ข้อจำกัดของทฤษฎีนี้คือ สารประกอบต้องละลายได้ในน้ำ และไม่สามารถอธิบายได้ว่า ทำไมสารประกอบบางชนิดเช่น NH3 จึงเป็นเบส Bronsted-Lowry Concept กรด คือ สารที่สามารถให้โปรตอน (proton donor) แก่สารอื่น เบส คือ สารที่สามารถรับโปรตอน (proton acceptor) จากสารอื่น ปฏิกิริยาระหว่างกรดกับเบสจึงเป็นการถ่ายเทโปรตอนจากกรดไปยังเบสเช่นแอมโมเนียละลายในน้ำ NH3(aq) + H2O(1) = NH4+ (aq) + OH- (aq) base 2 ........acid 1 ........acid 2 ........base 1 ในปฏิกิริยาไปข้างหน้า NH3 จะเป็นฝ่ายรับโปรตอนจาก H2O ดังนั้น NH3 จึงเป็นเบสและ H2O เป็นกรด แต่ในปฏิกิริยาย้อนกลับ NH4+ จะเป็นฝ่ายให้โปรตอนแก่ OH- ดังนั้น NH4+ จึงเป็นกรดและ OH- เป็นเบส อาจสรุปได้ว่าทิศทางของปฏิกิริยาจะขึ้นอยู่กับความแรงของเบส Lewis Concept กรด คือ สารที่สามารถรับอิเลคตรอนคู่โดดเดี่ยว (electron pair acceptor) จากสารอื่น เบส คือ สารที่สามารถให้อิเลคตรอนคู่โดดเดี่ยว (electron pair donor) แก่สารอื่น ทฤษฎีนี้ใช้อธิบาย กรด เบส ตาม concept ของ Arrhenius และ Bronsted-Lowry ได้ และมีข้อได้เปรียบคือสามารถอธิบาย กรด เบส ในกรณีที่เกิดปฏิกิริยาระหว่างกัน และได้สารประกอบที่มีพันธะโควาเลนซ์ เช่น OH - (aq) + CO2 (aq) HCO3- (aq) BF3 + NH3 BF3-NH3 ชนิดของกรดและเบส ชนิดของกรด 1.กรด Monoprotic แตกตัว 1 ได้แก่ HNO3 , HClO3 , HClO4 , HCN 2.กรด Diprotic แตกตัว 2 ได้แก่ H2SO4 , H2CO3 3.กรด Polyprotic แตกตัว 3 ได้แก่ H3PO4 การแตกตัวของกรด Polyprotic แต่ละครั้งจะให้ H+ ไม่เท่ากัน แตกครั้งแรกจะแตกได้ดีมาก ค่า Ka สูงมากแต่แตกครั้งต่อ ๆ ไปจะมีค่า Ka ต่ำมาก เพราะประจุลบในไอออนดึงดูด H+ ไว้ดังสมการ H2SO4 H+ + HSO4- Ka1 = 1011 HSO4- H+ + SO42- Ka2 = 1.2 x 10-2 เนื่องมาจากกรด Polyprotic มักมีค่า K1>>K2>>K3 H+ ในสารละลายส่วนใหญ่จะได้มาจากการแตกตัวครั้งแรก ถ้าค่า K1 มากกว่า K2 =103 เท่าขึ้นไปจะพิจารณาค่า pH ของสารละลายกรด Polyprotic ได้จากค่า K1 เท่านั้น แต่ถ้าค่า K2 มีค่าไม่ต่ำมาก จะต้องนำค่า K2 มาพิจารณาด้วย ชนิดของเบส เบส แบ่งตาม จำนวน OH- ในเบส แบ่งได้เป็น 3 ชนิด คือ 1.เบสที่มี OH- ตัวเดียว เช่น LiOH NaOH KOH RbOH CsOH 2.เบสที่มี OH- 2 ตัว เช่น Ca(OH)2 Sr(OH)2 Ba(OH)2 3.เบสที่มี OH- 3 ตัว เช่น Al(OH)3 Fe(OH)3 ความแรงของกรดและเบส กรดแก่ ( strong acid) คือกรดที่สามารถแตกตัวได้ 100% ในน้ำ เช่น HCl H2SO4 HN03 HBr HClO4 และ HI เบสแก่ ( weak base) คือกรดที่สามารถแตกตัวได้ 100% ในน้ำ เช่น Hydroxide ของธาตุหมู่ 1 และ 2 ( NaOH LiOH CsOH Ba(OH) 2 Ca(OH) 2 ) กรดอ่อน ( weak acid) คือกรดที่สามารถแตกตัวเป็นไอออนได้เพียงบางส่วน เช่น กรดอะซิติคในน้ำส้มสายชู (vinegar) ยาแอสไพริน (acetylsalicylic acid) ใช้บรรเทาอาการปวดศรีษะ saccharin เป็นสารเพิ่มความหวาน niacin (nicotinic acid) หรือ ไวตามินบี เป็นต้น ตัวอย่างปฏิกิริยาของสารละลายกรด CH 3COOH ในส่วนผสมของน้ำส้มสายชูจะมีดังนี้ : CH 3COOH (aq) + H2O (1) เบสอ่อน (weak base) คือเบสที่สามารถแตกตัวเป็นไออนได้เพียงบางส่วน เช่น NH 3 urea aniline เป็นต้น ตัวอย่างปฏิกิริยาของ ammonia มีดังนี้ NH3(aq) + H2O (aq) ชนิดของกรดและเบส กรด แบ่งตามการแตกตัว แบ่งได้ 3 ชนิด 1. กรด Monoprotic แตกตัว 1 ได้แก่ HNO 3 , HClO 3 , HClO 4 , HCN 2. กรด Diprotic แตกตัว 2 ได้แก่ H 2SO 4 , H 2CO 3 3. กรดPolyprotic แตกตัว 3 ได้แก่ H 3PO 4 การแตกตัวของกรด Polyprotic แต่ละครั้งจะให้ H + ไม่เท่ากัน แตกครั้งแรกจะแตกได้ดีมาก ค่า Ka สูงมากแต่แตกครั้งต่อ ๆ ไปจะมีค่า Ka ต่ำมาก เพราะประจุลบในไอออนดึงดูด H + ไว้ดังสมการ H 2SO 4 HSO 4 - เนื่องมาจากกรด Polyprotic มักมีค่า K 1 >> K 2 >> K 3 H + ในสารละลายส่วนใหญ่จะได้มาจากการแตกตัวครั้งแรก ถ้าค่า K 1 มากกว่า K 2 =10 3 เท่าขึ้นไปจะพิจารณาค่า pH ของสารละลายกรด Polyprotic ได้จากค่า K 1 เท่านั้น แต่ถ้าค่า K 2 มีค่าไม่ต่ำมาก จะต้องนำค่า K 2 มาพิจารณาด้วย เบส แบ่งตาม จำนวน OH - ในเบส แบ่งได้เป็น 3 ชนิด คือ 1. เบสที่มี OH - ตัวเดียว เช่น LiOH NaOH KOH RbOH CsOH 2. เบสที่มี OH - 2 ตัว เช่น Ca(OH) 2 Sr(OH) 2 Ba(OH) 2 3. เบสที่มี OH - 3 ตัว เช่น Al(OH) 3 Fe(OH) 3 กรด - เบส สารละลายอิเล็กโทรไลต์(Electrolyte Solution) = สารละลายที่นำไฟฟ้าได้ เพราะ ตัวถูกละลายแตกตัวเป็นไอออนบวกและไอออนลบ *ตัวอย่าง สารละลายอิเล็กโทรไลต์ ได้แก่ สารละลายกรด สารละลายเบส สารละลายเกลือ ****(อิเล็กโทรไลต์แก่ แตกตัวดี นำไฟฟ้าดี อิเล็กโทรไลต์อ่อน แตกตัวไม่ดี นำไฟฟ้าไม่ดี)**** กรด&เบส กรด แบ่งได้ 2 ประเภทคือ กรดอินทรีย์ กรดอนินทรีย์ เบส แบ่งได้ 2 ประเภทคือ เบสอินทรีย์ เบสอนินทรีย์ *กรด มี 2 ชื่อคือ กรดไฮโดร กับกรดออกซี่ Hydro = HCl* HBr HI HF HCN ฯลฯ กรดเหล่านี้ออกเสียง “ไฮโดร” นำหน้าแล้วตามด้วยสารที่ตามมา *HCl = ก๊าซไฮโดรเจนคลอไรด์ หรือ กรดเกลือ Oxy = HNO3 H2SO4 HClO3 H2CO3 * ฯลฯ กรดเหล่านี้ออกเสียง “อิก” ลงท้ายเสมอ * H2CO3 ไม่เสถียรจะแตกตัวให้ H2O , CO2 สมบัติทั่วไปของสารละลายกรด-เบส กรด เบส 1.เปลี่ยนกระดาษลิตมัสจากน้ำเงินเป็นแดง B R 2.นำไฟฟ้าได้ 3.ทำปฏิกิริยากับโลหะบางชนิดได้ก๊าซ H2 4.ทำปฏิกิริยากับเบสได้ เกลือ + น้ำ 1. เปลี่ยนกระดาษลิตมัสจากแดงเป็นน้ำเงิน R B 2.นำไฟฟ้าได้ 3.ไม่ทำปฏิกิริยากับโลหะที่อุณหภูมิปกติ 4. ทำปฏิกิริยากับกรดได้ เกลือ + น้ำ ทฤษฎีกรด-เบส อาร์เรเนียส(Arrhenius) เบรินสเตต-ลาวรี(Bronsted-Lowry) 1.กรด คือ สารที่ละลายน้ำแล้วแตกตัวให้ H+ 2.เบส คือ สารที่ละลายน้ำแล้วแตกตัวให้ OH- ตัวอย่าง สมการที่เป็นไปตามทฤษฎีของ อาร์เรเนียส 1.HCl(aq)+H2O(l) ↔ H3O+(aq) + Cl-(aq) 2.LiOH(s)↔ Li+ (aq) + OH- (aq) ข้อเสีย สารใดที่ไม่ละลายน้ำไม่สามารถบอกได้ว่าเป็นกรดหรือเบส 1.กรด คือ สารที่ให้โปรตอนแก่สารอื่น 2.เบส คือ สารที่รับโปรตอนจากสารอื่น ข้อเสีย สารใดที่ไม่มี H+ จะบอกไม่ได้ว่าสารนั้นเป็นกรดหรือเบส สารใดที่มี H+ แต่แตกตัวเป็นไอออนไม่ได้จะบอกไม่ได้ว่าเป็นกรดหรือเบส คู่กรด-เบส = สารที่เป็นคู่กรด-เบสกัน H+ ต่างกัน 1 ตัว โดยที่ คู่กรดจะมี H+ มากกว่าคู่เบส 1 ตัว ความแรงของกรดและเบส = การแตกตัวในการให้โปรตอน(กรด) ความสามารถในการรับโปรตอน(เบส) CH3COOH (aq) + H2O (aq) ↔ CH3COO- (aq) + H3O+ (aq) ****เราต้องรู้ทิศทางการเลื่อนของสมดุลก่อน เราจึงจะบอกถึงความแรงได้**** 1.ถ้าสมดุลเลื่อนไปทางขวา CH3COOH เป็นกรดแรงกว่า H3O+ / H2O เป็นเบสแรงกว่า CH3COO- 2.ถ้าสมดุลเลื่อนไปทางซ้าย H3O+เป็นกรดแรงกว่า CH3COOH / CH3COO-เป็นเบสแรงกว่า H2O ถ้าค่า K > 1 สมดุลเลื่อนไปข้างหน้า(สารผลิตภัณฑ์มากกว่าสารตั้งต้น) K < 1 สมดุลเลื่อนย้อนกลับ(สารผลิตภัณฑ์น้อยกว่าสารตั้งต้น) K = 1 ไปข้างหน้าเท่ากับย้อนกลับ (สารผลิตภัณฑ์ = สารตั้งต้น) ความแรงทั้ง 2 ข้างเท่ากัน เปรียบเทียบกรดแก่กับเบสแก่ กรดแก่ เบสแก่ กรดแก่มีอะไรบ้าง กรด Hydro = HCl HBr HI กรด Oxy = HNO3 HClO3 HClO4 H2SO4 การแตกตัว100% การเป็นอิเล็กโทรไลต์ = แก่ เบสแก่มีอะไรบ้าง หมู่ 1 = LiOH NaOH KOH RbOH CsOH หมู่ 2 = Ca(OH)2 Sr(OH)2 Ba(OH)2 การแตกตัว 100 % (หมู่ 2 แตก 200 %) การเป็นอิเล็กโทรไลต์ = แก่ ชนิดของกรดและเบส กรด แบ่งตามการแตกตัว แบ่งได้ 3 ชนิด 1.กรด Monoprotic แตกตัว 1 ได้แก่ HNO3 , HClO3 , HClO4 , HCN 2.กรด Diprotic แตกตัว 2 ได้แก่ H2SO4 , H2CO3 3.กรด Polyprotic แตกตัว 3 ได้แก่ H3PO4 การแตกตัวของกรด Polyprotic แต่ละครั้งจะให้ H+ ไม่เท่ากัน แตกครั้งแรกจะแตกได้ดีมาก ค่า Ka สูงมากแต่แตกครั้งต่อ ๆ ไปจะมีค่า Ka ต่ำมาก เพราะประจุลบในไอออนดึงดูด H+ ไว้ดังสมการ H2SO4 ↔ H+ + HSO4- Ka1 = 1011 HSO4- ↔ H+ + SO42- Ka2 = 1.2 x 10-2 เนื่องมาจากกรด Polyprotic มักมีค่า K1>>K2>>K3 H+ ในสารละลายส่วนใหญ่จะได้มาจากการแตกตัวครั้งแรก ถ้าค่า K1 มากกว่า K2 =103 เท่าขึ้นไปจะพิจารณาค่า pH ของสารละลายกรด Polyprotic ได้จากค่า K1 เท่านั้น แต่ถ้าค่า K2 มีค่าไม่ต่ำมาก จะต้องนำค่า K2 มาพิจารณาด้วย เบส แบ่งตาม จำนวน OH- ในเบส แบ่งได้เป็น 3 ชนิด คือ 1.เบสที่มี OH- ตัวเดียว เช่น LiOH NaOH KOH RbOH CsOH 2.เบสที่มี OH- 2 ตัว เช่น Ca(OH)2 Sr(OH)2 Ba(OH)2 3.เบสที่มี OH- 3 ตัว เช่น Al(OH)3 Fe(OH)3 รวมสูตรที่ใช้คำนวณในกรณีหา กรดอ่อน เบสอ่อน ไม่ผสมกัน (Pure) สูตรที่ กรณี(ต้องการหาอะไร) กรดอ่อน เบสอ่อน 1. หาค่า K Ka = [H+]2 / N Kb = [OH-]2 / N 2. หา [H+] [H+] = [Ka.N]^1/2 [OH-] = [Kb.N]^1/2 3. หา % การแตกตัว % การแตกตัว = [H+] x 100 / N % การแตกตัว = [OH-] x 100 / N 4. การรวมสูตรของ % กับ K % = Ka x 100 / N % = Kb x 100 / N การแตกตัวของกรดแก่และเบสแก่ จะแตกตัวได้หมด 100% หมายถึง การแตกตัวของกรดแก่และเบสแก่ เป็นไอออนได้หมดในตัวทำละลายซึ่งส่วนใหญ่เป็นน้ำ เช่น การแตกตัวของกรด HCl จะได้ H + หรือ H 3O + และ Cl - ไม่มี HCl เหลืออยู่ หรือการแตกตัวของเบส เช่น NaOH ได้ Na + ไม่มี NaOH เหลืออยู่ และ OH อินดิเคเตอร์ ส่วนใหญ่เป็นสารอินทรีย์มีสมบัติเป็นกรดอ่อน มีโครงสร้างซับซ้อนเป็นสารที่มีสีและสามารถเปลี่ยนสีได้เมื่อ pH ของสารละลายเปลี่ยนไป เป็นสารที่ใช้บอกความเป็นกรด-เบส ของสารละลายได้อย่างหนึ่ง ตามทฤษฎีของ Ostwald กล่าวว่าเมื่ออินดิเคเตอร์อยู่ในรูปโมเลกุลและเมื่อยู่ในรูปไอออนจะมีสีต่างกัน การไทเทรตกรด-เบส เป็นการไทเทรตระหว่างสารละลายกรดกับเบส ใช้ในการหาปริมาณหรือความเข้มข้นที่แน่นอนของกรดหรือเบส ทำได้โดยนำสารตัวอย่างมาไทเทรตกับกรดหรือเบสที่ทราบความเข้มข้นที่แน่นอน แล้วสังเกตสีของอินดิเคเตอร์ที่เปลี่ยนไปเมื่อปฏิกิริยาเกิดจนถึงจุดสมมูล ขณะไทเทรต pH ถ้าเลือกใช้อินดิเคเตอร์ที่เหมาะสมจะบอกจุดยุติที่ใกล้เคียงกับจุดสมมูลได้ การไทเทรตกรด-เบส สามารถแบ่งออกได้เป็น 4 แบบ ซึ่งการไทเทรตแต่ละแบบให้ผลลัพธ์ที่แตกต่างกันออกไป ดังนี้ |