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

ค้นพบ กะท่าง ชนิดใหม่ล่าสุดของโลก ที่จังหวัดน่าน

ในอาณาจักรสัตว์ (Kingdom Animalia) ตั้งแต่ฟองน้ำจนถึงสัตว์มีกระดูกสันหลัง มีสัตว์อยู่จำนวนมากกว่าหนึ่งล้านชนิดที่มีการค้นพบแล้วในโลกนี้ สมาชิกของสัตว์ในแต่ละกลุ่มมีความแตกต่าง และมีเอกลักษณ์เฉพาะตัวที่เหมาะสมกับพื้นที่อาศัยนั้นๆ สัตว์กลุ่มหนึ่งที่น่าสนใจ คือสัตว์สะเทินน้ำสะเทินบก (Amphibians) เป็นสัตว์ที่มีวงจรชีวิตเปลี่ยนแปลงไปตามระยะการเจริญเติบโต หรือมีการเปลี่ยนแปลงรูปร่างก่อนกลายเป็นตัวเต็มวัย หรือ Metamorphosis เช่น ตัวอ่อนของกบและคางคกที่เรียกว่า ลูกอ๊อด อาศัยอยู่ในน้ำ และหายใจด้วยเหงือก ก่อนจะเปลี่ยนรูปร่าง และกลายมาเป็นกบหรือคางคกตัวเต็มวัย ที่อาศัยอยู่บนบก และหายใจด้วยปอดและผิวหนัง ปัจจุบัน ในประเทศไทยมีรายงานการค้นพบสัตว์สะเทินน้ำสะเทินบก 3 อันดับ (order) คืออันดับเขียดงู อันดับกบและคางคก และอันดับซาลาแมนเดอร์และนิวท์ สัตว์ในอันดับซาลาแมนเดอร์และนิวท์นั้นแบ่งรูปร่างได้ 2 แบบคือ ซาลาแมนเดอร์ (salamander) มีผิวหนังเรียบลื่นและมีร่องอยู่ระหว่างขาหน้าและขาหลัง และนิวท์ (newt) มีผิวหนังขรุขระและไม่มีร่องอยู่ระหว่างขาหน้าและขาหลัง เช่น กะท่างน้ำที่พบในประเทศไทย กะท่างน้ำมีรูปร่างคล้ายกับสัตว์เลื้อยคลานอย่างจิ้งจกหรือกิ้งก่า ทำให้มักถูกเข้าใจผิดคิดว่าเป็นพวกสัตว์เลื้อยคลาน ซึ่งความเข้าใจผิดนี้เองนำไปสู่การมีชื่อที่หลากหลายตามแต่ละท้องถิ่น เช่น กะท่างน้ำ (กะท่าง ภาษาอีสานแปลว่ากิ้งก่า) จระเข้น้ำ จิ้งจกน้ำ และจั๊กกิ้มน้ำ (จั๊กกิ้มภาษาเหนือแปลว่าจิ้งจก) เป็นต้น ลักษณะของกะท่างโดยทั่วไปมีขา […]

กลุ่มดาวแมงป่อง (Scorpius)

กลุ่มดาวแมงป่อง เป็นกลุ่มดาวเก่าแก่ที่ถูกค้นเมื่อ 3,000 ปีก่อน กลุ่มดาวแมงป่อง (Scorpius) เป็น 1 ใน 88 กลุ่มดาวสากล (Constellations) ของโลก และเป็นหนึ่งในสมาชิกกลุ่มดาวจักรราศี (Zodiac) บนซีกฟ้าใต้ หรือที่เรารู้จักกันในนามของ “กลุ่มดาวราศีพิจิก” ซึ่งปรากฏขึ้นบนเส้นทางการเคลื่อนที่ของดวงอาทิตย์ หรือ “สุริยะวิถี” (Ecliptic) ในช่วงเดือนพฤศจิกายนของทุกปี โดยครอบคลุมพื้นที่ราว 497 ตารางองศาหรือมีขนาดใหญ่เป็นลำดับที่ 33 ของกลุ่มดาวสากลทั้งหมด กลุ่มดาวแมงป่องเป็นกลุ่มดาวฤกษ์ที่สามารถพบเห็นได้เฉพาะในช่วงฤดูร้อนของฝั่งซีกโลกเหนือ หรือระหว่างเดือนกรกฎาคมถึงเดือนสิงหาคม แต่จะมองเห็นได้ชัดเจนที่สุดบนท้องฟ้าฝั่งซีกโลกใต้ ตั้งแต่เดือนมีนาคมถึงต้นเดือนตุลาคม นอกจากนี้ กลุ่มดาวแมงป่องยังเป็น 1 ใน 48 กลุ่มดาวดั้งเดิมที่ถูกจารึกอยู่ในบันทึกของปโตเลมี (Ptolemy) ในช่วงศตวรรษที่ 2 เช่นเดียวกับกลุ่มดาวหมีใหญ่อีกด้วย เป็นกลุ่มดาวเก่าแก่ที่ถูกค้นเมื่อ 3,000 ปีก่อน โดยชาวสุเมเรียน (Sumerian) ชาวกรีกโบราณและผู้คนทั่วไปเรียกกลุ่มดาวกลุ่มนี้ว่า “แมงป่อง” แต่ในอารยธรรมตะวันออก ชาวจีนโบราณเรียกกลุ่มดาวกลุ่มนี้ว่า “มังกรฟ้า” (Azure Dragon)  องค์ประกอบของกลุ่มดาวแมงป่อง กลุ่มดาวแมงป่องได้รับความสนใจจากผู้คนมานานหลายศตวรรษ […]

ฉลามหัวบาตร (Bull shark)

ฉลามหัวบาตร ผู้ล่าที่กลับมาปรากฏบนหน้าสื่ออีกครั้ง หลังจากการจู่โจมนักท่องเที่ยวที่กำลังว่ายน้ำในจังหวัดพังงา แม้ว่านักวิทยาศาสตร์ได้ระบุชนิดพันธุ์ของปลาฉลามที่พบบนโลกนี้มากกว่า 500 ชนิด แต่มีเพียงสามชนิดเท่านั้นที่มีรายงานการทำร้ายมนุษย์ ได้แก่ ฉลามขาว (Carcharodon carcharias) ฉลามเสือ (Galeocerdo cuvier) และ ฉลามหัวบาตร (Carcharhinus leucas) ในแง่ชีววิทยาจากคำกล่าวของผู้เชี่ยวชาญเกี่ยวกับฉลามหัวบาตร จัดว่าเป็นปลาฉลามที่อันตรายที่สุด เนื่องจากมีถิ่นที่อยู่อาศัยตามชายฝั่งที่ความลึกประมาณ 30 เมตร ซึ่งสามารถพบเจอกับมนุษย์ได้ง่าย “ปลาฉลามหัวบาตรอาศัยอยู่ในเขตน้ำตื้น ซึ่งหมายความว่ามีโอกาสอยู่ใกล้กับแหล่งกิจกรรมของมนุษย์ และพบเจอกับมนุษย์ที่กำลังว่ายน้ำในบริเวณนั้น” จอร์จ เบอร์จีส์ ผู้รวบรวมเหตุการณ์ปลาฉลามจู่โจมมนุษย์ ที่พิพิธภัณฑ์ธรรมชาติวิทยาในเกนส์วิลล์ กล่าว ปลาฉลามหัวบาตรสามารถปรับตัวให้อยู่ในน้ำจืดได้ บางครั้งพบในแม่น้ำใหญ่ที่ห่างจากทะเลนับร้อยกิโลเมตร เช่นแม่น้ำมิสซิสซิปปี แม่น้ำแอมะซอน แม่น้ำแซมบีซี แม่น้ำไทกริส  แม่น้ำแยงซี ทะเลสาบนิคารากัว โดยปลาฉลามชนิดนี้มักว่ายเข้ามาจากปากแม่น้ำที่ติดต่อกับทะเล มีรายงานพบอยู่ห่างจากทะเลมากที่สุด คือแม่น้ำแอมะซอนในทวีปอเมริกาใต้ ปลาฉลามหัวบาตรมีระบบการรักษาสมดุลเกลือในร่างกายที่สามารถปรับตัวให้อาศัยอยู่ในน้ำจืดได้ ด้วยต่อมบริเวณทวารหนักที่ทำหน้าที่เหมือนวาล์วเปิดปิดปัสสาวะ คอยควบคุมปริมาณเกลือให้สมดุลกับร่างกาย อีกทั้งการที่มีส่วนหัวขนาดใหญ่ทำให้ได้เปรียบกว่าปลาฉลามกินเนื้อชนิดอื่นๆ ด้วยการที่มีรูรับประสาทสัมผัสที่ส่วนจมูกมากกว่า ทำให้ปลาฉลามหัวบาตรรับรู้สนามไฟฟ้าได้เป็นอย่างดี จนสามารถรับรู้ได้ถึงเสียงหัวใจเต้นของมนุษย์ได้ อย่างไรก็ตาม ฉลามหัวบาตรยังไม่สามารถใช้ชีวิตได้อย่างสมบูรณ์ในน้ำจืด ยังคงต้องรับน้ำเค็มในบริเวณปากแม่น้ำเป็นระยะ กลยุทธ์การล่าอย่างหนึ่งของฉลามหัวบาตรคือว่ายวนอยู่ในบริเวณที่น้ำขุ่นและซุ่มโจมตี เนื่องจากเหยื่อที่อาศัยอยู่ในน้ำมีทัศนวิสัยไม่ชัดเจน […]