สารละลายกรดและเบส คืออะไร ในชีวิตประจำวันของเราเกี่ยวข้องอย่างไรกับกรดและเบส

ความเป็น กรดและเบส ของสารละลาย

สารละลาย กรดและเบส เรียกอีกชื่อหนึ่งว่า สารละลายอิเล็กโทรไลต์ (Electrolyte Solution)

ในทุกๆวัน มนุษย์เรามีโอกาสสัมผัสสารจำพวก กรดและเบส มากมาย ไม่ว่าจะเป็นผลไม้รสเปรี้ยว อย่างเช่น ส้มและมะนาว ซึ่งมีกรดซิตริก (Citric acid) เป็นองค์ประกอบหลักที่ทำให้ผลไม้เหล่านี้มีฤทธิ์เป็นกรด รวมไปถึงข้าวของเครื่องใช้ในชีวิตประจำวัน เช่น สบู่ ผงซักฟอก และน้ำยาล้างจาน ซึ่งถือเป็นสารประกอบที่มีฤทธิ์เป็นด่าง หรือสารที่มีคุณสมบัติเป็นเบส

กรดและเบส, สารละลาย, วิธีทดสอบกรดเบส

ในทางเคมี สารเหล่านี้เมื่อละลายน้ำจะมีคุณสมบัติในการนำไฟฟ้าได้ดี ดังนั้น สารละลายกรด – เบส ซึ่งเรียกอีกชื่อหนึ่งว่าสารละลายอิเล็กโทรไลต์ (Electrolyte Solution) คือสารละลายซึ่งมีตัวละลาย (Solute) ที่สามารถแตกตัวเป็นไอออนบวกและลบเคลื่อนที่อยู่ภายในสารละลาย ทำให้สารละลายดังกล่าวสามารถนำไฟฟ้าได้

กรดและเบส, สารละลาย, วิธีทดสอบกรดเบส

นิยามของกรด – เบส

จากการศึกษาค้นคว้าทางวิทยาศาสตร์มาเป็นเวลานานหลายศตวรรษ สารจำพวกกรด – เบสได้ถูกให้คำจำกัดความและพัฒนาตามทฤษฎีทั้ง 3 ดังนี้

  1. ทฤษฎีของอาร์เรเนียส : Arrhenius Concept (1887)

กรดคือสารละลายอิเล็กโทรไลต์ เมื่อละลายน้ำแล้ว แตกตัวให้ไฮโดรเจนไอออน (H+ หรือ H3O+) หรือโปรตอน

เบสคือสารละลายอิเล็กโทรไลต์ เมื่อละลายน้ำแล้ว แตกตัวให้ไฮดรอกไซด์ไอออน (OH)

ข้อจำกัด คืออธิบายได้เฉพาะสารที่สามารถละลายน้ำได้ และสารที่จะเป็นกรดได้ต้องมี H+ อยู่ในโมเลกุล ขณะที่สารซึ่งจะมีคุณสมบัติเป็นเบสได้ ต้องมี OH อยู่ในโมเลกุลเช่นเดียวกัน

  1. ทฤษฎีของเบรินเสตดและลาวรี : Bronsted – Lowry Concept (1923)

กรดคือสารที่สามารถให้โปรตอน (Proton Donor) แก่สารอื่น

เบสคือสารที่สามารถรับโปรตอน (Proton Acceptor) จากสารอื่น

ข้อจำกัด คือสารที่จะทำหน้าที่เป็นกรดได้ ต้องมีโปรตอนอยู่ในโมเลกุลของสารเท่านั้น

  1. ทฤษฎีของลิวอิส : Lewis Concept (1923)

กรดคือสารที่สามารถรับอิเล็กตรอนคู่โดดเดี่ยว (Electron Pair Acceptor) จากสารอื่น

เบสคือสารที่สามารถให้อิเล็กตรอนคู่โดดเดี่ยว (Electron Pair Donor) แก่สารอื่น

ข้อดี คือสามารถใช้อธิบายกรด – เบสตามทฤษฎีของอาร์เรเนียส รวมถึงทฤษฎีของเบรินเสตด – ลาวรีได้ อีกทั้งยังสามารถจำแนกกรด – เบสที่ไม่มี H+ หรือ OHอยู่ในองค์ประกอบของสารได้ และแม้ว่าสารดังกล่าวจะไม่ได้อยู่ในรูปของสารละลาย ก็ยังสามารถใช้ทฤษฎีของลิวอิสอธิบายได้อีกด้วย

 คุณสมบัติและประเภทของสารละลายกรด – เบส

  • กรด คือสารประกอบที่มีธาตุไฮโดรเจนเป็นองค์ประกอบหลัก เมื่อละลายน้ำแล้วสามารถแตกตัวให้ไฮโดรเจนไอออน (H+) โดยมีค่า pH ต่ำกว่า 7

คุณสมบัติ : มีรสเปรี้ยวและนำไฟฟ้าได้ดี มีสมบัติกัดกร่อนวัสดุต่างๆ ทั้งโลหะ ไม้ หินปูน กระดาษ และเนื้อเยื่อของร่างกาย เมื่อทำปฏิกิริยากับโลหะจะได้ก๊าซไฮโดรเจนซึ่งติดไฟได้ง่ายเป็นผลลัพธ์

กรดจำแนกออกเป็น 2 ประเภท ได้แก่

  1. กรดอินทรีย์ (Organic Acid) คือกรดที่ได้จากธรรมชาติหรือได้จากสิ่งมีชีวิต โดยมีหมู่ฟังก์ชัน -COOH เช่น กรดแอซีติก (Acetic Acid) หรือกรดน้ำส้ม กรดซิตริก (Citric Acid) หรือกรดมะนาว และกรดอะมิโน (Amino Acid) ที่มักพบในเนื้อสัตว์ ผลไม้เปลือกแข็ง และพืชตระกูลถั่ว
  2. กรดอนินทรีย์ (Inorganic Acid) คือกรดที่ได้จากแร่ธาตุหรือที่เรียกว่า “กรดแร่” มีความสามารถในการกัดกร่อนสูง เช่น กรดไฮโดรคลอริก (Hydrochloric Acid) หรือกรดเกลือ กรดไนตริก (Nitric Acid) หรือกรดดินประสิว และกรดซัลฟิวริก (Sulfuric Acid) หรือกรดกำมะถัน
  • เบส คือสารประกอบที่เมื่อละลายน้ำสามารถแตกตัวให้ไฮดรอกไซด์ไอออน (OH) โดยมีค่า pH สูงกว่า 7

คุณสมบัติ : เบสทุกชนิดมีรสฝาดเฝื่อน และเมื่อทำปฏิกิริยากับน้ำมันจะให้สารละลายที่มีฟองคล้ายสบู่เป็นผลลัพธ์ รวมไปถึงการทำปฏิกิริยากับกรดจะได้เกลือและน้ำเป็นผลลัพธ์

เบสจำแนกออกเป็น 2 ประเภท ได้แก่

  1. เบสอินทรีย์ (Organic Base) คือเบสที่ได้จากธรรมชาติ โดยมีหมู่ฟังก์ชัน -NH2 หรือสารประกอบเอมีน เช่น ก๊าซแอมโมเนีย ฮอร์โมนอะดรีนาลิน และนิโคติน เป็นต้น
  2. เบสอนินทรีย์ (Inorganic Base) คือเบสที่ได้จากสิ่งไม่มีชีวิต ซึ่งมักมีองค์ประกอบของ OH หรือสารประกอบไฮดรอกไซด์ ร่วมกับโลหะอยู่ในโมเลกุล เช่น โซดาไฟ หรือ โซเดียมไฮดรอกไซด์ (NaOH) ที่ใช้ทำสบู่ เป็นต้น

กรดและเบส, สารละลาย, วิธีทดสอบกรดเบส

การแตกตัวของสารละลายกรด-เบส

สารละลายอิเล็กโทรไลต์จำแนกออกเป็น 2 ประเภท ได้แก่

อิเล็กโทรไลต์แก่ คือสารละลายที่แตกตัวได้ทั้งหมด (100%) มีคุณสมบัติในการนำไฟฟ้าได้ดี

  • กรดแก่ (Strong Acid) คือกรดที่สามารถแตกตัวได้ 100% ในน้ำ เช่น HCl, H2SO4 และ HNO3 เป็นต้น
  • เบสแก่ (Strong Base) คือเบสที่สามารถแตกตัวได้ 100% ในน้ำ เช่น NaOH, LiOH และ Ba(OH)2 เป็นต้น

ดังนั้น การแตกตัวของกรดแก่และเบสแก่จะให้ผลลัพธ์เป็นไอออนทั้งหมดอยู่ในตัวทำละลาย ยกตัวอย่างเช่น การแตกตัวของกรดไฮโดรคลอริก

HCl + H2O → H3O+ และ Cl

โดยไม่มีกรดไฮโดรคลอริก หรือ HCl ซึ่งเป็นสารตั้งต้นเหลืออยู่อีกเลย

อิเล็กโทรไลต์อ่อน คือสารละลายที่แตกตัวได้ไม่หมด มีคุณสมบัติในการนำไฟฟ้าได้ต่ำ

  • กรดอ่อน (Weak Acid) คือกรดที่สามารถแตกตัวเป็นไอออนได้เพียงบางส่วน อย่างเช่น กรดแอซีติกหรือน้ำส้มสายชู (CH3COOH)
  • เบสอ่อน (Weak Base) คือเบสที่สามารถแตกตัวเป็นไอออนได้เพียงบางส่วน อย่างเช่น แอมโมเนีย (NH3)

การแตกตัวของกรดอ่อนและเบสอ่อนจึงสามารถก่อให้เกิดปฏิกิริยาย้อนกลับ เนื่องจากไอออนจากสารตั้งต้นไม่ได้แตกตัวทั้งหมดโดยสมบูรณ์ ซึ่งการผันกลับไปมาของสสารในตัวทำละลายตลอดเวลาสามารถก่อให้เกิดสมดุลที่เรียกว่า “สมดุลพลวัต” หรือ “สมดุลไดนามิก” (Dynamic Equilibrium) ยกตัวอย่างเช่น การแตกตัวของกรดแอซีติก

CH3COOH + H2O ⇌ CH3COO + H3O+

โดยที่สมดุลของปฏิกิริยาถูกแทนที่ด้วยสัญลักษณ์ ⇌

สืบค้นและเรียบเรียง
คัดคณัฐ ชื่นวงศ์อรุณ


 ข้อมูลอ้างอิง

สถาบันส่งเสริมการสอนวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยี (สสวท.) – https://www.scimath.org/lesson-chemistry/item/7071-2017-05-26-15-16-15

วิทยาลัยเทคนิคเชียงใหม่ – http://it.cmtc.ac.th/std2561/web/it1a/group1/Page/detailLearn/12_acid-basetheory.html

มหาวิทยาลัยมหิดล- https://il.mahidol.ac.th/e-media/acid-base/C3jum11.htm

โรงเรียนมหิดลวิทยานุสรณ์ – http://www.mwit.ac.th/~t2040113/data/Equilibrium/IonicEquilibrium.pdf


เรื่องอื่นๆ ที่น่าสนใจ: สารละลายในธรรมชาติ (Solutions)

สารละลาย

เรื่องแนะนำ

โลกซับซ้อนในมุมมองเรียบง่าย

เรื่อง วตา แซ่ตั้ง เครดิตภาพจาก vanity fair,imdb   ในตอนที่ โอเวน ซัสคายด์ เกิด เขาดูเหมือนเด็กคนอื่นทั่วๆ  ไป  จนกระทั่งเมื่ออายุ 3 ขวบครอบครัวของเขาสังเกตได้ถึงความผิดปกติบางอย่าง  เขาเริ่มไม่พูด ไม่สบตา ไม่มีการแสดงออกอย่างที่เคยเป็นมา  เด็กที่ร่าเริงของครอบครัวซัสคายด์หายไป  ทำให้พวกเขากังวลและพาโอเวนไปโรงพยาบาล  หมอตรวจพบว่าอาการที่โอเวนเป็นอยู่นั้น คือภาวะออทิซึม หรือโรคออทิสติก ซึ่งทำให้พัฒนาการทางการสื่อสารของเขาหยุดลง ครอบครัวของเขาใจสลาย  ก่อนภายหลังจะพบว่า การดูการ์ตูนของดิสนีย์ซึ่งเป็นกิจวัตรเดียวที่ครอบครัวทำร่วมกันได้จะช่วยนำโอเวนให้กลับมา นั่นคือเรื่องราวของครอบครัวซัสคายด์ที่ถูกบันทึกเป็นหนังสือที่ชื่อว่า Life, Animated: A Story of Sidekicks, Heroes, and Autism โดย รอน ซัสคายด์ พ่อของโอเวน  และภายหลังถูกนำมาสร้างเป็นภาพยนตร์สารคดีซึ่งได้คำตอบรับด้านบวกจากนักวิจารณ์ และเข้าชิงออสการ์ในสาขาภาพยนตร์สารคดียอดเยี่ยม ไม่ใช่ครั้งแรกที่โรคออทิสติกถูกนำมาพูดถึงบนจอเงิน  ในช่วงทศวรรษ 80 – 90 เป็นต้นมา มีหนังทั้งฮอลลี่วูดและหนังนอกกระแส ที่พยายามจะสอดแทรกตัวละครที่เป็นออทิสติกเข้ามา แต่บทบาทของพวกเขามักเป็นเพียงสีสัน หรืออุปสรรคให้กับเรื่องราวที่เกิดขึ้น ไม่ได้เพิ่มความเข้าใจเกี่ยวกับออทิสติกให้แก่ผู้ชมเท่าไหร่นัก […]

เหตุผลอันน่าประหลาดใจ ว่าทำไมหมีขั้วโลกต้องพึ่งพาน้ำแข็งทะเลเพื่ออยู่รอด

งานวิจัยชิ้นใหม่สำรวจความเชื่อมโยงชิ้นสำคัญในห่วงโซ่อาหารของเหล่า หมีขั้วโลก ทุกฤดูหนาว น้ำแข็งในทะเลอาร์กติกจะขยายตัวรอบขั้วโลก กิ่งก้านเยือกแข็งของมันแผ่ขยายไปตามแนวชายฝั่งทางเหนือ ขณะนี้ น้ำแข็งทะเลเพิ่งผ่านจุดที่ขยายตัวมากที่สุดในรอบปี และจะเริ่มหดตัวเมื่อฤดูใบไม้ผลิมาถึง นี่เป็นช่วงเวลาที่สำคัญสำหรับหมีขั้วโลก ซึ่งมีแหล่งอาหารที่เกี่ยวพันกับน้ำแข็งทะเลอย่างไม่อาจแยกขาดจากกันได้ และในช่วงหลายทศวรรษที่ผ่านมา น้ำแข็งทะเลหดตัวอย่างรวดเร็วกว่าที่เคยเป็นมา ข้อมูลจากศูนย์ข้อมูลด้านหิมะและน้ำแข็งแห่งชาติ (National Snow and Ice Data Center) ระบุว่า ในปี 2019 น้ำแข็งทะเลที่ปกคลุมอาร์กติก มีขนาดเล็กที่สุดเป็นอันดับเจ็ด นับตั้งแต่พวกเขาเริ่มเก็บข้อมูลจากดาวเทียมเมื่อ 40 ปีก่อน ในปีนี้ “[การหดตัวของน้ำแข็งทะเล] ไม่ได้สร้างสถิติใหม่ แต่สิ่งสำคัญคือแนวโน้ม” แอนดรูว์ เดโรเชอร์ (Andrew Derocher) นักวิทยาศาสตร์ด้านหมีขั้วโลกแห่งมหาวิทยาลัยแอลเบอร์ตา กล่าว “แนวโน้มเชิงลบของน้ำแข็งทะเลตลอดทุกเดือน เป็นสิ่งที่น่ากังวล” ฤดูใบไม้ผลิที่หนาวเย็นทำให้น้ำแข็งคงตัวอยู่ได้ ซึ่งทำให้หมีขั้วโลกสามารถเข้าถึงหนึ่งในอาหารโปรดอย่างแมวน้ำได้ง่ายขึ้น แต่ฤดูใบไม้ผลิที่อุ่นขึ้นทำให้เส้นทางหาอาหารที่สำคัญของพวกมันขาดหายไป “สำหรับ หมีขั้วโลก หมีตัวที่อ้วนที่สุดคือตัวที่อยู่รอด” เดโรเชอร์กล่าว หมีที่ตัวอ้วนกว่า มีโอกาสที่จะอยู่รอดในฤดูร้อนซึ่งไม่มีน้ำแข็งและไม่มีหรือแทบไม่มีแหล่งอาหาร มากกว่าตัวที่ผอม และหมีเพศเมียที่อ้วนกว่า ต้องการพลังงานเพื่อให้กำเนิดและเลี้ยงดูลูกให้มีสุขภาพดีได้โดยสมบูรณ์ “ไม่เคยมี หมีขั้วโลก ตัวไหนที่มองตัวเองในทะเลสาบที่ละลาย แล้วคิดว่านี่ฉันอ้วนเกินไปแล้วนะ” […]

พลังงานหมุนเวียน (Renewable Energy)

พลังงานหมุนเวียน เป็นอีกหนึ่งทางเลือกด้านพลังงานที่หลายประเทศหันมาใช้พลังงานด้านนี้อย่างจริงจัง พลังงานหมุนเวียน (Renewable Energy) คือพลังงานที่นำมาใช้เพื่อทดแทนน้ำมันเชื้อเพลิงหรือพลังงานรูปแบบดั้งเดิมจากเชื้อเพลิงฟอสซิล (Fossil Fuel) ซึ่งเป็นแหล่งพลังงานที่สร้างมลพิษต่อสิ่งแวดล้อมและก่อให้เกิดผลกระทบเป็นวงกว้างต่อสภาพภูมิอากาศและระบบนิเวศของโลก อีกทั้งยังเป็นแหล่งพลังงานที่กำลังจะหมดไปในอนาคตข้างหน้านี้ ขณะที่พลังงานหมุนเวียนเป็นพลังงานสะอาดจากธรรมชาติที่สามารถหมุนเวียนและนำกลับมาใช้ใหม่ได้อีกโดยไม่มีจำกัด ประเภทของพลังงานหมุนเวียน พลังงานแสงอาทิตย์ (Solar Energy) มนุษย์นำพลังงานจากดวงอาทิตย์มาใช้ในการผลิตกระแสไฟฟ้า ผ่านสิ่งประดิษฐ์ทางอิเล็กทรอนิกส์ที่เรียกว่า “เซลล์สุริยะ” (Solar Cell) ซึ่งสามารถผลิตกระแสไฟฟ้าและพลังงานความร้อนสำหรับบ้านเรือน รวมไปถึงภาคอุตสาหกรรมต่างๆ ข้อดี: เป็นแหล่งพลังงานขนาดใหญ่ที่ใช้ได้ไม่จำกัด เป็นมิตรต่อสิ่งแวดล้อม ไม่มีค่าใช้จ่ายในการซื้อเชื้อเพลิง ใช้ประโยชน์และดูแลรักษาง่าย อีกทั้งยังสามารถใช้งานได้ในพื้นที่ห่างไกล ข้อจำกัด: ความเข้มของแสงอาทิตย์ไม่คงที่และอยู่นอกเหนือการควบคุมของมนุษย์ มีค่าใช้จ่ายสูงในการติดตั้ง และอุปกรณ์บางส่วนมีอายุการใช้งานต่ำ เช่น แบตเตอรี่ที่ใช้เก็บพลังงานจากแสงอาทิตย์ พลังงานลม (Wind Energy) กระแสลมเป็นหนึ่งในแหล่งพลังงานที่เก่าแก่ที่สุด ซึ่งมนุษย์นำมาใช้ประโยชน์ตั้งแต่เมื่อกว่า 5,000 ปีก่อน เป็นพลังงานธรรมชาติที่นำใช้เพื่อการออกแบบและสร้างเรือใบ หรือแม้แต่การประดิษฐ์กังหันลมเพื่อทดน้ำหรือบดธัญพืช ขณะที่ในปัจจุบัน เรานำพลังงานลมมาใช้ผลิตกระแสไฟฟ้า ผ่านการทำงานของกังหันลมขนาดใหญ่ที่ติดตั้งตามแนวชายฝั่งหรือตามหุบเขาสูง พลังงานลมเป็นแหล่งพลังงานที่กำลังได้รับความนิยมเป็นอย่างมากในหลายประเทศทั่วโลกในช่วง 10 ปีที่ผ่านมา ข้อดี: ไม่มีค่าใช้จ่ายในการซื้อเชื้อเพลิง ไม่ก่อให้เกิดการปล่อยสารพิษหรือมลพิษในสิ่งแวดล้อม ข้อจำกัด: ความไม่สม่ำเสมอของความเร็วลมที่แปรผันตามธรรมชาติส่งผลให้พลังงานลมเหมาะสมในพื้นที่เฉพาะที่มีกระแสลมแรงต่อเนื่อง เช่น […]