี องรปู กรดเมอ่ื [HIn]  10 [In ] pH = pKind - log10 pH = pKind - 1  จะเรม่ิ เหน็ สขี องรปู เบสเมอ่ื [HIn]  1 [In ] 10 pH = pKind - log 1 10 pH = pKind + 1 นนั ่ คอื ชว่ ง pH ของอนิ ดเิ คเตอร์ = pKind  1 หมายความว่า สขี องอนิ ดเิ คเตอรจ์ ะเรม่ิ เปลย่ี นแปลงเมอ่ื pH = pKind  1 ซง่ึ เป็นค่า โดยประมาณ แต่ถา้ [HIn] มากกว่าหรอื น้อยกว่า [In-] 10 เทา่ ขน้ึ ไป อาจถงึ 100 เท่า ชว่ ง pH ของ อนิ ดเิ คเตอรก์ จ็ ะเปลย่ี นไป ช่วง pH ของอนิ ดเิ คเตอรท์ ถ่ี ูกตอ้ งจรงิ ๆ ของแต่ละอนิ ดเิ คเตอรห์ าไดจ้ ากการ ทดลอง ตวั อยา่ งเช่น เมทลิ เรด มชี ่วง pH 4.4 - 6.2 หมายความว่า สารละลายทห่ี ยดเมทลิ เรดลงไป จะเปลย่ี นสจี ากรปู กรด (แดง) ไปเป็นรปู เบส (เหลอื ง) ในช่วง pH ตงั้ แต่ 4.4 - 6.2 นนั่ คอื

บทที่ 14 กรด-เบส 1 36  ถา้ pH < 4.4 จะใหส้ แี ดง (รปู กรด  pH อยรู่ ะหวา่ ง 4.4 - 6.2 จะใหส้ ผี สมระหว่างสแี ดงกบั เหลอื ง คอื สสี ม้  pH > 6.2 จะใหส้ เี หลอื ง (รปู เบส) สขี องอนิ ดเิ คเตอรแ์ ต่ละชนดิ จะเปลย่ี นในชว่ ง pH ทต่ี ่างกนั ซง่ึ แสดงไดด้ งั ภาพท่ี 14.8 ภาพท่ี 14.8 สขี องอนิ ดเิ คเตอรแ์ ต่ละชนิด อยา่ งไรกต็ าม อนิ ดเิ คเตอรช์ นิดหน่งึ ๆ จะใชห้ าคา่ pH ของสารละลายไดอ้ ยา่ งครา่ วๆ เทา่ นนั้ เชน่ เมอ่ื นาสารละลายมาเตมิ เมทลิ ออเรนจล์ งไป (ชว่ ง pH ของเมทลิ ออเรนจเ์ ทา่ กบั 3.0 - 4.4 และสที ่ี เปลย่ี นอยใู่ นชว่ ง สแี ดง  เหลอื ง) ถา้ สารละลายมสี เี หลอื งหลงั จากหยดเมทลิ ออเรนจ์ แสดงวา่ สารละลายน้มี ี pH ตงั้ แต่ 4.4 ขน้ึ ไป ซง่ึ อาจมฤี ทธเิ ์ป็นกรด กลางหรอื เบส กไ็ ด้ ดงั นนั้ การหาค่า pH ของสารละลายหน่งึ ๆ อาจจะตอ้ งใชอ้ นิ ดเิ คเตอรห์ ลายๆ ตวั แลว้ นาขอ้ มลู มาวเิ คราะห์ pH ของสารละลาย รว่ มกนั

37 ว 034 เคมี ม.6 ตวั อย่างที่ 32 การทดลองหาคา่ pH ของสารละลายชนิดหน่งึ โดยใชอ้ นิ ดเิ คเตอร์ 5 ชนิดดว้ ยกนั ผล การทดลองเป็นดงั น้ี ชนิดของอนิ ดเิ คเตอร์ ช่วง pH สที เ่ี ปลย่ี น สสี ารละลายทไ่ี ดจ้ ากการทดลอง 1. methyl yellow 2.9-4.0 สแี ดง-เหลอื ง เหลอื ง 2. Bromeresol green 3.8-5.4 เหลอื ง-น้าเงนิ น้าเงนิ 3. Methyl red 4.4-6.2 แดง-เหลอื ง สม้ 4. Bromothymol blue 6.0-7.6 เหลอื ง-น้าเงนิ เหลอื ง 5. Phenophtalein 8.0-9.6 ไมม่ สี -ี สชี มพู ไมม่ สี ี ใหห้ าค่า pH ของสารละลายจากขอ้ มลู การทดลองขา้ งตน้ แนวคดิ จากอนิ ดเิ คเตอรช์ นดิ ท่ี 1 แสดงว่า pH ของสารละลาย > 4 จากอนิ ดเิ คเตอรช์ นดิ ท่ี 2 แสดงวา่ pH ของสารละลายอยรู่ ะหว่าง 4.4-6.2 จากอนิ ดเิ คเตอรช์ นิดท่ี 3 แสดงว่า pH ของสารละลาย > 5.4 จากอนิ ดเิ คเตอรช์ นิดท่ี 4 แสดงว่า pH ของสารละลาย < 6 จากอนิ ดเิ คเตอรช์ นิดท่ี 5 แสดงวา่ pH ของสารละลาย < 8.0 สรปุ ไดว้ า่ สารละลายมี pH อยรู่ ะหวา่ ง 5.4 - 6 การหา pH ของสารละลายโดยใชอ้ นิ ดเิ คเตอรห์ ลายๆ ชนิดน้ี ไมส่ ะดวกในการใช้ จงึ มกี ารคดิ ท่ี จะนาอนิ ดเิ คเตอรห์ ลายๆ ชนดิ ซง่ึ เปลย่ี นสใี นชว่ ง pH ต่างๆ กนั มาผสมกนั ในสดั ส่วนทเ่ี หมาะสม จะ สามารถใชบ้ อกค่า pH ของสารละลายไดล้ ะเอยี ดขน้ึ อนิ ดเิ คเตอรผ์ สมน้เี รยี กวา่ ยนู ิเวอรซ์ ลั อินดิเค เตอร์ ซง่ึ สามารถเปลย่ี นสไี ดใ้ นสารละลายทม่ี ี pH ต่างๆ กนั เกอื บทุกค่า การใชย้ นู เิ วอรซ์ ลั อนิ ดเิ คเตอร์ หยดยนู ิเวอรซ์ ลั อนิ ดเิ คเตอรล์ งในสารละลายทต่ี อ้ งการหาคา่ pH ประมาณ 3 หยดต่อสารละลาย 3 cm3 สงั เกตสขี องสารละลายแลว้ เปรยี บเทยี บกบั สมี าตรฐานของยนู ิ เวอรซ์ ลั อนิ ดเิ คเตอรท์ ่ี pH ต่างๆ ว่าสขี องสารละลายตรงกบั สมี าตรฐานท่ี pH ใด กจ็ ะมคี า่ เท่ากบั pH นนั้ สตู รของยนู เิ วอรซ์ ลั อนิ ดเิ คเตอร์ มหี ลายสตู รดว้ ยกนั ตวั อยา่ งเชน่  สตู รท่ี 1 เมทลิ ออเรนจ์ 0.05 กรมั (ช่วง pH 3.0-4.4) เหลอื ง-สม้ เหลอื ง เมทลิ เรด 0.15 กรมั (ชว่ ง pH 4.4-6.2) แดง-เหลอื ง โบรโมไทมอลบลู 0.30 กรมั (ช่วง pH 6.0-7.5) เหลอื ง-น้าเงนิ ฟีนอลฟ์ ทาลนี 0.35 กรมั (ช่วง pH 8.2-10.0) ไมม่ สี -ี แดงมว่ ง ทงั้ หมดละลายใน 66% เอทานอล จานวน 1 ลติ ร

บทที่ 14 กรด-เบส 1 38  สตู รท่ี 2 0.1% เมทลิ ออเรนจ์ 0.5 cm3 1.5 cm3 0.1% เมทลิ เรด 0.1% โบรโมไทมอลบลู 3.0 cm3 0.1% ฟีนอลฟ์ ทาลนี 3.5 cm3 ตารางท่ี 14.8 การเปลย่ี นสขี องสารละลาย เมอ่ื ใชย้ นู เิ วอรซ์ ลั อนิ ดเิ คเตอร์ pH สารละลาย สี 3 แดง 4 สม้ แดง 5 สม้ 6 สม้ เหลอื ง 7 เหลอื ง เขยี ว 8 เขยี ว 9 น้าเงนิ เขยี ว 10 มว่ ง 11 มว่ งแดง 14.9.1 อินดิเคเตอรท์ ี่พบในธรรมชาติ นอกจากอนิ ดเิ คเตอรก์ รด-เบส ทเ่ี ป็นสารอนิ ทรยี ท์ ก่ี ล่าวมาแลว้ ในธรรมชาตยิ งั มสี ารหลายชนดิ ท่ี มสี มบตั เิ หมาะสมทจ่ี ะใชเ้ ป็นอนิ ดเิ คเตอรไ์ ด้ กลา่ วคอื มสี ตี ่างกนั ท่ี pH ต่างกนั สารเหลา่ น้พี บในดอกไม้ ผลไม้ ผกั หรอื รากไมบ้ างชนิด เชน่ ในกะหล่าปลสี แี ดง (Red cabage) มสี ารทเ่ี ป็นอนิ ดเิ คเตอร์ จากการ ทดลองสกดั สารจากกะหล่าปลสี แี ดง ซง่ึ เมอ่ื ละลายเป็นกรดจะไดส้ แี ดง (a) แต่เมอ่ื เตมิ เบสลงไปจะมสี ี หลายสี ไดแ้ ก่ เขยี ว น้าเงนิ เหลอื ง (b) และเมอ่ื สารละลายเบส สารละลายจะเปลย่ี นเป็นสนี ้าเงนิ แสดงว่า อนิ ดเิ คเตอรท์ ส่ี กดั ไดจ้ ากกะหล่าปลสี แี ดง จะเปลย่ี นสแี ดงเป็นน้าเงนิ ในชว่ งกรดเป็นเบส สารละลายมสี แี ดง สารละลายมหี ลายสี สารละลายมสี นี ้าเงนิ กรด เขยี ว น้าเงนิ เหลอื ง เบส

39 ว 034 เคมี ม.6 ภาพท่ี 14.9 การสกดั อนิ ดเิ คเตอรจ์ ากกะหล่าปลสี แี ดง และการเปลย่ี นสขี องสารละลาย ดอกกุหลาบสแี ดง เมอ่ื นามาละลายในแอลกอฮอลแ์ ละอเี ทอร์ 1 : 1 จะใหส้ ารละลายซง่ึ เป็นอนิ ดิ เคเตอรต์ ามธรรมชาติ เชน่ กนั เมอ่ื นาสารละลายน้มี าหยดในสารละลายทม่ี ี pH 1, 3, 7, 9 และ 11 ปรมิ าณเลก็ น้อย พบวา่ ใหส้ ารละลายสี แดง สม้ น้าตาล และเขยี ว ตามลาดบั โดยทอ่ี นิ ดเิ คเตอรน์ ้จี ะ เปลย่ี นสใี นช่วง pH 2 ช่วง คอื 5-7 (แดง-น้าตาล) และ 8-10(น้าตาล-เขยี ว) ภาพท่ี 14.10 การทดลองสกดั อนิ ดเิ คเตอรจ์ ากดอกกุหลาบแดง และการทดสอบการเปลย่ี นสขี องอนิ ดเิ คเตอรจ์ ากกุหลาบแดง ตารางท่ี 14.9 อนิ ดเิ คเตอรท์ พ่ี บในธรรมชาติ ชนดิ พชื สารทใ่ี ชส้ กดั ช่วง pH ทเ่ี ปลย่ี นสี สที เ่ี ปลย่ี น อญั ชนั ดาวเรอื ง น้า 1-3 แดง - ม่วง ดาวเรอื ง แอลกอฮอล์ 2-3 ไม่มสี ี - เหลอื งอ่อน หางนกยงู น้า 11-12 เหลอื ง - เหลอื งน้าตาล หางนกยงู 9-10 ไมม่ สี ี - เหลอื ง น้า 3-4 สม้ - เหลอื ง 7-8 เหลอื ง - เขยี ว 10-11 เขยี ว - เหลอื ง แอลกอฮอล์ 2-3 ชมพู - สม้

บทที่ 14 กรด-เบส 1 40 แคแดง น้า 10-11 สม้ - เหลอื ง 4-5 บานเยน็ - แดง ชงโค น้า 6-7 แดง - เขยี ว เขม็ แดง น้า 6-7 ชมพู - เขยี ว 6-7 แดง - เหลอื ง เขม็ แดง แอลกอฮอล์ 7-8 เหลอื ง - เขยี ว 5-6 ชมพู - เหลอื ง กระเจย๊ี บ น้า+แอลกอฮอล+์ อเี ทอร์ 6-7 เหลอื ง - เขยี ว ครสิ ตม์ าส น้า 6-7 แดง - เขยี ว 5-6 ชมพู - เขยี วอ่อน ครสิ ตม์ าส แอลกอฮอล+์ อเี ทอร์ 8-9 เขยี ว - เขยี วน้าตาล บานไมร่ โู้ รย น้า 6-7 แดง - ชมพู 8-9 แดง - ม่วง บานไมร่ โู้ รย แอลกอฮอล์ 10-12 ม่วง - น้าเงนิ แวนดา้ แอลกอฮอล์ 10-11 ไม่มสี ี - เหลอื ง 3-4 ชมพู - ม่วง แวนดา้ น้า 9-10 มว่ ง - เขยี ว 12-13 เขยี ว - เหลอื ง สม้ เกลย้ี ง(ผวิ ) น้า 6-7 แดง - เขยี ว สารภี แอลกอฮอล์ 10-11 ชมพู - เขยี ว สารภี 11-13 เขยี ว - เหลอื ง น้า 11-13 เขยี วอ่อน - เหลอื ง ทองกวาว 11-12 เหลอื งออ่ น - เหลอื งเขม้ น้า 11-12 เหลอื ง - น้าตาลเหลอื ง 12-13 น้าตาลเหลอื ง - น้าตาลแดง 11-12 เหลอื งเขยี ว - แดง 14.11 สารละลายกรด-เบส ในชีวิตประจาวนั คา่ pH ของสารละลายในสงิ่ มชี วี ติ มคี า่ เฉพาะตวั เช่น pH ของเอนไซมใ์ นกระเพาะอาหารมี คา่ ประมาณ 1.5 pH ของเลอื ดและน้าลาย มคี า่ เทา่ กบั 7.4 และ 6.8 ตามลาดบั ตารางท่ี 14.10 แสดงค่า pH ของสารละลายในรา่ งกาย สาร ชว่ ง pH น้ายอ่ ยในกระเพาะอาหาร 1.6-2.5 ปสั สาวะ 5.5-7.0

41 ว 034 เคมี ม.6 น้าลาย 6.2-7.4 เลอื ด 7.35-7.45 น้าดี 7.8-8.6 นอกจากสารละลายในรา่ งกายเราจะมคี ่า pH เฉพาะตวั แลว้ กจ็ ะพบว่าสารละลายกรดและ สารละลายเบสทพ่ี บในชวี ติ ประจาวนั นนั้ มที งั้ กรดอ่อนจนถงึ กรดแก่ และเบสอ่อนถงึ เบสแก่ ภาพท่ี 14.11 แสดงถงึ pH ของสารละลายต่างๆ สารละลายกรดจะมคี า่ pH น้อยกว่า 7 สาหรบั สารละลายเบสจะมคี ่า pH มากกวา่ 7 น้าบรสิ ทุ ธมิ ์ สี ภาพเป็นกลางไมเ่ ป็นกรดหรอื เบส ในขณะทน่ี ้าฝนจะมคี วามเป็นกรดอ่อนๆ เน่อื งจากในอากาศมกี ๊าซ CO2 ซง่ึ รวมกบั น้าไดก้ รดคารบ์ อนิก ซง่ึ เป็นกรดอ่อน ส่วนในน้าทะเลจะมเี กลอื แรต่ ่างๆ ซง่ึ เมอ่ื ละลายในน้าจะไดส้ ารละลายไฮดรอกไซด์ ซง่ึ มสี ภาพเป็นเบส ภาพท่ี 14.11 pH ของสารต่างๆ ในชวี ติ ประจาวนั น้าโซดาและน้าสม้ สายชู (pH < 7) น้ายาลา้ งหอ้ งน้า น้ายาทาความสะอาด Milk of magnesia (pH > 7)

บทที่ 14 กรด-เบส 1 42 การใชพ้ เี อชมเิ ตอรว์ ดั pH ของน้าสม้ สายชู และ milk of magnesia ภาพท่ี 14.12 การทดลองวดั pH ของสารละลาย และตวั อยา่ งสารต่างๆ ในชวี ติ ประจาวนั เราอาจจะสรปุ pH ของสารละลายในชีวิตประจาวนั ได้ดงั นี้ 1. ของเหลวบางชนดิ อาจจะมชี ว่ ง pH กวา้ ง และบางชนิดมชี ว่ ง pH แคบตามขอ้ มลู ในตาราง 2. ถา้ รบั ประทานอาหารประเภทผกั ปสั สาวะจะมี pH สงู แต่ถา้ รบั ประทานเน้อื สตั วม์ าก ปสั สาวะ จะมี pH ต่า 3. ในรา่ งกายของคนเราของเหลวบางชนดิ มี pH แปรไปไดใ้ นชว่ งคอ่ นขา้ งกวา้ ง โดยทร่ี า่ งกาย ยงั คงอยใู่ นสภาพปกตไิ มเ่ จบ็ ปว่ ย แต่ของเหลวบางชนิดในคนปกตมิ ี pH ค่อนขา้ งคงท่ี เช่น เลอื ดมคี ่า pH แปรไปไดเ้ พยี ง 0.10 เทา่ นนั้ สาหรบั คนทเ่ี ป็นโรคเบาหวานรนุ แรง ค่า pH ของเลอื ดอาจลดต่าลงกว่า 7.35 ทาใหเ้ กดิ อาการคลน่ื ไส้ ถา้ ลดลงต่ามากๆ อาจหมดสตถิ งึ ตายได้ อยา่ งไรกต็ าม ปกตใิ นรา่ งกายของคนจะมรี ะบบทค่ี วบคมุ ค่า pH ของเลอื ดไวใ้ หค้ งท่ี 4. ในน้าฝนซง่ึ น่าจะมสี มบตั เิ ป็นกลาง แต่พบวา่ มี pH ประมาณ 5.6-6.0 เทา่ นนั้ และปจั จบุ นั ใน ประเทศอุตสาหกรรม pH ของน้าฝนมคี ่าต่าถงึ 2.8 จากการตรวจสอบพบว่านอกจากมี CO2 ละลายอยู่ แลว้ ยงั มี H2SO4 และ HNO3 ละลายปนอยดู่ ว้ ย ฝนกรด (Acid rain) น้าฝนทม่ี ี pH ประมาณ 5.6 - 6.0 ซง่ึ มภี าวะเป็นกรดอ่อนๆ ปจั จบุ นั ในประเทศอุตสาหกรรม pH ของน้าฝนมคี ่าต่ากวา่ 5.6 ทงั้ น้เี น่อื งจากมกี ารเผาไหมเ้ ชอ้ื เพลงิ เช่น ถ่านหนิ น้ามนั เป็นตน้ ซง่ึ เชอ้ื เพลงิ เหลา่ น้มี สี ารซลั เฟอร์ (S) อยู่ ทาใหเ้ กดิ ก๊าซ SO2 ซง่ึ เมอ่ื ถูกปลอ่ ยออกมาสบู่ รรยากาศ และ ละลายในน้า หรอื ถกู ออกซไิ ดสต์ ่อเป็น SO3 แลว้ ละลายในน้าฝนไดก้ รด H2SO4 แลว้ จะไปเพม่ิ ความเป็น กรดใหก้ บั น้าฝน ซง่ึ อาจจะทาให้ pH ต่ากวา่ 3 ในบรเิ วณทม่ี สี ภาพแวดลอ้ มไมด่ ี SO3 (g) + H2O (l)  H2SO4 (aq)

43 ว 034 เคมี ม.6 ผลทเ่ี กดิ ขน้ึ คอื ฝนกรดจะไปทาลายตน้ ไม้ ทาลายชวี ติ สตั วน์ ้า ทาใหโ้ ลหะเกดิ การผุกรอ่ น หนิ ถูก กดั เซาะ เป็นตน้ SO2 อาจจะรวมกบั น้าไดเ้ ป็น H2SO3 และนอกจากสารประกอบของซลั เฟอรแ์ ลว้ กอ็ าจมี สารประกอบของ N ซง่ึ จะถูกเปลย่ี นเป็น NO2 , HNO2 และ HNO3 ไดเ้ ช่นกนั ซง่ึ เมอ่ื ละลายในน้าฝน กจ็ ะไปเพม่ิ ความเป็นกรดใหก้ บั น้าฝนได้ ปฏกิ ริ ยิ าทเ่ี กดิ ขน้ึ คอื 2NO (g) + O2 (g)  2NO2 (g) 2NO (g) + H2O (l)  HNO2 (aq) + HNO3 (aq) ความเป็นกรดเบสของน้าและดนิ มคี วามสาคญั ต่อการเพาะปลกู และการเลย้ี งสตั วน์ ้า เช่น กุง้ ซง่ึ ในการเลย้ี งกุง้ pH ของน้าตอ้ งเป็นกลาง กุง้ จงึ จะเจรญิ เตบิ โตไดด้ ี เป็นตน้ และโดยทวั่ ไปดนิ ทม่ี ี pH ต่า เกนิ ไปอาจจะไมเ่ หมาะสมต่อการเจรญิ เตบิ โตของพชื พชื แต่ละชนดิ จะเตบิ โตในภาวะทต่ี ่างกนั ขา้ วจะ เจรญิ เตบิ โตในดนิ เปรย้ี ว คอื เป็นกรดเลก็ น้อย ดงั นนั้ จงึ ตอ้ งมกี ารตรวจวดั pH ของดนิ และน้า เพอ่ื ชว่ ย ใหเ้ กษตรสามารถจดั การกบั การเพาะปลกุ ไดด้ ี เชน่ ถา้ pH ต่ามากกอ็ าจใชป้ นู ขาว หรอื ขเ้ึ ถา้ โรยลงไปใน ดนิ เพ่อื ลดความเป็นกรดของดนิ ได้ data science solution @ 1999 tel. 045-