ทฤษฎีกร-เบส

1. ทฤษฎีกรด - เบส www.chemcool.com http://www.geocities.com/bioelectrochemistry/lowry.htm http://acswebcontent.acs.org/landmarks/cradel_t2.html 1

2. จุดประสงค์การเรียนรู้ 1. อธิบายความหมาย ทฤษฎีกรด - เบสอาร์เรเนียส ทฤษฎีกรด - เบส เบรินสเตด - ลาวรี และ ทฤษฎีกรด - เบสลิวอิส พร้อมทั้ง อธิบายสมบัติของกรดหรือเบสตามทฤษฎีเหล่านั้นได้ 2. บอกคู่กรด - เบสในปฏิกิริยาที่กำหนดให้ได้ 3. บอกความแตกต่างของจำนวนโปรตอนสารที่เป็นคู่กรด - เบสกันได้ 4. บอกความหมายของคำว่า สารแอมฟิโปรติก (Amphiprotic ) 2

3. สมบัติทั่วไปของกรดและเบส 3 กรด เบส เ ปลี่ยนสีกระดาษลิตมัสจาก สีน้ำเงินเป็นสีแดง มีรสเปรี้ยว มีฤทธิ์กัดกร่อน มี pH น้อยกว่า 7 เปลี่ยนสีกระดาษลิตมัสจาก สีแดง เป็นสีน้ำเงิน มีรสฝาด ลื่นมือ มี pH มากกว่า 7

4. ทฤษฎีกรด - เบส มีผู้ให้นิยามของกรด - เบสไว้หลากหลาย การใช้นิยามใดมาอธิบายกรด - เบสของสาร ให้คำนึงถึงสภาวะการณ์ที่เหมาะสมกับสารนั้นๆ 4

5. 1. กรด : คือสารที่เมื่อละลายน้ำจะแตกตัว ให้ H + ไอออน หรือ โปรตอน สวันเต เอากุสต์ อาร์เรเนียส (Svante August Arrhenius) ค . ศ .1859-1927, สวีเดน เบส : คือสารที่เมื่อละลายน้ำจะแตกตัวให้ OH - ไอออน กรดและเบสตามนิยามของอาร์เรเนียส ทำปฏิกิริยากันให้เกลือกับน้ำ : HCl (aq) + NaOH (aq)  NaCl (aq) + H 2 O(l) H + (aq) + OH - (aq)  H 2 O(l) ทฤษฎีกรด - เบสอาร์เรเนียส 5 HCl(aq)  H + (aq) + Cl - (aq) H 2 O NaOH(s)  Na + (aq) + OH - (aq) H 2 O

6. นิยามของอาร์เรเนียสมีข้อจำกัด คือ 1. สารที่เป็นกรด - เบสตามทฤษฎีนี้จะต้องละลายในน้ำ แต่ปฏิกิริยาเคมีไม่จำเป็นต้องเกิดในน้ำเสมอไป อาจเกิดขึ้นในตัวทำละลายอื่นๆ หรือไม่มีตัวทำละลายเลยก็ได้ 3 . สารบางชนิดอาจไม่มีหมู่ OH - ในสูตร เช่น NH 3 , CH 3 COONa แต่เมื่อละลายน้ำจะมีสมบัติเป็นเบส 2. สารบางชนิดเมื่อละลายน้ำไม่แตกตัวให้ H + แต่มีสมบัติเป็นกรด เช่น NH 4 Cl 6 H 2 O NH 4 Cl(s)  NH 4 + (aq) + Cl - (aq) CH 3 COONa(s)  CH 3 COO - (aq) + Na + (aq ) H 2 O

7. 2. กรด : สารที่ให้โปรตอน (H + ) เบส : สารที่รับโปรตอน โยฮันเนส นิโคเลาส์ เบรินสเตด ( Johannes Nicolaus Brønsted) เดนมาร์ก , 1879-1947 NH 3 (aq) + H 2 O(l) ⇌ NH 4 + (aq) + OH - (aq) กรด เบส ทอมัส มาร์ติน ลาวรี (Thomas Martin Lowry) อังกฤษ 1874-1936 7 กรด เบส :

8. .. เบส กรด การให้และรับโปรตอน กรด – เบส ตามนิยามของเบรินสเตด - ลาวรี H 2 O + S 2- ⇌ HS - + OH - 8 เบส กรด .. .. .. .. .. .. + - .. .. .. : : : : + S 2- ⇌ H S - + : : : : O - H - : : : : : : : H H O

9. ทฤษฎีกรด – เบส ของเบรินสเตด - ลาวรี สามารถอธิบายความเป็นกรด - เบส ของ NH 4 Cl และ CH 3 COONa ได้ NH 4 + (aq) + H 2 O(l) ⇌ NH 3 (aq) + H 3 O + (aq) CH 3 COO - (aq) + H 2 O(l)  CH 3 COOH(aq) + OH - (aq) 9 NH 4 Cl(s)  NH 4 + (aq) + Cl - (aq) H 2 O CH 3 COONa(s)  CH 3 COO - (aq) + Na + (aq ) H 2 O

10. ทฤษฎีกรด – เบส ของเบรินสเตด - ลาวรี สามารถอธิบายความเป็นกรด - เบสของ ปฏิกิริยาที่ ไม่ได้มีน้ำเป็นตัวทำละลาย ได้ NH 3 (g) + HCl(g)  NH 4 Cl(s) NH 3 ( benzene ) + CH 3 COOH ( benzene )  CH 3 COONH 4 (s) ข้อจำกัดนิยามกรด - เบส ของเบรินสเตด - ลาวรี ไม่สามารถอธิบายความเป็นกรด ของกรดที่ไม่มี H + ในโมเลกุลได้ BH 3 + NH 3  BH 3 NH 3 กรด เบส 10

11. 3. เบส : คือสารที่ ให้ คู่อิเล็กตรอน กรด : คือสารที่ รับ คู่อิเล็กตรอน กิลเบิร์ต นิวตัน ลิวอิส Gilbert Newton Lewis อเมริกัน , 1875-1946 BH 3 + NH 3  BH 3 NH 3 กรด เบส ทฤษฎีกรด - เบสลิวอิส 11 N H H H : : : : B H H H : : : B H H H : : : N H H H : : : :

12. จากปฏิกิริยาต่อไปนี้สารใดทำหน้าที่เป็นกรด สารใดเป็นเบส H + + OH -  H 2 O S + S 2-  S 2 2- 12 H + + O - H -  O : : : : : : : H H : : : : S 2- S : : : S : : : : : : : S 2- +

13. กรด - เบส ของลิวอิสเป็นได้ทั้งโมเลกุลและไอออน สารที่เป็นกรดได้แก่ 1. ไอออนบวกที่มีออร์บิทัลว่างสำหรับรับคู่อิเล็กตรอนได้ โมเลกุลซึ่ง อะตอมกลางมีอิเล็กตรอนไม่ครบแปด สารที่เป็นเบสได้แก่ 1. ไอออนลบมีคู่อิเล็กตรอนที่สามารถให้แก่กรดได้ โมเลกุลซึ่งอะตอมกลางมีอิเล็กตรอนคู่โดดเดี่ยว 1 คู่หรือ 2 คู่ สามารถให้คู่อิเล็กตรอนแก่สารอื่นที่ไม่ครบแปดได้ 13

14. คู่กรด – เบส (Conjugate Acid – Base pairs) 14

15. NH 4 + (aq) + H 2 O(l) ⇌ H 3 O + (aq) + NH 3 (aq) กรด 1 ปฏิกิริยากรด - เบส ตามนิยามของ เบรินสเตด - ลาวรี เกี่ยวข้องกับการให้และรับโปรตอน เรียกว่า ปฏิกิริยาโปรโตลิติก ( Protolytic reaction) NH 4 + (aq) เป็นคู่กรดของ NH 3 (aq) H 2 O(l) เป็นคู่เบสของ H 3 O + (aq) NH 3 (aq) เป็นคู่เบสของ NH 4 + (aq) H 3 O + (aq) เป็นคู่กรดของ H 2 O(l) 15 กรด 2 เบส 1 เบส 2 คู่กรด - เบส คู่กรด - เบส

16. จากปฏิกิริยาต่อไปนี้จงแสดงคู่กรด - คู่เบส HSO 4 - + H 2 O ⇌ H 3 O + + SO 4 2- HSO 4 - (aq) เป็นคู่กรดของ SO 4 2- (aq) H 2 O(l) เป็นคู่เบสของ H 3 O + (aq) SO 4 2- (aq) เป็นคู่เบสของ HSO 4 - (aq) H 3 O + (aq) เป็นคู่กรดของ H 2 O(l) 16 กรด 1 กรด 2 เบส 1 เบส 2 คู่กรด - เบส คู่กรด - เบส

17. จงบอกคู่กรด - เบสของสารต่อไปนี้ H 2 PO 4 - H 3 PO 4 HPO 4 2- HSO 3 - H 2 SO 3 SO 3 2- OH - H 2 O O 2- สารที่เป็นคู่กรด – เบสซึ่งกันและกันจะมีจำนวนโปรตอน ( H + ) ต่างกันอยู่ 1 โปรตอน 17 คู่กรด สาร คู่เบส

18. NH 4 + (aq) + H 2 O(l) ⇌ H 3 O + (aq) + NH 3 (aq) CH 3 COO - (aq) + H 2 O(l)  CH 3 COOH(aq) + OH - (aq) สารที่สามารถแสดงสมบัติได้ทั้งกรดและเบส เรียกว่า แอมฟิโปรติก ( Amphiprotic) หรือ แอมโฟเทอริก ( Amphoteric) เ บส ก รด Lab 8.2 น้ำในสมการที่ 1 ทำหน้าที่เป็นเบส แต่ น้ำในสมการที่ 2 ทำหน้าที่เป็นกรด 18

19. NaHCO 3 (s) + H 2 O(l)  HCO - 3 (aq) + Na + (aq ) การละลายน้ำของ NaHCO 3 HCO 3 - (aq) + H 2 O (aq) ⇌ H 2 CO 3 (aq) + OH - (aq ) สารละลาย NaHCO 3 มีสมบัติเป็นเบส ตามทฤษฎีกรด - เบส เบรินสเตด - ลาวรี อธิบายได้ดังสมการ การทดลองที่แสดงให้เห็นว่าสารบางชนิดเป็นแอมโฟเทอริก H + 19

20. HCO 3 - (aq) + H 3 O + (aq) ⇌ H 2 CO 3 (aq) + H 2 O(l ) HCO 3 - (aq) + OH - (aq) ⇌ CO 3 2- (aq) + H 2 O(l ) H 2 CO 3 (aq)  CO 2 (g) + H 2 O(l ) HCO 3 - (aq) + H 3 O + (aq) ⇌ CO 2 (g) + 2H 2 O(l ) CO 3 2- (aq) + Ca 2+ (aq)  CaCO 3 (s ) สารละลาย NaHCO 3 มีสมบัติเป็นเบสเมื่อทำปฏิกิริยากับกรด HCl สารละลาย NaHCO 3 มีสมบัติเป็นกรดเมื่อทำปฏิกิริยากับเบส Ca(OH) 2 20 เบส กรด

21. เรียกปฏิกิริยานี้ว่า การแตกตัวเป็นไอออนด้วยตัวเองของน้ำ (Self – Ionization of Water) หรือ Autoionization H 2 O H 2 O + ค่าคงที่การแตกตัวของน้ำ K w = 1.0 x 10 -14 น้ำเป็นตัวทำละลายที่เป็นได้ทั้งกรดและเบส สามารถเกิดปฏิกิริยาโปรโตลิติกกันเองได้ ดังสมการ แสดงว่าน้ำแตกตัวได้น้อยมาก 21 สมบัติความเป็นกรด - เบสของน้ำ H 3 O + + OH -