การแตกตัวของกรดแก่และเบสแก่

การแตกตัวของกรดแก่

กรดแก่  หมายถึงกรดที่เมื่อละลายน้ำแล้วสามารถแตกตัวเป็นไอออนได้ 100 %

     ให้สังเกตการแตกตัวของกรดแก่ HCl เปรียบเทียบกับการแตกตัวของกรดอ่อน HF ซึ่งการแตกตัวเป็นดังสมการ

HCl(aq)  ——->   H ⁺(aq)      +    Cl^–(aq)

0.1 mol/dm³     0.1 mol/dm³     0.1 mol/dm³

HF(aq)       H ⁺(aq)     +     F^–(aq)

0.1  mol/dm³      x mol/dm³         x  mol/dm³

ตัวอย่างกรดแก่สามัญ ได้แก่

สูตรเคมี	ชื่อกรด
HCl	ไฮโดรคลอริก(hydrochloric acid)
HBr	ไฮโดรโบรมิก(hydrobromic acid)
HI	ไฮโดรไอโอดิก(hydroiodic acid)
HNO3	ไนตริก(nitric acid)
HClO4	เปอร์คลอริก(perchloric acid)
H2SO4	ซัลฟิวริก(sulfuric acid)

กรด  HCl  HBr  HI   HNO₃  HClO₄  เป็นกรดที่ 1 โมเลกุลสามารถแตกตัวให้ 1 H⁺ เรียกกรดที่ 1 โมเลกุลแตกตัวให้ 1 H⁺ นี้ว่ากรดมอนอโปรติก(monoprotic) ซึ่งการแตกตัวของกรดแก่มอนอโปรติก  จะมีลักษณะคล้ายกันคือแตกตัวให้ H⁺(ซึ่งรวมกับน้ำกลายเป็นไฮโดรเนียมไอออน(H₃O⁺)) และไอออนลบที่มีความเข้มข้นเท่ากันและเท่ากับความเข้มข้นของกรด ดังสมการ

HA(aq)      +   H₂O(l)   —–>  A^–(aq)   +    H₃O⁺(aq)

ตัวอย่าง             HClO₄(aq)  +   H₂O(l)  —–>  ClO₄^–(aq)   +    H₃O⁺(aq)

                                      2 mol                                 2  mol              2  mol

                                   0.5 mol/dm³                    0.5 mol/dm³     0.5 mol/dm³

                            HNO₃(aq)  +   H₂O(l)  —–>  NO₃^–(aq)   +    H₃O⁺(aq)

3 mol                                  3  mol             3 mol

0.6 mol/dm³                       0.6 mol/dm³     0.6 mol/dm³

สรุป กรดแก่มอนอโปรติกความเข้มข้นของไฮโดรเนียม =  ความเข้มข้นของกรด                                                       หรือ  [H3O+]      =  [HA]

กรณีกรดแก่  H₂SO₄  เป็นกรดที่ 1 โมเลกุลสามารถแตกตัวให้ H⁺ ได้ 2 ไอออนซึ่งเรียกว่ากรด diprotic   ซึ่งกรดที่สามารถแตกตัวให้ H⁺ หลายไอออนอาจเรียกรวมๆ ว่ากรด polyprotic กรด H₂SO₄  สามารถแตกตัวได้ 2 ขั้น ดังนี้

ขั้นที่  1  H₂SO₄ เป็นกรดแก่แตกตัวได้ 100%

H₂SO₄     +     H₂O         —–>      HSO₄^–      +      H₃O⁺

2 mol                                          2 mol               2 mol

0.3 mol/dm³                               0.3 mol/dm³      0.3 mol/dm³ 

ขั้นที่  2   HSO₄^–   เป็นกรดอ่อนจะแตกตัวบางส่วนเกิดภาวะสมดุล ความสัมพันธ์ระหว่างความเข้มข้นของสาร ณ ภาวะสมดุลเป็นดังนี้

HSO₄^–     +     H₂O                               SO₄^2-       +      H₃O⁺

0.3-x mol/dm³                               x mol/dm³        x mol/dm³           

แต่ในระดับมัธยม มักกำหนดให้  H₂SO₄  แตกตัว 100%  จึงเขียนสมการและความสัมพันธ์ระหว่างโมลหรือความเข้มข้นของสารดังนี้

H₂SO₄     +     2H₂O        —–>      SO₄^2-               +            2H₃O⁺

2 mol                                           2 mol                             4 mol

0.3 mol/dm³                               0.3 mol/dm³                0.6 mol/dm³  

0.625×10^-4  mol/dm³            0.625×10^-4  mol/dm³          1.25×10^-4  mol/dm³ 

ดังนั้น   ความเข้มข้นของไฮโดรเนียม =  2 เท่าของความเข้มข้น H2SO4                        หรือ      [H3O+]      =  2[H2SO4]

การแตกตัวของเบสแก่

เบสแก่  หมายถึงเบสที่เมื่อละลายน้ำแล้วสามารถแตกตัวเป็นไอออนได้ 100 %

ตัวอย่างเบสแก่ ได้แก่  

สูตรเคมี	ชื่อเบส
LiOH	ลิเทียมไฮดรอกไซด์(lithium hydroxide)
NaOH	โซเดียมไฮดอรกไซด์ (sodium hydroxide)
KOH	โพแตสเซียมไฮดรอกไซด์(potassium hydroxide)
RbOH	รูบิเดียมไฮดรอกไซด์(rubidium hydroxide )
CsOH	ซีเซียมไฮดรอกไซด์(caesium hydroxide)
Ca(OH)2	แคลเซียมไฮดรอกไซด์(calcium hydroxide)
Ba(OH)2	แบเรียมไฮดรอกไซด์(balium hydroxide)
Sr(OH)2	สทรอนเชียมไฮดรอกไซด์(strontrium hydroxide)

สารประกอบไฮดรอกไซด์ของธาตุหมู่ 1  ซึ่งมีสูตรทั่วไป XOH  เมื่อละลายน้ำจะแตกตัวให้ไอออนบวกและไฮดรอกไซด์ไอออน โดยโมลหรือความเข้มข้นของไอออนบวก ไฮดรอกไซด์ไอออนและเบสจะเท่ากัน ดังสมการ

XOH(aq)     ——>    X⁺(aq)     +   OH^–(aq)

ตัวอย่าง        NaOH(aq)    ——>   Na⁺(aq)   +   OH^–(aq)

KOH(aq)     ——>    K⁺(aq)     +   OH^–(aq)

2 mol                     2 mol            2 mol

0.5 mol/dm³             0.5 mol/dm³   0.5 mol/dm³

สรุป สำหรับเบสแก่  XOH

[OH–]  =   [XOH–]

สารประกอบไฮดรอกไซด์ของธาตุหมู่ 2  ซึ่งมีสูตรทั่วไป Y(OH)₂  เมื่อละลายน้ำจะแตกตัวให้ไอออนบวกและไฮดรอกไซด์ไอออน โดยโมลหรือความเข้มข้นของไฮดรอกไซด์ไอออนจะเป็นสองเท่าของโมลหรือความเข้มข้นของไอออนบวกและเบส  ดังสมการ

Y(OH)₂(aq)     ——>    Y²⁺(aq)           +       2OH^–(aq)

ตัวอย่าง           Ca(OH)₂(aq)    ——>    Ca²⁺(aq)          +       2OH^–(aq)

Ba(OH)₂(aq)    ——>    Ba²⁺(aq)          +       2OH^–(aq)

2 mol                          2 mol                       4 mol

0.3 mol/dm³                  0.3 mol/dm³              0.6 mol/dm³  

0.25×10^-4 mol/dm³         0.25×10^-4 mol/dm³     0.50×10^-4 mol/dm³

สรุป สำหรับเบส Y(OH)₂

[OH–]      =   2[Y(OH)2]

ตัวอย่างการคำนวณเกี่ยวกับการแตกตัวของกรดแก่และเบสแก่

ตัวอย่างที่ 1 จงคำนวณหา [H₃O⁺] , [NO₃^–] ในสารละลาย 0.015 M HNO₃

     วิธีทำ                      HNO₃ +H₂O   →   H₃O⁺ + NO₃^–

0.015

เพราะฉะนั้น [H₃O⁺] = [NO₃^–] = 0.015 โมล/ ลิตร

ตัวอย่างที่ 2 ถ้า KOH 0.1 โมล ละลายน้ำและสารละลายมีปริมาตร 2 ลิตร ในสารละลาย

จะมีไอออนใดบ้างอย่างละกี่โมลต่อลิตร

      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

ตัวอย่างที่ 3 สารละลายกรดแก่ (HA) 250 ลูกบาศก์เซนติเมตร มีปริมาณ H₃O⁺ ไอออน 0.05 โมล สารละลายนี้มีความเข้มข้นเท่าใด ถ้าเติมกรดนี้ลงไปอีก 0.2 โมล โดยที่สารละลายมีปริมาตรคงเดิม สารละลายที่ได้จะมีความเข้มข้นเท่าใด

     วิธีทำ                      HA   →  H₃O⁺ (aq) + A^– (aq)

0.05 โมล/ 250 cm³

สารละลาย HA 250 cm³ มี HA 0.05 โมล

สารละลาย HA1000cm³มี HA = = 0.20โมล

เพราะฉะนั้นสารละลายที่ได้มีความเข้มข้น0.20โมล/ ลิตร

ถ้าเติมกรดอีก 0.2 โมล

สารละลายมี HA รวมทั้งหมด = 0.05 + 0.2 = 0.25 โมล

สารละลาย HA 250 cm³มี HA 0.25 โมล

สารละลายHA1000cm³มี HA = = 1.00 โมล

เพราะฉะนั้นสารละลายที่ได้มีความเข้มข้น1.00โมล/ ลิตร

ตัวอย่างที่ 4 จงหาความเข้มข้นของ OH^– ที่เกิดจากการเอา NaOH 10.0 กรัม ละลายในน้ำทำเป็นสารละลาย 0.2 dm³ (Na = 23, O = 16, H = 1)

วิธีทำ      จำนวนโมลของ NaOH = = 0.25 mol

สารละลาย 0.2 dm³ มีเนื้อของ NaOH = 0.25 โมล

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

เพราะฉะนั้นสารละลายมีความเข้มข้น 1.25 โมล/ ลิตร

และปฏิกิริยาการแตกตัวของ NaOH เป็นดังนี้

NaOH (aq)   →   Na⁺ (aq) + OH^– (aq)

1.25 โมล           1.25 โมล       1.25 โมล

เพราะฉะนั้นความเข้มข้นของ  OH^– = 1.25โมล/ ลิตร