กรด-เบส Acid-Base.

งานนำเสนอเรื่อง: "กรด-เบส Acid-Base."— ใบสำเนางานนำเสนอ:

1 กรด-เบส Acid-Base

2 เพราะแตกตัวเป็นไอออนได้
สารละลายอิเล็กโทรไลต์ Electrolyte สารที่ละลายน้ำแล้ว สามารถนำไฟฟ้าได้ เพราะแตกตัวเป็นไอออนได้ ไอออนบวก(Cation) ไอออนลบ(anion) เคลื่อนที่ในสารละลาย

3 ตัวอย่างสารละลายอิเล็กโทรไลต์
1) อิเล็กโตรไลต์แก่ อาจแตกตัวได้ 100% นำไฟฟ้าได้ดีมาก กรด HCl HClO4 HNO3 H2SO4 เบส LiOH NaOH Ba(OH)2 Ca(OH)2 เกลือส่วนมาก เกลือ กรดแก่ เบสแก่ และเกลือ

4 2) อิเล็กโตรไลต์อ่อน แตกตัวได้บางส่วน นำไฟฟ้าได้น้อย กรด
HClO H2S HF H3PO4 H2CO3 H2SO3 เบส NH3 และเบสอินทรีย์ เกลือ เกลือเฮไลด์ ไซยาไนด์ และไทโอไซยาเนต ของ Zn Cd และ Hg(II)

5 1. นิยามของกรดและเบส 1.1 นิยามของอาร์เรเนียส
1.1 นิยามของอาร์เรเนียส 1.2 นิยามของบรอนสเตด-เลารี 1.3 นิยามของลิวอิส กรดและเบสมีวิวัฒนาการโดยเริ่มจาก (1) ,(2)ม (3) และ (4) พบว่านิยามเหล่านี้มีความถูกต้องและใช้กันอยู่ในปัจจุบัน การเลือกใช้นิยามขึ้นอยู่กับสภาวการณ์ที่เหมาะสมกับนิยามนั้นๆ การศึกษาในระดับนี้ใช้น้ำเป็นตัวทำละลายมากที่สุด ดังนั้นจึงใช้ (2) มากที่สุด

6 1.1 นิยามของอาร์เรเนียส กรด คือ สารที่ละลายน้ำ แล้ว แตกตัวให้ H+
1.1 นิยามของอาร์เรเนียส กรด คือ สารที่ละลายน้ำ แล้ว แตกตัวให้ H+ HCl H Cl- H2SO4 H HSO4- HCO3- H CO32-

7 เบส คือ สารที่ ละลายน้ำ แล้วแตกตัวให้ OH- เช่น
NaOH Na OH- Ba(OH) Ba OH- Ca(OH) Ca OH-

8 ปฏิกิริยาสะเทินของกรดและเบส จะเป็นปฏิกิริยาระหว่าง H+ และ OH- เกิดเป็น น้ำ

9 H OH H2O(l) HCl + NaOH NaCl H2O กรด เบส เกลือ น้ำ

10 ข้อจำกัดของนิยามอาร์เรเนียส
สารที่จะเป็นกรดหรือเบสต้องละลายน้ำเท่านั้น สารที่ไม่มี H+ หรือ OH- ในโมเลกุลไม่จัดว่าเป็นกรด หรือเบส เช่น NH4Cl NH3 CH3COONa H+ จะอยู่ในรูป hydrate ion เสมอ เขียนแทนด้วย H3O+เรียกว่า ไฮโดรเนียมไอออน หรือ ไฮดรอกโซเนียมไอออน

11 1.2 นิยามของบรอนสเตด-เลารี
กรด คือ สารที่ ให้ H+ เบส คือ สารที่ รับ H+

12 HCl(aq) +H2O(l) H3O+(aq) + Cl-(aq) กรด1 เบส2 กรด2 เบส1
HCl และ Cl- เป็น คู่กรด-เบส คู่ที่ 1(conjugate acid-base) H3O+ และ H2O เป็น คู่กรด-เบส คู่ที่ 2 (conjugate acid-base)

13 HCl(aq) +H2O(l) H3O+(aq) + Cl-(aq)
เบส NH H2O NH OH- กรด H2O เป็นได้ทั้งกรดและเบส สารที่เป็นได้ทั้งให้และรับ H+ เรียกว่า แอมโฟเทอริก (amphoteric)

14 ข้อจำกัด สารที่ทำหน้าที่เป็นกรดต้องมีโปรตอนอยู่ในสารนั้น
สำหรับคู่กรด-เบสคู่หนึ่ง ถ้ากรดเป็นกรดแก่ คู่เบสจะเป็นเบสอ่อน เช่น HCl เป็น กรดแก่ Cl เป็น เบสอ่อน NH3 เป็น เบสอ่อน NH4+ เป็น กรดแก่ สารที่ทำหน้าที่เป็นกรดต้องมีโปรตอนอยู่ในสารนั้น

15 1.3 นิยามของลิวอิส กรด คือ สารที่รับคู่ e- จากเบสได้ แล้วเกิดพันธะโคเวเลนต์ เบส คือ สารที่ให้คู่ e- ในการเกิดพันธะโคเวเลนต์ .. .. H+ + :O-H - H-O-H .. .. F H H F H-N: + F-B H-N B-F F H H F เบส กรด

16 คู่กรด-คู่เบส NH4+ + H2O NH3 + H3O+ NH4+ เป็นคู่กรดของ NH3
กรด เบส2 เบส กรด2 NH เป็นคู่กรดของ NH3 H2O เป็นคู่เบสของ H3O+ **คู่กรด-เบส จะมีจำนวนโปรตอนต่างกัน 1 ตัว

17 จำนวนโปรตอนของคู่กรด จะมากกว่าคู่เบส อยู่ 1 ตัวเสมอ
ตัวอย่าง จงเขียนคู่กรด-เบส ของสารต่อไปนี้ - คู่เบสของ H2O และ HNO3 วิธีทำ คู่เบสของ H2O คือ OH- คู่เบสของ HNO3 คือ NO3-

18 ค่าคงที่ของสมดุล สมดุลของกรด
ถ้ามี กรด HA ชนิดหนึ่ง ซึ่งมีการแตกตัวดังสมการ HA(aq)+H2O(l) H3O+(aq)+ A-(aq) จะมีค่าสมดุลดังนี้ Ka = [H3O+][A-] [HA] เมื่อ Ka เป็นค่าคงที่ของการแตกตัวของกรด

19 สมดุลของเบส ถ้ามีเบส B ชนิดหนึ่ง ซึ่งมีการแตกตัวดังสมการ
B(aq) + H2O(l) BH+(aq) + OH-(aq) จะมีค่าสมดุลดังนี้ Kb = [BH+][OH-] [B] เมื่อ Kb เป็นค่าคงที่ของการแตกตัวของเบส

20 ความแรงของกรดและเบส *กรดที่แตกตัวได้ 100% จะไม่มีค่า Ka
พิจารณาจากการแตกตัวของกรด ค่าคงที่สมดุล(K)ของกรด ใช้เปรียบเทียบความแรงของกรด ค่าคงที่สมดุล(K) แปรผันตรงกับ ความแรงกรด-เบส *กรดที่แตกตัวได้ 100% จะไม่มีค่า Ka

21 กรดแก่และเบสแก่ กรดแก่ เบสแก่ HCl HNO3 HI HBr HClO4 H2SO4
NaOH KOH LiOH เบสของธาตุหมู่ 1 และ 2

22 การแตกตัวของกรดอ่อน และเบสอ่อน

23 3.1 การแตกตัวของกรดโมโนโปรติก
กรดที่แตกตัวให้ H+ ได้เพียง 1 ตัว HOAc + H2O H3O+ + OAc- โดย Ka = [H3O+][OAc-] [HOAc] เมื่อ Ka = ค่าคงที่ของการแตกตัวเป็นไอออนกรด

24 3.2 การแตกตัวของกรดโพลีโปรติก
Ka1 = 4.5 x 10-7 H2CO3 + H2O H3O+ + HCO3- HCO3- + H2O H3O+ + CO3- Ka2 = 4.7 x 10-11 โดยกรดโพลีโปรติก จะมี Ka = Ka1 x Ka2 x Ka3 x...

25 ร้อยละการแตกตัวของกรด = โมลของกรดที่แตกตัว โมลของกรดทั้งหมด
ร้อยละการแตกตัวของกรด = โมลของกรดที่แตกตัว โมลของกรดทั้งหมด x100

26 3.3 การแตกตัวของเบสอ่อน NH3 + H2O NH4+ + OH-
3.3 การแตกตัวของเบสอ่อน เบสจะเกิดการแตกตัวในน้ำเหมือนกับกรด NH3 + H2O NH OH- 1-x x x โดย Kb = [NH4+][OH-] [NH3] เมื่อ Kb = ค่าคงที่ของการแตกตัวของไอออนเบส

27 3.4 ค่าคงที่ผลคูณไอออนของน้ำ (Kw)
น้ำ แอมโฟเทอริก เกิดปฏิกิริยา ดังนี้ HOH + HOH H3O+ + OH- กรด เบส1 เบส กรด2 เรียกปฏิกิริยานี้ว่า การแตกตัวได้เองของน้ำ (autoprotolysis หรือ self-ionization)

28 ในน้ำบริสุทธิ์ ;ที่ 25 oC [H3O+] = [OH-] = (10-14)1/2 = 10-7 M
Kw = [H3O+][OH-] หรือ Kw = [H+][OH-] ในน้ำบริสุทธิ์ ;ที่ 25 oC [H3O+] = [OH-] = (10-14)1/2 = 10-7 M

29 ความสัมพันธ์ระหว่าง Ka, Kb และ Kw
Kw = Ka x Kb

30 pH ของสารละลาย [H+] = 10- pH
pOH เป็นค่าที่บอกความเข้มข้นของ ไฮดรอกไซด์ไอออน (OH-) pH = -log [H+] [H+] = 10- pH หรือ

31 pH + pOH = 14 สารละลาย pH กรด <7 กลาง 7 เบส >7
กรด <7 กลาง 7 เบส >7 ดังนั้น ในน้ำบริสุทธิ์ : [H3O+] = [OH-] = 10-7 M pH = pOH = 7 pH + pOH = 14

32 ตัวอย่างที่ 7 พลาสมาของโลหิต(blood plasma) ที่ 25 °c มี pH เท่ากับ 7
ตัวอย่างที่ 7 พลาสมาของโลหิต(blood plasma) ที่ 25 °c มี pH เท่ากับ 7.4 จงคำนวณ [H3O+] และ [OH-] จาก [H+] = 10-pH = = 3.9x10-8 M [H+] = 3.9x10-8 M จาก Kw = [H3O+][OH-] = 10-14 [OH-] = Kw = = 2.6x10-7 M [H+] x10-8

33 สารละลายบัฟเฟอร์ สารละลายผสมระหว่างกรดอ่อนและเกลือของกรดอ่อน หรือ สารละลายผสมระหว่างเบสอ่อนและเกลือของเบสอ่อน

34 เมื่อพิจารณาสมดุลระหว่าง HOAc และ NaOAc ดังสมการ
HOAc + H2O OAc -+ H3O+ Ka = [OAc-][H3O+] [H3O+] = Ka [HOAc] [HOAc] [OAc-] [H3O+] = Ka [กรด] [เกลือ] pH = pKa - log [กรด] [เกลือ]

35 จะมี H+ มาทำปฏิกิริยากับ OAc- = 0.001 โมล
ตัวอย่างที่ 8 สารละลายที่มี HOAc 0.1 โมล และ NaOAc 0.1 โมล ใน 1 dm3 (Ka = 1.8x10-5) บัฟเฟอร์กรด pH = pKa = 4.74 ก. เมื่อเติมน้ำลงไป : pH = 4.74 ข. เมื่อเติม 1M HCl ลงไป 1 cm3 จะมี H+ มาทำปฏิกิริยากับ OAc- = โมล H3O OAc- HOAc + H2O HOAc = = mol OAc = = mol

36 จาก pH = pKa - log [กรด] [เกลือ] = log 0.101 0.099 =

37 อินดิเคเตอร์สำหรับกรด-เบส
เป็นสารอินทรีย์ที่มีโครงสร้างซับซ้อนและเปลี่ยนสีได้ เมื่อ pH ของสารละลายเปลี่ยนแปลงไปเป็นค่าที่ เหมาะสม เป็นกรดอ่อนหรือเบสอ่อน อินดิเคเตอร์จะเปลี่ยนสีที่ pH เท่าใดขึ้นอยู่กับ ค่าคงที่ของสมดุลของอินดิเคเตอร์

38 ช่วง pH ของสารละลายที่อินดิเคเตอร์ค่อยๆเปลี่ยนสีจากสีหนึ่งไปเป็นอีกสีหนึ่ง เรียกว่า ช่วง pH ของอินดิเคเตอร์

39 การไทเทรตกรด-เบส จุดที่กรดและเบสทำปฏิกิริยาพอดีกัน เรียกว่า จุดสมมูล
เป็นกระบวนการหาปริมาณกรดและเบสที่ทำปฏิกิริยาพอดี แล้วนำไปคำนวณความเข้มข้นของกรดหรือเบส จุดที่กรดและเบสทำปฏิกิริยาพอดีกัน เรียกว่า จุดสมมูล ซึ่งจะมีค่าแตกต่างกันไปขึ้นอยู่กับชนิดของกรดและเบส จุดที่อินดิเคเตอร์เปลี่ยนสี เรียกว่า จุดยุติ ดังนั้นควรเลือกอินดิเคเตอร์ที่เปลี่ยนสีตรงช่วงจุดสมมูล หรือใกล้เคียงมากที่สุด

40 การไทเทรตกรดแก่กับเบสแก่ จุดสมมูลของสารละลายมี pH เท่ากับ 7