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

วาฬเพชฌฆาตปะทะวาฬสีน้ำเงิน

ฝูงวาฬออร์การ่วมมือกันโจมตีสัตว์ที่มีขนาดใหญ่ที่สุดในโลก พวกมันคงไม่ได้กำลังล่าเหยื่อ เรื่อง ซาราห์ กิบเบ็นส์ เมื่อวันที่ 18 พฤษภาคม ที่เมืองมอนเตเรย์ รัฐแคลิฟอร์เนีย อากาศยานไร้คนขับหรือโดรน (drone) บันทึกภาพฝูงวาฬออร์การ่วมมือกันเข้าโจมตีวาฬสีน้ำเงิน วาฬออร์กาเป็นที่รู้จักอีกชื่อหนึ่งคือ วาฬเพชฌฆาต อาหารของพวกมันคือสัตว์เลี้ยงลูกด้วยนมที่อยู่ในทะเล เช่น โลมา และแมวน้ำ แต่ในกรณีนี้ ผู้ล่าที่น่าเกรงขามคงไม่ได้ตั้งใจที่จะต่อกรกับวาฬสีน้ำเงินตัวเต็มวัย ซึ่งถือว่าเป็นสัตว์ที่มีขนาดใหญ่ที่สุดบนโลก จากข้อมูลที่เคยบันทึกไว้ วาฬสีน้ำเงินมีความยาวลำตัวได้ถึงหนึ่งร้อยฟุต และหนักกว่า 200 ตัน จากภาพที่บันทึกได้ วาฬสีน้ำเงินสบัดตัวไปทางด้านข้างอย่างแรง คล้ายกับเป็นการสร้างกำแพงน้ำ และว่ายออกไปอย่างรวดเร็วให้พ้นวิถีของวาฬออร์กา แนนซี แบล็ก นักชีววิทยาทางทะเล กล่าว เธอบันทึกภาพเหตุการณ์นี้ได้จากดาดฟ้าเรือชมวาฬ เหตุผลที่แท้จริงเบื้องหลังการโจมตี “พวกมันอาจจะกำลังหยอกเล่นเฉยๆ ค่ะ” แบล็กกล่าว “วาฬออร์กาแหย่วาฬสีน้ำเงิน เหมือนอย่างที่แมวเล่นกับเหยื่อของมัน วาฬชนิดนี้มีนิสัยขี้เล่นและชอบเข้าสังคม” แบล็กดำเนินธุรกิจนำชมวาฬในชื่อ Monterey Bay Whale Watch ตลอด 25 ปีที่ผ่านมา เธอเฝ้าสังเกตวาฬออร์กาและสัตว์ชนิดอื่นๆ ในกลุ่มคีตาเชียน (สัตว์เลี้ยงลูกด้วยนมที่อยู่ในทะเล) แม้ว่าจะมีขนาดใหญ่กว่าวาฬออร์กา […]

ฤาตำนานน้ำท่วมโลกจะมาจากน้ำท่วมใหญ่ในยุคน้ำแข็ง

เป็นไปได้ว่าระดับน้ำทะเลที่เพิ่มสูงขึ้นจากธารน้ำแข็งละลายเมื่อหมื่นปีก่อน คือจุดเริ่มต้นของตำนานน้ำท่วมโลกที่คล้ายคลึงกันในหลายวัฒนธรรม

มารู้จัก เอนไซม์ ผู้ช่วยในระบบต่างๆ ของร่างกายเรา

เอนไซม์ นับว่าเป็นสารชีวโมเลกุลภายในเซลล์ที่สำคัญต่อการมีชีวิต ของทุกชีวิต เอนไซม์ (Enzyme) คือ สารชีวโมเลกุล (ส่วนใหญ่เป็นสารประกอบจำพวก โปรตีน) ที่ช่วยเร่งอัตรากาเกิดปฏิกิริยาเคมีซึ่งเกิดขึ้นภายในเซลล์ เอนไซม์มีความสำคัญต่อกระบวนการสำคัญๆ ในร่างกายของเรา เช่น ทำหน้าที่ในระบบย่อยอาหาร และกระบวนการสร้างและสลาย หรือเมแทบอลิซึม (Metabolism) เป็นต้น เอนไซม์เปรียบเสมือนกุญแจสำคัญที่ส่งเสริมการมีชีวิตของสิ่งมีชีวิตทุกชนิด ตั้งแต่ไซนาโนแบคทีเรีย จนถึงสัตว์เลี้ยงลูกกด้วยนม อีกความหมายหนึ่งคือ ถ้าหากสิ่งมีชีวิตขาดเอนไซม์ ร่างกายของจะอ่อนแอลงเรื่อยๆ และตายในที่สุด ดังนั้น เอนไซม์จึงเปรียบเหมือนผู้ช่วยในระบบต่างๆ ของร่างกาย ทำหน้าที่ ช่วยเร่งปฏิกิริยาเคมีที่จำเพาะ (Specific catalyst) ซึ่งจะทำงานร่วมกับสารชีวเคมีอื่น ได้แก่ โคเอนไซม์ (Co-enzymes) ซึ่งร่างกายได้รับจากสารอาหารจำพวกพวก วิตามิน และแร่ธาตุที่จำเป็นต่อร่างกาย แต่ถ้ามีเฉพาะวิตามิน และแร่ธาตุนั้น จะไม่สามารถกระตุ้นการทำงานภายในเซลล์ได้ หากไม่ได้ทำงานร่วมกับเอนไซม์ หลักการเร่งปฏิกิริยาของเอนไซม์ การเร่งปฏิกิริยาของเอนไซม์เริ่มจาก สารตั้งต้น (Substrate) เข้าจับกับเอนไซม์ที่ตำแหน่งกัมมันต์ หรือตำแหน่งที่เกิดปฏิกิริยา (active site) กลายเป็นสารประกอบเอนไซม์รวมกัมกับสารตั้งต้น (Enzyme-Substrate complex) และเกิดการเปลี่ยนสารตั้งต้นให้กลายเป็นผลผลิต […]