การแตกตัวของกรดแก่และเบสแก| การแตกตัวของกรดอ่อน | การแตกตัวของกรดมอนอโปรติก
การแตกตัวของกรดพอลิโปรติก | ค่าคงที่สมดุลของกรดอ่อน | การแตกตัวของเบสอ่อน

การแตกตัวของกรดแก่และเบสแก่

    การแตกตัวของกรดแก่และเบสแก่ จะแตกตัวได้หมด 100% หมายถึง การแตกตัวของกรดแก่และเบสแก่ เป็นไอออนได้หมดในตัวทำละลายซึ่งส่วนใหญ่เป็นน้ำ เช่น การแตกตัวของกรด HCl จะได้ H+ หรือ H3O+ และ Cl-ไม่มี HCl เหลืออยู่ หรือการแตกตัวของเบส เช่น NaOH ได้ Na+ และ OH- ไม่มี NaOH เหลืออยู่

     การแตกตัวของกรดแก่และเบสแก่เขียนแทนด้วยลูกศร แสดงการเปี่ยนแปลงไปข้างหน้าเพียงอย่างเดียว เช่น

 

การคำนวณเกี่ยวกับการแตกตัวของกรดแก่และเบสแก่

ตัวอย่าง 1 จงคำนวณหา [H3O+] , [NO3-] ในสารละลาย 0.015 M HNO3

วิธีทำ

HNO3 +H2O H3O+ + NO3-

0.015              

เพราะฉะ [H3O+] = [NO3-] = 0.015 โมล/ ลิตร

ตัวอย่าง 2 ถ้า KOH 0.1 โมล ละลายและสารละลายมีปริมาตร 2 ลิตร ในสารละลายจะมีไอออนใดบ้างอย่างละี่โมลต่อลิตร

วิธีทำ

KOH (s) K+ (aq) + OH- (aq)

0.1โมล/ 2 ลิตร

สารละลาย KOH 2 ลิตร มี KOH 0.1 โมล

สารละลาย KOH 1 ลิตร มี KOH = 0.05 โมล/ ลิตร

ดังนั้น KOH จะแตกตัวให้ K+ และ OH- อย่างละ 0.05 โมล/ ลิตร

ตัวอย่าง 3 สารละลายกรดแก่ (HA) 250 ลูกบาศก์เซนติเมตร มีปริมาณ H3O+ ไอออน 0.05 โมล สารละลายี้มีความเข้มข้นเท่าใด ถ้าเติมกรดี้ลงไปอีก 0.2 โมล โดยี่สารละลายมีปริมาตรคงเดิม สารละลายี่ได้จะมีความเข้มข้นเท่าใด

วิธีทำ

HA H3O+ (aq) + A- (aq)

                       0.05 โมล/ 250 cm3

สารละลาย HA 250 cm3 มี HA 0.05 โมล

สารละลาย HA 1000 cm3 มี HA = = 0.20 โมล

เพราะйสารละลายที่ได้มีความเข้มข้น 0.20 โมล/ ลิตร

ถ้าเติมกรดอีก 0.2 โมล

สารละลายมี HA รวมหมด = 0.05 + 0.2 = 0.25 โมล

สารละลาย HA 250 cm3มี HA 0.25 โมล

สารละลาย HA 1000 cm3 มี HA = = 1.00 โมล

เพราะйสารละลายที่ได้มีความเข้มข้น 1.00 โมล/ ลิตร

 

ตัวอย่าง 4 จงหาความเข้มข้นของ OH- ี่เกิดจากการเอา NaOH 10.0 กรัม ละลายในทำเป็นสารละลาย 0.2 dm3 (Na = 23, O = 16, H = 1)

วิธีทำ

จำนวนโมลของ NaOH = = 0.25 mol

สารละลาย 0.2 dm3 มีของ NaOH = 0.25 โมล

สารละลาย 1 dm 3มี NaOH = = 1.25 โมล/ ลิตร

เพราะйสารละลายมีความเข้มข้น 1.25 โมล/ ลิตร

และปฏิกิริยาการแตกตัวของ NaOH เป็นดัง

NaOH (aq)      Na+ (aq) + OH- (aq)

1.25 โมล                         1.25 โมล     1.25 โมล

เพราะйความเข้มข้นของ OH- = 1.25 โมล/ ลิตร

 ::Ѻҹ::

การแตกตัวของกรดอ่อน

สารละลายกรดอ่อน เช่น กรดแอซิติก (CH3COOH) เมื่อละลายน้ำ จะนำไฟฟ้าได้ไม่ดี ทั้งนี้ เพราะกรดแอซิติกแตกตัวเป็นไอออนได้เพียงบางส่วน เขียนแทนโดยสมการจะใช้ลูกศร เพื่อชี้ว่าปฏิกิริยาเกิดขึ้นทั้งปฏิกิริยาไปข้างหน้าและปฏิกิริยาย้อนกลับ และอยู่ในภาวะสมดุลกัน เช่น

CH3COOH (aq) + H2O (l) H3O+ (aq) + CH3COO- (aq)

ปริมาณการแตกตัวของกรดอ่อน นิยมบอกเป็นร้อยละ เช่น กรด HA แตกตัวได้ร้อยละ 10 ในน้ำ หมายความว่า กรด HA 1 โมล เมื่อละลายน้ำ จะแตกตัวให้ H+
เพียง 0.10 โมล

การแตกตัวของกรดของกรดอ่อนชนิดเดียวกัน จะเพิ่มขึ้นเมื่อสารละลายมีความเจือจางมากขึ้น เช่น กรดแอซิติก CH3COOH ความเข้มข้นต่างกันจะมีเปอร์เซ็นต์การแตกตัวต่างกัน ดังนี้

CH3COOH 1.0 M แตกตัวได้ 0.42 %

CH3COOH 0.10 M แตกตัวได้ 1.30 %

CH3COOH 0.010 M แตกตัวได้ 4.20 %

 ::Ѻҹ::

การแตกตัวของกรดมอนอโปรติก (monoprotic acid dissociation)

กรดมอนอโปรติก คือ กรดี่แตกตัวให้ H+ ได้เพียง 1 ตัว เช่น HCOOH และ CH3COOH

HCOOH (aq) H+(aq) + HCOO-(aq)

CH3COOH (aq) H+ (aq) + CH3COO- (aq)

 ::Ѻҹ::

การแตกตัวของกรดพอลิโปรติก (polyprotic acid dissociation )

กรดพอลิโปรติก หมายถึง กรดี่มีโปรตอนมากกว่า 1 ตัว และสามารถแตกตัวให้ H+ ได้มากกว่า 1 ตัว ถ้าแตกตัวได้ H+
2 ตัว เรียกว่า กรดไดโปรติก เช่น H2CO3 , H2S , H2C2O4 เป็นต้น

H2S H+ + HS -

HS- H+ + S2-

H2CO3 H+ + HCO3-

HCO3- H+ + CO32-

กรดี่แตกตัวให้ H+ ได้ 3 ตัว เรียกว่า กรดไตรโปรติก เช่น H3PO4 , H3PO3

H3PO3 H+ + H2PO4-

H2PO4- H+ + HPO42-

HPO42- H+ + PO43-

 ::Ѻҹ::

ค่าคงที่สมดุลของกรดอ่อน (Ka)

กรดอ่อนแตกตัวได้เพียงบางส่วน ปฏิกิริยาการแตกตัวไปข้างหน้า และปฏิกิริยาย้อนกลับเกิดได้พร้อมกัน และปฏิกิริยาการแตกตัวของกรดอ่อนี้จะอยู่ในภาวะสมดุล ค่าคงที่สมดุลี้จะหาได้ดังนี้

ค่าคงี่สมดุลของกรดนี้ใช้เปรียบเทียบความแรงของกรดได้ ถ้าค่า Kaมีค่ามากแสดงว่ากรดมีความแรงมาก แตกตัวได้ดี ถ้าค่า Ka น้อยแสดงว่ากรดแตกตัวได้น้อย มีความแรงน้อย สำหรับกรดี่แตกตัวได้ 100% จะไม่มีค่า Ka

ตัวอย่างค่า Ka

ถ้าเปรียบเทียบความแรงของกรดโดยใช้ Ka

Ka (HF) > Ka (CH3COOH) > Ka (HCN)

เพราะйความแรงของกรด HF > CH3COOH > HCN

 

  • กรณีกรดไดโปรติก

  • กรณีกรดไตรโปรติก

การคำนวณกับกรดอ่อน

ตัวอย่าง 5 จงคำนวณเปอร์เซ็นต์การแตกตัวของกรด HA 1 โมล/ ลิตร ซึ่งมี H3O+ 0.05 โมล/ ลิตร

วิธีทำ                HA (aq) + H2O (l) H3O+ + A- (aq)

ต้น                1 โมล/ ลิตร                               0             0

ภาวะสมดุล          1 - 0.05                                0.05        0.05 โมล/ ลิตร

ตัวอย่าง 6 สารละลายกรด HA มีค่า Ka เป็น 6.8 x 10-4 สารละลายกรดนี้มีความเข้มข้น 1 โมล/ ลิตร สารละลายกรดนี้จะมีความเข้มข้นของ H3O+ เท่าใด

วิธีทำ          HA (aq) + H2O (l) H3O+ + A- (aq)

ต้น          1                                              0            0

ภาวะสมดุล 1 - x                                            x             x

ตัวอย่าง 7 ี่ 250C กรดแอซิติก (CH3COOH) เข้มข้น 0.1 โมล/ ลิตร แตกตัวได้ 1.34 % จงคำนวณหาความเข้มข้นของไฮโดรเนียมไอออน แอซิเตตไอออน และ Ka

วิธีทำ

0.1 mol/dm3 CH3COOH แตกตัวได้ 1.34 % หมายความว่า

CH3COOH 100 mol/dm3แตกตัวได้ = 1.34 mol/dm3

CH3COOH 0.1 mol/dm3 แตกตัวได้ = = 0.00134 mol/dm 3

               CH 3COOH + H3O H 3O+ + CH3COO-

ต้น                0.1                                    0                    0

ภาวะสมดุล 0.1- 0.00134                        0.00134       0.00134

ตัวอย่าง 8 จงคำนวณหาความเข้มข้นของ H+ , SO42- , และ HSO4-ของสารละลายกรด H2SO4 เข้มข้น 0.05 โมล/ ลิตร กำหนดค่า
Ka2 = 1.26 x 102-

วิธีทำ

กรด H2SO4เป็นกรดแก่แตกตัวได้ 100 % ในขั้นที่ 1

H2SO4 (aq) H+ (aq) + HSO4- (aq)

0.50 โมล/ ลิตร

鹷 2 HSO4-(aq) แตกตัวให้ H+ และ SO42-(aq) ดังนี้

HSO4- (aq) H+ (aq) + SO42-(aq)

ต้น 0.50                   0.50           0 ( ความเข้มข้นของ HSO4- และ H+ ได้จากการแตกตัว鹷ี่1)

ภาวะสมดุล 0.50-x          0.50+x       x

 ::Ѻҹ::

การแตกตัวของเบสอ่อน

     เบสอ่อนเมื่อละลายน้ำจะแตกตัวเป็นไอออนเพียงบางส่วน และปฏิกิริยาการแตกตัวของเบสอ่อน เป็นปฏิกิริยาที่ผันกลับได้ เช่น แอมโมเนีย เมื่อละลายน้ำจะมีภาวะสมดุลเกิดขึ้น ดังสมการ

NH3(aq) + H2O (l) NH4+ (aq) + OH- (aq)

Kb คือ ค่าคงที่สมดุลของเบส ค่า Kb นี้เป็นค่าคงที่และใช้เปรียบเทียบความแรงของเบสได้ เช่นเดียวกับค่า Ka

  • โมโนโปรติกเบส (monoprotic base) จะรับ H+ ได้ 1 ตัว และมีค่า Kb เพียงค่าเดียว เช่น NH3
  • โพลิโปรติกเบส (polyprotic base) จะรับ H+ ได้มากกว่า 1 ตัว และมีค่า Kb ได้หลายค่า เช่น ไฮดราซีน H2NNH2

H2NNH2+ H2O H2NNH3++ OH- ; Kb1 = 9.1 x 10-7

H2NNH3+ + H2O H3NNH3+ + OH- ; Kb2 = 1.0 x 10-15

 

ตาราง 1Ҥของเบสอ่อนบางตัว

นอกจาก การบอกปริมาณการแตกตัวของเบสอ่อน ในลักษณะของค่า Kb แล้วก็ยังสามารถบอกปริมาณการแตกตัวของเบสอ่อนได้ในลักษณะของเปอร์เซ็นต์ของการแตกตัว ดังนี

ตัวอย่างการคำนวณ

ตัวอย่าง 9 จงเขียนค่าคงที่สมดุลของเบสอ่อนต่อไปนี้ C6H5NH2 , N2H2

วิธีทำ

ตัวอย่าง 10 จงคำนวณหาความเข้มข้นของ OH - ในสารละลายแอมโมเนียเข้มข้น 0.200 โมล/ ลิตร กำหนดค่า K b = 1.77 x 10-5

Ըշ

ตัวอย่าง 11 เมื่อแอมโมเนียละลายจะแตกตัวให้ NH4+ และ OH- ถ้าแอมโมเนียจำนวน 0.106 โมล ละลายใน 1 ลิตร ภาวะสมดุลแตกตัวให้ NH4+ และ OH- เท่ากัน คือ 1.38 x 10-3 โมล จงหาค่าคงี่ของการแตกตัวของ NH3

วิธีทำ

ตัวอย่าง 12 สารละลาย NH3 0.10 โมล/ ลิตร แตกตัวให้ NH4+และ OH- = 1.88 x 10 -3 โมล/ ลิตร จะแตกตัวได้ี่เปอร์เซ็นต์ และถ้าสารละลายเบสเข้มข้น 0.20 โมล/ ลิตร จะแตกตัวได้ี่เปอร์เซ็นต์

วิธีทำ

กรณีสารละลายเบสเข้มข้น 0.2 โมล/ ลิตร

                                                                                                                                                  

 ::Ѻҹ::

  ͹˹ Ѻٺ¹