Mahidol Wittayanusorn School

Report
Acid Base
Sarote Boonseng
Department of Chemistry
e-mail: [email protected]
1
Mahidol Wittayanusorn School
www.themegallery.com LOGO
Introduction
กรด เบส เป็ นเรื่ องเกี่ยวกับสมดุลอย่างหนึ่ง
ที่เกิดจากสารจาพวกอิเล็กโทรไลต์
Mahidol Wittayanusorn School
www.themegallery.com
2
สารละลายอิเล็กโทรไลต์ และนอนอิเล็กโทรไลต์
สารอิเล็กโทรไลต์ คือ สารที่เมื่อละลายน้ าจะแตกตัวเป็ นไอออน
บวกและไอออนลบในสารละลาย
 อิเล็กโทรไลต์แก่
 อิเล็กโทรไลต์อ่อน
สารนอนอิเล็กโทรไลต์ คือ สารที่ไม่แตกตัวเป็ นไอออนเมื่อละลายน้ า
และเรี ยกสารละลายนั้นว่าสารละลายนอนอิเล็กโทรไลต์
Mahidol Wittayanusorn School
www.themegallery.com
3
สาร 2 ชนิดมีสตู ร AB และ CD เมือ่ ละลายน้าจะเกิดการเปลีย่ นแปลงดังรูป
a และ b ตามลาดับ สารใดน่าจะเป็ นสารอิเล็กโทรไลต์เพราะเหตุใด
H
H
H
H
O
H
+ A-B -
H
H
H
C+
H
O
H
H
H
H
H
O
O
a
D-
H
H
H
O
H
O
H
O
H
O
H
O
O
O
H
b
Mahidol Wittayanusorn School
www.themegallery.com
4
นิยามกรด-เบส
ลักษณะความเป็ นกรด เบสได้มีนกั วิทยาศาสตร์ หลายท่านให้
คานิยามไว้แตกต่างกันไป คนแรกที่นิยามกรดและเบสก็คือ
รอเบิร์ต บอยล์ ซึ่ งรอเบิร์ต บอยล์ (1680) ให้นิยามกรดและ
เบสว่า กรดละลายสารได้หลายชนิด เปลี่ยนสี ยอ้ มของสี ยอ้ ม
ธรรมชาติ และเมื่อทาปฏิกิริยากับด่าง (เบส) จะเสี ยสภาพ
ความเป็ นกรด
Mahidol Wittayanusorn School
www.themegallery.com
5
นิยามของสวันเต เอากุสต์ อาร์ เรเนียส
กรดเป็ นสารอิเล็กโทรไลต์ทล่ี ะลายน้าแล้วแตกตัวให้ไฮโดรเจนไอออนหรือโปรตอน
(H+) และเบสเป็ นสารอิเล็กโทรไลต์ทล่ี ะลายน้าแล้วแตกตัวให้โฮดรอกไซด์ไอออน
(OH-)
ข้อจำกัด ของอาร์เรเนียส คือสารทีเ่ ป็ นกรดหรือเบสจะต้องละลายในน้าเท่านัน้ ถ้าไม่ละลายในน้า
หรือละลายในตัวทาละลายอื่นจะไม่จดั ว่าเป็ นกรดหรือเบส และไม่สามารถอธิบายโมเลกุลที่ไม่ม ี H+
หรือ OH- ได้
Mahidol Wittayanusorn School
www.themegallery.com
6
เมือ่ กรดและเบสตามนิยามของอาร์เรเนียสทาปฏิกริ ยิ ากันเกิดปฏิกริ ยิ าสะเทินได้
ผลผลิตเป็ นเกลือและน้า โดยทีเ่ กลือทีเ่ กิดขึน้ คือสารประกอบไอออนที่ประกอบด้วย
ไอออนบวกและไอออนลบซึง่ ไม่ใช่ H+ และ OHHCl(aq) + NaOH(aq)
กรด
เบส
NaCl(aq) + H2O(l)
เกลือ
น้ า
Mahidol Wittayanusorn School
www.themegallery.com
7
จากนิยามของอาร์เรเนียสจงจาแนกสารใดว่าเป็ นกรด เบสหรื อเกลือ
และหากเป็ นเกลือเกิดจากกรดและเบสใด
HCN
H2SO4
HNO3
Ca(OH)2
CH3COONH4
KBr
HF
ZnI2
Li2SO4
CH3COOH
Ca(NO3)2
NaHSO4
= ……………………………………………
= ………………………………………….
= …………………………………………..
= …………………………………………
= ……………………………………………
= ……………………………………………
= ……………………………………………
= ……………………………………………
= ……………………………………………
= ……………………………………………
= ……………………………………………
= ……………………………………………
Mahidol Wittayanusorn School
www.themegallery.com
8
นิยามของ โยฮันเนส นิโคเลาส์ เบรินสเตด และ ทอมัส มาร์ ติน ลาวลี
กรด
เบส
คือสารที่ให้โปรตอน
คือสารที่รับโปรตอน
Mahidol Wittayanusorn School
www.themegallery.com
9
คู่กรด-เบส
Mahidol Wittayanusorn School
www.themegallery.com
10
คู่กรด-เบส
 OH- ว่าเป็ นคูเ่ บสของ H2O
 H2O ว่าเป็ นคูก่ รดของ OH NH4+ ว่าเป็ นคูก่ รดของ NH3
 NH3 เป็ นคูเ่ บส NH4+
Mahidol Wittayanusorn School
www.themegallery.com
11
ANS.
Mahidol Wittayanusorn School
www.themegallery.com
12
คู่กรด-เบส
จงเขียนคู่เบสของ H2S HCN และ OH-
จงเขียนคู่กรดของ C5H5N CO32- และ Brหากโมเลกุลดังกล่าวไม่มีโปรตรอนจะรู้ได้อย่างไรว่าเป็ นกรดหรื อเบส?
Mahidol Wittayanusorn School
www.themegallery.com
13
นิยามลิวอิส
กรดลิวอิสคือสารที่รับคู่อิเล็กตรอน และเบสลิวอิสคือสารที่ให้คู่อิเล็กตรอน
H
F
H
N
B
F
F
F
H
F
B
NH3
F
Mahidol Wittayanusorn School
www.themegallery.com
14
Mahidol Wittayanusorn School
www.themegallery.com
15
จากนิยามของลิวอิสจงจาแนกกรดเบสต่อไปนี้
AlCl3
IZn2+
= ……………………………………………
= ……………………………………………
= ……………………………………………
Zn2+ + 4NH3
…… ……
Zn(NH3)42+
BF3 + F....... .......
BF4-
Mahidol Wittayanusorn School
www.themegallery.com
16
การแตกตัวของกรดและเบส
สารละลายกรดและเบสเป็ นสารละลายอิเล็กโทรไลต์
กรดหรื อเบสที่เป็ นอิเล็กโทรไลต์แก่เรี ยกว่า กรดแก่หรื อเบสแก่
กรดหรื อเบสที่เป็ นอิเล็กโทรไลต์อ่อนเรี ยกว่ากรดอ่อนเบสอ่อน
Mahidol Wittayanusorn School
www.themegallery.com
17
วิธีการพิจารณากรดและเบส
เปรี ยบเทียบจากร้อยละการแตกตัวเป็ นไอออนในตัวทาละลายชนิ ดเดียวกัน
เปรี ยบเทียบจากโครงสร้างโมเลกุลของกรดและเบส
ค่าคงที่ K , K
a
b
Mahidol Wittayanusorn School
www.themegallery.com
18
การแตกตัวของกรดแก่และเบสแก่
กรดแก่และเบสแก่เป็ นสารอิเล็กโทรไลต์แก่ที่สามารถแตกตัวเป็ นไอออนได้มากหรื อ
แตกตัวเป็ นไอออนได้อย่างสมบูรณ์ 100%
Mahidol Wittayanusorn School
www.themegallery.com
19
ความแรงของคู่กรดเบส
Mahidol Wittayanusorn School
www.themegallery.com
20
การคานวณการแตกตัว
Mahidol Wittayanusorn School
www.themegallery.com
21
การแตกตัวของเบส Ca(OH)2 เข้มข้น 0.1 mol/dm3 ปริ มาตร 100 cm3 จะมี OH- กี่
โมล ถ้าเติมน้ าให้มีปริ มาตรเป็ น 400 cm3 ความเข้มข้นของ OH- จะเป็ นเท่าใด
Mahidol Wittayanusorn School
www.themegallery.com
22
การแตกตัวของกรดอ่อนและเบสอ่อน
เป็ นสารอิเล็กโทรไลต์แบบอ่อน
แตกตัวจะเป็ นแบบผันกลับได้
HA(aq) + H2O(l)
ร้อยละการแตกตัวของกรด =
H3O+(aq) + A-(aq)
จานวนโมลของกรดที่แตกตัว
จานวนโมลของกรดทั้งหมด
Mahidol Wittayanusorn School
X 100
www.themegallery.com
23
สารละลายกรด HB เข้มข้น 0.2 mol/dm3 แตกตัวได้เพียง 0.05 mol/dm3 จงคานวณหา
ปริ มาณการแตกตัวเป็ นร้อยละ
Mahidol Wittayanusorn School
www.themegallery.com
24
การเปรี ยบเทียบความแรงของกรดอ่อน
ร้อยละการแตกตัว
 ร้อยละการแตกตัวมาก
 ร้อยละการแตกตัวน้อย
กรดที่แรง
กรดที่อ่อน
Mahidol Wittayanusorn School
www.themegallery.com
25
จากเปอร์ เซ็นต์การแตกตัวของกรดเหล่านี้ จงเรี ยงลาดับความแรงของกรดทั้งสามชนิด
HSO4-(aq) + H2O(l)
SO42-(aq) + H3O+(aq)
แตกตัวเป็ นไอออน 29%
HNO2(aq) + H2O(l)
NO2-(aq) + H3O+(aq)
แตกตัวเป็ นไอออน 6.5%
CH3COOH(aq) + H2O(l)
CH3COO-(aq) + H3O+(aq)
แตกตัวเป็ นไอออน 1.3%
Mahidol Wittayanusorn School
www.themegallery.com
26
ความแรงของกรดกับโครงสร้ างโมเลกุล
เปรี ยบเทียบจากโครงสร้างโมเลกุล กรดไฮโดร สู ตรทัว่ ไป HX
พันธะ
H-F
บอนด์ เอนทาลปี
(kJ/mol)
568.2
ความแรงของ
กรด
อ่อน
H-Cl
431.9
H-Br
H-I
366.1
298.3
แก่
แก่
แก่
Mahidol Wittayanusorn School
www.themegallery.com
27
กรดออกซี คือ กรดที่มีสูตทัว่ ไป OmE(OH)n
 กรดออกซี ที่มีอะตอมกลางต่างกัน แต่เป็ นธาตุในหมู่เดียวกันและมีเลขออกซิ เดชันเท่ากัน
ความเป็ นกรดเพิ่มขึ้นตามค่าอิเล็กโทรเนกาตีวิตีของอะตอมกลาง
Mahidol Wittayanusorn School
www.themegallery.com
28
 กรดออกซี ที่มีอะตอมกลางเหมือนกันแต่มีกลุ่มข้างเคียงต่างกัน ความแรงของ
ความเป็ นกรดขึ้นอยูก่ บั เลขออกซิ เดชั้น
Mahidol Wittayanusorn School
www.themegallery.com
29
จงวาดรู ปโครงสร้างโมเลกุลของกรดต่อไปนี้ HIO4, HBrO4, HClO4
และเปรี ยบเทียบว่ากรดชนิดใดแรงกว่ากัน
Mahidol Wittayanusorn School
www.themegallery.com
30
จงวาดโครงสร้างของกรด H3PO4, H2SO4 และ HClO4
พร้อมเรี ยงลาดับความแรงของกรดพร้อมอธิบายเหตุผล
Mahidol Wittayanusorn School
www.themegallery.com
31
ความแรงของกรดแก่ที่แตกตัวร้ อยเปอร์ เซ็นต์
กรดแก่แตกตัวได้ร้อยเปอร์ เซ็นต์ในน้ าเราจึงไม่สามารถเปรี ยบเทียบความ
เป็ นกรดของกรดแก่ได้เมื่อใช้น้ าเป็ นตัวทาละลาย
เปลี่ยนตัวทาละลาย
ปรากฏการณ์ที่ตวั ทาละลายไม่สามารถบอกความแตกต่างของความแรงของกรด
ได้เรี ยกว่า ปรากฏการณ์การปรับระดับ (leveling effect)
ตัวทาละลายตัวนั้นจะเรี ยกว่าตัวทาละลายที่ให้ปรากฏการณ์การปรับระดับ
(leveling solvent)
Mahidol Wittayanusorn School
www.themegallery.com
32
HClO4 + H2O
H3O+ + ClO4-
HNO3 + H2O
H3O+ + NO3กรดใดแก่กว่ากันเมื่ออยูใ่ นน้ า…………………
Leveling solvent คือ…………………….
Leveling solvent ทาหน้าที่เป็ น กรด หรื อ เบส
Differentiating solvent คือ สารที่ทาหน้าที่แบ่งแยกความแตกต่าง
ระหว่างความแรงของกรดหรื อเบสได้
Mahidol Wittayanusorn School
www.themegallery.com
33
Mahidol Wittayanusorn School
www.themegallery.com
34
จงบอกวิธีการที่สามารถเปรี ยบเทียบความแรงของกรดต่อไปนี้ HClO4, HCl, HNO3,
H2SO4 และกรดต่อไปนี้กรดได้เป็ นกรดที่แรงกว่ากันเมื่อใช้วธิ ี ดงั กล่าว
Mahidol Wittayanusorn School
www.themegallery.com
35
ค่ าคงทีก่ ารแตกตัว
HA(aq) + H2O(l)
H3O+(aq) + A-(aq)

K 

[H 3 O ][A ]
[HA][H
2
O]
ในสารละลายมีน้ าอยูป่ ริ มาณมากเมื่อเปรี ยบเทียบกับปริ มาณของตัวละลาย
จึงถือว่าความเข้มข้นของน้ าคงที่ จัดเป็ นรู ปใหม่จะได้

K a  K[H 2 O] 

[H 3 O ][A ]
[HA]
Mahidol Wittayanusorn School
www.themegallery.com
36
POLYPROTIC ACIDS
การแตกตัวของกรดบางชนิดแตกตัวได้หลายครั้งจึงมีค่า Ka
ได้หลายค่าเช่น Phosphoric acid (H3PO4) ซึ่ งมีค่าการแตกตัวสามค่า
ค่า Ka ซึ่ งจะบอกความสามารถของการแตกตัวของกรด
ค่า Ka มากแสดงว่าเป็ นกรดแก่
ค่า Ka น้อยแสดงว่าเป็ นกรดอ่อน
Mahidol Wittayanusorn School
www.themegallery.com
37
สารละลายกรด CH3COOH, HF, HClO และ HNO2 ความเข้มข้นเท่ากันและมีค่า Ka
ตามลาดับดังนี้ 1.75 x 10-5, 6.94 x 10-4, 2.81 x 10-8 และ 5.98 x 10-4
จงเรี ยงลาดับจากค่า Ka มากไปน้อย ……………………………………………………
กรดชนิดใดมีความเป็ นกรดสูงให้เรี ยงลาดับจากมากไปน้อย……………………………
เรี ยงลาดับความเป็ นเบสจากมากไปน้อย…………………………………………………
Mahidol Wittayanusorn School
www.themegallery.com
38
ประเภทของกรด
 Monoprotic acid เช่น HCl, HBr, CH3COOH เป็ นต้น
 Diprotic acid เช่น H2SO4, H2CO3 เป็ นต้น
 Triprotic acid ตัวอย่างเช่น H3PO4
Mahidol Wittayanusorn School
www.themegallery.com
39
หากพิจารณาความเป็ นกรดเบสจากการแตกตัวตามคู่กรดเบสตามนิยาม
ของเบริ นสเตดและลาวลีระหว่าง HA กับ H2O ซึ่ งเขียนความสัมพันธ์ได้ดงั นี้
HA + H2O
H3O+ + A-
Mahidol Wittayanusorn School
www.themegallery.com
40
กาหนดค่า Ka ของปฏิกิริยากรดเบสต่อไปนี้
HF + H2O
H3O+ + FKa = 6.7  10-4
HCN + H2O
H3O+ + CN- Ka = 4.0  10-10
CH3COOH + H2O
H3O+ + CH3COOKa = 1.8  10-5
จงเปรี ยบเทียบลาดับความแรงของกรดและความแรงของคู่เบสของกรดนั้น
Mahidol Wittayanusorn School
www.themegallery.com
41
ค่าคงที่สมดุลของเบส
BOH(aq)
B+(aq) + OH-(aq)

Kb 
[B ][OH

]
[BOH]
แบ่งประเภทตามจานวน OH เบสที่มี OH- หมู่เดี่ยว ได้แก่ NaOH, LiOH, NH4OH เป็ นต้น
 เบสที่มี OH- สองหมู่ ได้แก่ Ca(OH)2, Mg(OH)2 เป็ นต้น
 เบสที่มี OH- สามหมู่ ได้แก่ Al(OH)3, Fe(OH)3 เป็ นต้น
Mahidol Wittayanusorn School
www.themegallery.com
สารแอมโฟเทอริก
สารที่ทาหน้าที่ได้ท้ งั กรดและเบส
H 3 O+
H 2O
OH-
NH4+
NH3
NH2-
S2HSH 2S
Mahidol Wittayanusorn School
www.themegallery.com
43
การคานวณการแตกตัวของกรด-เบส (Ka และ Kb)
ตัวอย่างเช่นมีกรด HA
H+ + A- ความเข้มข้น N mol/L
H+ +
HA
A-
Initial (I):
N
-
-
Change (C):
X
X
X
Equilibrium (E):
N-X
เราเขียนความสัมพันธ์ได้ดงั นี้
X
Ka 
[X ]
X
2
N  X
Ca/Ka > 1000 หรื อ ร้อยละการแตกตัวน้อยกว่า 5 สามารถตัด X ได้
จะได้
Ka 
[X ]
N
2
X 
Mahidol Wittayanusorn School
KaN
www.themegallery.com
44
กรดโมโนโปรติกชนิดหนึ่งแตกตัวได้ 3.4% สารละลายกรดนี้เข้มข้น 1 mol/dm3
จะมีความเข้มข้นของ H+ เท่าไร
Mahidol Wittayanusorn School
www.themegallery.com
45
กรดแอซิ ติก (CH3COOH) แตกตัวได้ 1.3% ที่อุณหภูมิปกติ สารละลายกรด
เข้มข้น 0.1 mol/dm3 จะแตกตัวให้ไฮโดรเนี ยมไอออนและแอซิ เตไอออนกี่
mol/dm3 และมีจานวนโมลของกรดแอซิ ติกที่ไม่แตกตัวอยูใ่ นสารละลายกี่โมล
แตกตัวให้ H+ และ CH3COO- = 1.3 x 10-3 mol
มีจานวน CH3COOH ที่ไม่แตกตัว = 9.9 x 10-2 mol
Mahidol Wittayanusorn School
www.themegallery.com
46
กรดฟอร์มิก (HCOOH) เข้มข้น 0.6 mol/dm3 แตกตัวได้ 1.8% จงคานวณหา
ความเข้มข้นของแต่ละสารที่ภาวะสมดุล
แตกตัวให้ H+ และ HCOO- = 0.011 mol/dm3
มีจานวน HCOOH ที่ไม่แตกตัว = 0.59 mol/dm3
Mahidol Wittayanusorn School
www.themegallery.com
47
จงคานวณหาความเข้มข้นของ H3O+ ของสารละลายกรดแอซิ ติกที่มีความเข้มข้น 0.5
mol/dm3 กาหนดให้ค่า Ka ของกรดแอซิ ติกเท่ากับ 1.8  10-5 mol/dm3
แตกตัวให้ H3O+ = 3.0  10-3 mol/dm3
Mahidol Wittayanusorn School
www.themegallery.com
48
กรด HA เข้มข้น 0.01 mol/dm3 แตกตัวได้ร้อยละ 2 ค่าคงที่สมดุลของกรดนี้มีค่าเท่าใด
Ka = 4.0  10-6
Mahidol Wittayanusorn School
www.themegallery.com
49
สารละลายแอมโมเนียที่มีความเข้มข้น 0.02 mol/dm3 มีความเข้มข้นของ OHเท่าใด กาหนด Kb ของ NH3 เท่ากับ 1.8  10-5
OH- = 6.0  10-4 mol/dm3
Mahidol Wittayanusorn School
www.themegallery.com
50
กรด CH3COOH เข้มข้น 0.5 mol/dm3 มีค่า Ka เท่ากับ 1.8  10-5 มี % การแตกตัวเท่าใด
มีเปอร์เซ็นต์การแตกตัว = 0.6%
Mahidol Wittayanusorn School
www.themegallery.com
51
ถ้าค่าคงที่ไอออนไนเซชันของ NH4OH = 1.8  10-5 จงคานวณหาร้อยละการแตก
ตัวของ 0.2 mol/dm3 NH4OH
แตกตัวให้ NH4OH = 0.95 %
Mahidol Wittayanusorn School
www.themegallery.com
52
สารละลายชนิดหนึ่งติดสลากไว้ 0.0200 M HNO2 จงหาความเข้มข้นของ H3O+, NO2-,
และ HNO2 ในสารละลายนี้ค่าคงที่ของการแตกตัวของกรดมีค่าเท่ากับ 4.5 x 10-4
แตกตัวให้ H3O+ และ NO2- = 2.78  10-3 mol/dm3
HNO2 = 0.017 mol/dm3
Mahidol Wittayanusorn School
www.themegallery.com
53
การแตกตัวหลายครั้ง
เราสามารถแบ่งการแตกตัวได้หลายครั้งเป็ น 2 กรณี คือ
1. Solutions of Weak Polyprotic Acid
2. Solutions of Strong Polyprotic Acid
กรณีที่ 1 ที่เห็นได้ชดั ก็คือการแตกตัวของ H2S ซึ่ งมีค่า K1 = 1.0 x 10-7
และ K2 = 1.2 x 10-13 (ถ้าเริ่ มต้นด้วยความเข้มข้น 0.1 M จะได้ความ
เข้มข้นของ H+ และ S2- เท่าไร)


I
C

H 2S
H  HS
0 .1

x
x
E 0.1  x
x  1  10
4
x
HS

1 . 0  10
I

x
x
C
4
1 . 0  10
y
E 1 . 0  10

4
S
4
 y 1 . 0  10
2

y
y  1 . 2  10
[H ]

H
y
4
y y
 13
1 . 0  10
Mahidol Wittayanusorn School
4
www.themegallery.com
54
การแตกตัวหลายครั้ง
กรณีที่ 2 ที่เห็นได้ชดั ก็คือการแตกตัวของ H2SO4 ซึ่ งมีคา่ K2 =
1.3x10-2 (ถ้าเริ่ มต้นด้วยความเข้มข้น 0.01 M จะได้ความเข้มข้นของ
โปรตอนเท่าไร)
H 2S O 4
I
0 . 01
F



H 

0 . 01
HSO 4

HSO 4


H 
SO 4

I
0 . 01
0 . 01
0 . 01
C
x
x
x
0 . 01  x
x
E 0 . 01  x
x  4 . 7  10
2
3

[H ]  0 . 0147
Mahidol Wittayanusorn School
www.themegallery.com
55
Calculate the concentrations of H3O+, H2PO4-, HPO42- and PO43present in 0.100 M H3PO4. (Ka1 = 7.5  10-3, Ka2 = 6.2  10-8 and
Ka3 = 3.6  10-13)
H3O+ = 0.024
H2PO4- = 2.4 x 10-2
HPO42- = 6.2 x 10-8
PO43- = 9.3 x 10-19
Mahidol Wittayanusorn School
www.themegallery.com
56
การเจือจางสารมีผลอะไรกับการแตกตัว
กรด CH3COOH เข้มข้น 0.50 mol/dm3 มีคา่ Ka เท่ากับ 1.8  10-5 มี % การแตกตัวเท่าใด
และถ้าเจือจางสารดังกล่าวให้มีความเข้มข้น 0.10 mol/dm3 จะมี % การแตกตัวเท่าใด
สรุ ป ทาการเจือจางกรดจะทาให้เปอร์ เซ็นต์การแตกตัวมากขึ้นกว่ากรดที่เข้มข้น
แต่ตอ้ งจาไว้วา่ ค่า K ไม่ข้ ึนกับความเข้มข้นแต่ข้ ึนอยูก่ บั อุณหภูมิที่เปลี่ยนไป
Mahidol Wittayanusorn School
www.themegallery.com
57
การแตกตัวเป็ นไอออนของนา้
น้ าเป็ นอิเล็กโทรไลต์อ่อนมาก คือ แตกตัวได้นอ้ ยจึงวัดด้วยเครื่ องตรวจการนาไฟฟ้ า
ธรรมดาไม่ได้ น้ าแต่ละชนิดจะนาไฟฟ้ าได้ต่างกันเนื่องจากมีสารอื่นเจือปนอยูไ่ ม่
เท่ากัน
ปรากฏการณ์ที่แตกตัวได้เองนี้จะเรี ยกว่า autoprotolysis หรื อ self-ionization
H2O + H2O
H3O+ + OH
K w  [H 3 O ][OH

]
Kw เป็ นค่าคงที่ ผลคูณของไอออนของน้ าและจากการทดลองพบว่ามีค่า 1.0  10-14
ความเข้มข้นของ [H3O+] และ [OH-] ในน้ าบริ สุทธิ์ ที่ 25 OC มีค่าเท่าไร?
Mahidol Wittayanusorn School
www.themegallery.com
58
[H3O+][OH-] = Kw = 1.0  10-14 ที่ 25OC เสมอ
Mahidol Wittayanusorn School
www.themegallery.com
สารละลายหนึ่งมี H3O+ ไอออน 1.0  10-4 mol/dm3 จงหาความเข้มข้นของ OH- ไอออน
Mahidol Wittayanusorn School
www.themegallery.com
60
ถ้าละลายก๊าซ HCl 3.65 กรัม ในน้ าและสารละลายมีปริ มาตร 5 dm3 จงหาความ
เข้มข้นของ H3O+ ไอออนและ OH- ไอออนในสารละลาย (H = 1, Cl = 35.5)
Mahidol Wittayanusorn School
www.themegallery.com
61
Relation between Ka and Kb
Mahidol Wittayanusorn School
www.themegallery.com
จากปฏิกิริยาการแตกตัวของกรดแอซิ ติก (CH3COOH) ค่า Ka = 1.8  10-5 จง
หาค่า Kb ของคู่เบสของกรดนี้
Mahidol Wittayanusorn School
www.themegallery.com
63
pH, pOH ของสารละลาย
ซอเรสซัน นักชีวเคมีชาวสวีเดนเสนอมาตราวัดเพื่อสะดวกในการใช้งานนั้นก็คือ pH
ซึ่ งมีความสัมพันธ์ดงั นี้
pH = -log[H+] หรื อ pH = -log[H3O+]
โดยที่ pH (percent of Hydrogen ion concentration)
pH < 7 จะมีความเป็ นกรด
pH > 7 จะมีความเป็ นเบส
pH = 7 จึงมีสภาพเป็ นกลาง
เราจึงมักใช้ค่า pH เพื่อบอกสภาพความเป็ นกรด เบส หรื อกลางของสารละลาย
Mahidol Wittayanusorn School
www.themegallery.com
64
สารละลายที่มีความเข้มข้นของไฮโดรเนียมไอออน 2.0  10-7 mol/dm3 จะมี pH เท่าไร
Mahidol Wittayanusorn School
www.themegallery.com
65
สารละลายเบสมีความเข้มข้นของไฮดรอกไซด์ไอออน 1.0  10-6 mol/dm3 จะมี pH เท่าไร
Mahidol Wittayanusorn School
www.themegallery.com
66
จากกความสัมพันธ์ของ [H+] กับ pH ดังนั้น [OH-] กับ pOH จึงมีความสัมพันธ์ดงั นี้
pOH = -log[OH-]
ความสัมพันธ์ระหว่าง pH กับ pOH
จาก
[H+][OH-] = 1.0 x 10-14
Take –log ทั้ง
จะได้;
-log[H+] – log[OH-] = -log(1.0x10-14)
จะได้
pH + pOH = 14
Mahidol Wittayanusorn School
www.themegallery.com
67
ความเข้มข้นของไฮโดรเนียมไอออนในสารละลายเป็ น 3.0  10-2 mol/dm3
จะมี pH และ pOH เป็ นเท่าใด
Mahidol Wittayanusorn School
68 68
www.themegallery.com
Ca(OH)2 เป็ นเบสแก่ น้ าปูนใสมี Ca(OH)2 ละลายอยู่ 0.37 g/100 cm3 จงหา pH ของ
สารละลายนี้วา่ มีค่าเท่าไร (Ca = 40, O = 16, H = 1)
Mahidol Wittayanusorn School
www.themegallery.com
70
Reaction of acid and base
เมื่อเรานาสารละลายที่มีความเป็ นกรดและเบสผสมกันจะทาให้ปริ มาณไฮโดรเนียม
ไอออนและไฮดรอกไซด์ไอออนเปลี่ยนไป ดังนั้นทาให้ความเป็ นกรดเบสเปลี่ยนไป
ขึ้นอยูก่ บั ปริ มาณของไฮโดรเนียมหรื อไฮดรอกไซด์ไอออนที่เปลี่ยนไป
ปริ มาณไฮโดรเนียมไอออน > ไฮดรอกไซด์ไอออน
ปริ มาณไฮดรอกไซด์ไอออน > ไฮโดรเนียมไอออน
กรด
เบส
ปฏิกริ ยิ าระหว่างกรดกับเบส
Acid + Base
salt + H2O
Mahidol Wittayanusorn School
www.themegallery.com
72
เมื่อหยด 0.10 mol/dm3 NaOH จานวน 49 cm3 ลงในสารละลาย 0.10 mol/dm3 HCl
จานวน 50 cm3 สารละลายที่ได้จะมี pH เท่าใด
Mahidol Wittayanusorn School
www.themegallery.com
73
ในการเตรี ยมสารละลายชนิ ดหนึ่ งทาโดยผสมสารละลายกรดแก่ที่ pH = 3 จานวน 2
cm3 ลงในสารละลายเบสแก่ที่มี pH = 10 จานวน 3 cm3 สารละลายที่เตรี ยมได้จะมี pH
เท่าใด
Mahidol Wittayanusorn School
www.themegallery.com
74
SOLVOLYSIS
Solvolysis is the reaction of a substance with the solvent in which it is dissolved.
They occur in aqueous solutions so they are called hydrolysis reactions.
we can identify four different kinds of salts.
Mahidol Wittayanusorn School
www.themegallery.com
75
SOLVOLYSIS
1. SALTS OF STRONG BASES AND STRONG ACIDS
Mahidol Wittayanusorn School
www.themegallery.com
76
SOLVOLYSIS
2. SALTS OF STRONG BASES AND WEAK ACIDS
The equilibrium constant for this reaction is called a (base) hydrolysis constant
หนังสือบางเล่มใช้ Kh เราสามารถหาค่าคงทีด่ งั กล่าวได้ดงั นี้
Mahidol Wittayanusorn School
www.themegallery.com
77
SOLVOLYSIS
3. SALTS OF WEAK BASES AND STRONG ACIDS
Mahidol Wittayanusorn School
www.themegallery.com
78
SOLVOLYSIS
4. SALTS OF WEAK BASES AND WEAK ACIDS
4.1 Salts of Weak Bases and Weak Acids for Which Kb = Ka
4.2 Salts of Weak Bases and Weak Acids for Which Kb > Ka
Ex. NH4CN
Mahidol Wittayanusorn School
www.themegallery.com
79
SOLVOLYSIS
4. SALTS OF WEAK BASES AND WEAK ACIDS
4.3 Salts of Weak Bases and Weak Acids for Which Kb < Ka
Mahidol Wittayanusorn School
www.themegallery.com
80
จงคานวณหา pH ของเกลือ CH3COONa ทีม่ คี วามเข้มข้น 0.1 M กาหนดให้
Ka ของ CH3COOH เท่ากับ 1.8x10-5
ANSWER = 8.88
Mahidol Wittayanusorn School
www.themegallery.com
81
จงคานวณหาความเข้มข้นของสารละลาย NaOAc ทีต่ อ้ งเติมลงไป ทีจ่ ะทาให้
แอซิเตตไอออน ถูกไฮโดรไลซ์ 0.015% กาหนดให้คา่ คงทีก่ ารแตกตัวของ
HOAc เท่ากับ 1.8x10-5
ANSWER = 2.5x10-2
Mahidol Wittayanusorn School
www.themegallery.com
82
จะต้องใช้ NH4Cl กีก่ รัมละลายในน้า 0.200 ลิตร จึงทาให้สารละลายมี pH = 4.75
กาหนดให้ Kh ของ NH4Cl = 5.52 x 10-10 (H = 1 N = 14 และ Cl = 35.5)
ANSWER = 6.3
Mahidol Wittayanusorn School
www.themegallery.com
83
เมือ่ ทาการชังเกลื
่ อ CNNH4 น้าหนัก 44.0 กรัม มาละลายน้า จากนัน้ ทาการ
ปรับปริมาตรให้เป็ น 1.00 ลิตร เมือ่ นาสารละลายดังกล่าวมาวัดความเป็ นกรดเบส (pH) จะได้สารละลายทีม่ ี pH เท่าใด
กาหนดให้ น้าหนักโมเลกุลของ CNNH4 เท่ากับ 44.0 g/mol
ค่าคงที่ Kb ของ NH3 เท่ากับ 1.80x10-5
ค่าคงที่ Ka ของ HCN เท่ากับ 6.20x10-10
11.6
Mahidol Wittayanusorn School
84
วิธีวดั pH สารละลาย
วิธีเทียบสี – ไม่ตอ้ งการความละเอียด
วิธีวดั ความต่างศักย์ไฟฟ้ า – เป็ นวิธีที่ละเอียดโดยใช้เครื่ อง pH meter
Mahidol Wittayanusorn School
www.themegallery.com
85
ช่ วงของสี อนิ ดิเคเตอร์
HIn(q) + H2O(l)
H3O+(q) + In-(aq)
รู ปกรด
รู ปเบส
Mahidol Wittayanusorn School
www.themegallery.com
86
หลักการทางานของอินดิเคเตอร์
Bromthymol blue: KI = 7.9 x 10-8
ขึน้ อยูก่ บั H3O+
Mahidol Wittayanusorn School
www.themegallery.com
87
กำรประมำณช่วงกำรทำงำนของ pH
จาก pKa = -log Ka
จะได้ pKI = -log KI

KI 

[H 3 O ][In ]
[H In ]

[H 3 O ]  K I
[H In ]

[In ]
p H  p K I  lo g
[H In ]

[In ]
การเปลี่ยนสี เกิดจากรู ปกรดหรื อรู ปของอินดิเคเตอร์ วา่ ใครมีมากกว่ากัน
ช่วง pH
pK I  1
Mahidol Wittayanusorn School
www.themegallery.com
88
กำรประมำณช่วงกำรทำงำนของ pH
กาหนดตารางของอินดิเคเตอร์ ช่วง pH และการเปลีย่ นสีดงั นี้
อินดิเคเตอร์
A
B
C
D
ช่วง pH
3.1 – 4.4
4.4 – 6.0
6.0 – 7.6
8.3 – 10.0
กำรเปลี่ยนสี
แดง – เหลือง
แดง – น้าเงิน
เหลือง – น้าเงิน
ไม่มสี ี – สีชมพู
นาสารละลายชนิดหนึ่งมาเติมอินเคเตอร์ต่างๆ ได้ผลดังนี้ หยด A ได้สารละลายสี
เหลือง หยด B ได้ส ี น้าเงิน หยด C ได้ส ี น้าเงิน หยด D ไม่มสี ี จงหาว่าสารละลาย
นี้เป็ นกรดหรือเบส มีชว่ ง pH เป็ นเท่าใด
Mahidol Wittayanusorn School
www.themegallery.com
89
อินดิเคเตอร์ชนิดหนึ่งมีคา่ คงทีก่ ารแตกตัวเท่ากับ 1.0 x 10–4 และมีชว่ งของการ
เปลีย่ นสีจากสีแดงเป็ นสีน้าเงิน ถ้านาอินดิเคเตอร์น้ีมาใช้ตรวจสอบสารละลาย A
ทีม่ ี pH เท่ากับ 1.0, 3.5, 4.4, 6.0 และ 9.0 สารละลาย A จะปรากฏสีใดบ้าง
ที่ pH เท่ากับ 1.0 สารละลาย A จะปรากฏเป็ นสี…………..……..……………
ที่ pH เท่ากับ 3.5 สารละลาย A จะปรากฏเป็ นสี………………………………..
ที่ pH เท่ากับ 4.4 สารละลาย A จะปรากฏเป็ นสี………………………………
ที่ pH เท่ากับ 6.0 สารละลาย A จะปรากฏเป็ นสี…………………………………
ที่ pH เท่ากับ 9.0 สารละลาย A จะปรากฏเป็ นสี………………………………….
Mahidol Wittayanusorn School
90
การหาปริมาณสารด้ วยวิธิไทเทรต
อุปกรณ์ที่ตอ้ งรู้จกั
จุดยุติ คือจุดที่สารละลายกรดกับสารละลายเบส
ทาปฏิกิริยากันจนอินดิเคเตอร์ เปลี่ยนสี
จุดสะเทิน คือจุดที่เนื้อสารทาปฏิกิริยากันพอดี
Mahidol Wittayanusorn School
www.themegallery.com
91
การหาปริมาณสารด้ วยวิธิไทเทรต
ในการไทเทรตหาปริมาณกรด CH3COOH โดยใช้ NaOH 0.50 M ปริมาตร 20.00 cm3
ทาปฏิกริ ยิ าพอดีกบั กรดปริมาตร 10.00 cm3 จงหาความเข้มข้นของกรด CH3COOH
Mahidol Wittayanusorn School
www.themegallery.com
92
การหาปริมาณสารด้ วยวิธิไทเทรต
จงหาว่าจะต้องใช้สารละลาย NaOH ความเข้มข้น 0.100 M กีล่ กู บาศก์เซนติเมตร ในการ
ไทเทรตกับสาละลายกรด H2SO4 0.040 M ปริมาตร 50.00 cm3
ANSWER = 40
Mahidol Wittayanusorn School
www.themegallery.com
93
The Common-Ion Effect
 ละลาย 0.10 mol acetic acid กับ 0.10 mol sodium acetate ในปริมาตรรวม 1 ลิตร
สารละลายประกอบด้วยสารต่อไปนี้
กลไกทีเ่ กิดขึน้
Mahidol Wittayanusorn School
94 94
www.themegallery.com
The Common-Ion Effect
แทนค่าลงในความสัมพันธ์
ถ้าเป็ นกรดแอซิตกิ 0.10 M จะได้ pH
ได้ pH = 2.89
พบว่า pH มีความแตกต่างกัน
Mahidol Wittayanusorn School
95 95
www.themegallery.com
The Common-Ion Effect
กรณีทเ่ี ป็ นเบส 0.15 M NH3 0.45 M NH4Cl
จะเห็นได้วา่ การแตกตัวน้อยลงเมื่อผสมกับเกลือ
Mahidol Wittayanusorn School
96 96
www.themegallery.com
Buffer Solutions
เป็ นการประยุกต์ใช้ผลของไอออน
Buffer solution เป็ นสารละลายทีเ่ ปลีย่ นแปลง pH เล็กน้อยเมือ่ เติมกรด หรือ เบสลงไป
หากพิจารณาสาละลายกรดอ่อนกับเกลือของกรดอ่อนดังตัวอย่าง โดยผสม 0.10 M acetic
Acid กับ 0.10 Sodium acetate ปริมาตรรวม 1 ลิตร
acid buffer solution
Mahidol Wittayanusorn School
97
www.themegallery.com
Buffer Solutions
หากเติม OH- ลงไปในสารละลายข้างต้น จะเกิดปฏิกริ ยิ ากับ CH3COOH ขึน้
ซึง่ จะส่งผลต่อปริมาณ CH3COOH ดังนี้
พิจารณาเมือ่ เติม 0.01 mol OH- ลงไป (เมือ่ การเติมไม่สง่ ผลต่อปริมาตรหรือ
ปริมาตรเปลีย่ นแปลงเล็กน้อย)
Mahidol Wittayanusorn School
98 98
www.themegallery.com
Buffer Solutions
หากเติม 0.01 H+ ลงไปในสารละลายข้างต้น จะเกิดปฏิกริ ยิ าดังนี้
Mahidol Wittayanusorn School
99 99
www.themegallery.com
Buffer Solutions
The Henderson–Hasselbalch Equation
Mahidol Wittayanusorn School
100
Buffer Solutions
Basic buffer solution
Mahidol Wittayanusorn School
101101
www.themegallery.com
Buffer Solutions
Henderson–Hasselbalch equation of base
Mahidol Wittayanusorn School
102
www.themegallery.com
102
pH Titration Curves
Strong Acid–Strong Base Titrations:
ไทเทรตระหว่าง 0.100M HCl ปริมาตร 40 mL กับ 0.100 M NaOH ทีป่ ริมาตรต่างๆ
Mahidol Wittayanusorn School
103103
www.themegallery.com
pH Titration Curves
Strong Acid–Strong Base Titrations: ไทเทรตระหว่าง 0.100M HCl ปริมาตร 40 mL
กับ 0.100 M NaOH เมือ่ พิจารณาที่ pH จุดต่างๆ
ก่อนเติม NaOH:
pH = 1
เติม NaOH 10 mL
ทีจ่ ุดสมมูล
เติม NaOH 60 mL
pH = 7 เพราะในสารละลายมีเฉพาะน้า
Mahidol Wittayanusorn School
104104
www.themegallery.com
pH Titration Curves
Weak Acid–Strong Base Titrations: 100.0 mL of 0.100 M acetic acid
with 0.100 M NaOH
ก่อนเติม NaOH:
pH = 2.89
เติม NaOH 20 mL
Mahidol Wittayanusorn School
105105
www.themegallery.com
pH Titration Curves
ทีจ่ ุดสมมูล
ทีจ่ ุดสมมูลเกิด hydrolysis จึงทาให้เป็ น pH ช่วง เบส
pH ของ 0.0500 M solution CH3COONa คือ 8.72
Mahidol Wittayanusorn
School
106
106106
www.themegallery.com
pH Titration Curves
Mahidol Wittayanusorn School
107107
www.themegallery.com
ตารางแสดงช่วง pH ของอินดิเคเตอร์ เป็ นดังนี้ นักเรียนได้ทาการศึกษาหาชนิดของอินดิเคเตอร์
ทีเ่ หมาะสมทีส่ ุดสาหรับใช้ในการไทเทรตระหว่างกรดและเบสชนิดต่าง ๆ โดยนาค่า pH
และปริมาตรของสารทีเ่ ติมลงไป มาเขียนกราฟจานวน 4 กราฟ คือ กราฟ A, B, C และ D ดังนี้
ชนิ ดของอิ นดิ เค
เตอร์
W
X
Y
Z
ช่วง pH ของกำรเปลี่ยนสี
สีที่เปลี่ยน
4.4-6.2
6.0-7.2
6.9-8.2
8.3-10.0
แดง-เหลือง
เหลือง-น้ำเงิ น
เหลือง-แดง
ไม่มีสี-ชมพู
จงเลือกชนิดของอินดิเคเตอร์ (W, X, Y หรือ Z) และรูปของกราฟ (A, B, C หรือ D) ทีส่ อดคล้องและเหมาะสมทีส่ ดุ กับการ
ไทเทรตระหว่างกรดและเบส
กำรไทเทรตระหว่ำง
18.1
18.2
18.3
18.4
อิ นดิ เคเตอร์ที่เลือกใช้
ในกำรไทเทรต
รูปกรำฟกำร
ไทเทรต
KOH กับ HF
NH3 กับ CH3COOH
NaOH กับ HBr
NH4OH กับ HNO3 Mahidol Wittayanusorn School
สำรที่บรรจุ
ในบิวเรต
108
Conductivity of titration curve
Mahidol Wittayanusorn School
109109
www.themegallery.com
 ในการวิเคราะห์หาความเข้มข้นของสารละลายกรดหรือเบส สามารถทาการทดลองโดยใช้
วิธกี ารไทเทรตโดยตรง วิธนี ้สี ามารถติดตามการทาปฏิกริ ยิ ากันระหว่างกรดและเบสได้โดย
การสังเกตสีของอินดิเคเตอร์ หรือสังเกตจากค่าการนาไฟฟ้า แต่มบี างปฏิกริ ยิ าสามารถ
ติดตามการเกิดปฏิกริ ยิ าด้วยการวัดอุณหภูมทิ เ่ี ปลีย่ นแปลงไป เช่นถ้านาสารละลาย
โพแทสเซียมไฮดรอกไซด์เข้มข้น 0.250 M มาบรรจุในขวดรูปชมพู่ ปริมาตร 25.00 cm3 แล้ว
ทาการไทเทรตกับสารละลายกรดซัลฟิวริก ติดตามปฏิกริ ยิ าโดยการวัดอุณหภูม ิ โดยเริม่ วัด
อุณหภูมภิ ายในขวดรูปชมพูเ่ มือ่ ปริมาตรรวมของสารละลายกรดและเบสภายในขวดรูปชมพูม่ ี
ค่าเท่ากับ 47.3 cm3 นาข้อมูลมาเขียนกราฟ โดยแกน Y คืออุณหภูมทิ เ่ี กิดขึน้ ภายในขวดรูป
ชมพู่ และแกน X คือปริมาตรรวมของสารละลาย จะได้กราฟดังนี้
จงแสดงวิธีการคานวณหาความเข้มข้นของสารละลาย
กรดซัลฟิ วริ กว่ามีความเข้มข้นกี่โมลต่อลิตร
Mahidol Wittayanusorn School
110
11
1
Mahidol Wittayanusorn School
www.themegallery.com LOGO

similar documents