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

ไนดาเรีย (Cnidaria) : ไฮดรา แมงกะพรุน และปะการัง

กลุ่มของสัตว์ลำตัวใส บางชนิดก็มีสีสันสวยงาม เหล่า ไนดาเรีย คือสัตว์ที่มีความหลากหลายมากที่สุดกลุ่มหนึ่งในท้องทะเล ซีเลนเทอราตา (Coelenterata) หรือในปัจจุบันถูกเรียกว่า ไนดาเรีย (Cnidaria) คือ หนึ่งในเก้าไฟลัมของอาณาจักรสัตว์ตามการจัดจำแนกสิ่งมีชีวิตด้วยหลักอนุกรมวิธานวิทยา (Taxonomy) สัตว์ในไฟลัมไนดาเรียส่วนใหญ่คือสัตว์ที่อาศัยอยู่ในทะเล ได้แก่ ปะการัง กัลปังหา ดอกไม้ทะเล และแมงกะพรุน โดยมีเพียงบางส่วนที่อาศัยอยู่ในแหล่งน้ำจืด เช่น ไฮดรา และแมงกะพรุนน้ำจืด ในปัจจุบัน สัตว์ในไฟลัมไนดาเรียมีอยู่ราว 9,000 ชนิด เป็นสิ่งมีชีวิตที่นับว่ามีวิวัฒนาการสูงขึ้นกว่าสัตว์ในไฟลัมพอริเฟอรา แต่ยังถือเป็นสิ่งมีชีวิตดึกดำบรรพ์หรือเหล่าบรรพบุรุษของสัตว์หลายเซลล์ที่มีเนื้อเยื่อที่แท้จริงทั้งหลาย  [คำว่า “ไนเดีย” (Cnidae) มีความหมายว่า “ต่อย” หรือ “ทำร้าย” ในภาษาละติน] ลักษณะสำคัญของสัตว์ในไฟลัมไนดาเรีย มีเนื้อเยื่อที่แท้จริง แต่ไม่มีอวัยวะหรือระบบต่าง ๆ ภายในร่างกายที่สมบูรณ์ : มีปากแต่ไม่มีทวารหนัก ดังนั้น ทั้งการกินอาหารและขับถ่ายล้วนอาศัยช่องทางเดินอาหารที่อยู่บริเวณกลางลำตัวที่เรียกว่า “แกสโทรวาสคูลาร์ คาวิตี” (Gastrovascular Cavity) ทำหน้าที่เป็นทั้งทางเดินอาหารและระบบหมุนเวียนสสาร โดยมีเซลล์ชนิดพิเศษหรือเซลล์ที่ทำหน้าที่ในการย่อยอาหาร (Nutritive Cell) ซึ่งแทรกอยู่ที่เนื้อเยื่อชั้นในทำหน้าที่ย่อยและดูดซึมสารอาหาร ก่อนส่งไปยังส่วนต่าง ๆ […]

ดาวอังคารในภาพถ่ายน่าทึ่งจากโครงการสำรวจอวกาศ

  ดาวอังคารเผยโฉมอย่างน่าตื่นตาในภาพถ่ายที่รวบรวมจาก 20 ปีที่องค์การนาซาส่งรถสำรวจขึ้นไปปฏิบัติงานบนพื้นผิวดาวอังคาร เรื่อง        แฮนนา แลง ภาพถ่าย   องค์การนาซา ย้อนหลังไปเมื่อปี 1997 ยานมาร์สพาทไฟน์เดอร์ (Mars Pathfinder) ลงจอดบนดาวอังคารและสำรวจพื้นผิวอยู่นานสามเดือน โดยวิเคราะห์บรรยากาศของดาวอังคารและสภาพภูมิอากาศ ตลอดจนประเมินองค์ประกอบของหินและดิน นับตั้งแต่ยานพาทไฟน์เดอร์เป็นต้นมา มียานหรือรถสำรวจของนาซาอีก 8 คัน/ลำ ได้สำรวจดาวอังคาร รถสำรวจสปิริตและออปพอร์ทูนิตีลงจอดบนพื้นผิวดาวอังคารเมื่อปี 2004 โดยมีภารกิจเสาะหาหลักฐานของน้ำ รถสำรวจทั้งสองถ่ายภาพหลายพันภาพของพื้นผิวหินของดาวอังคารและรวบรวมข้อมูลที่ทำให้นักวิจัยเชื่อว่า ครั้งหนึ่งดาวอังคารเคยเป็นดาวเคราะห์ชุ่มชื้น นับจากนั้น รถสำรวจสปิริตก็หยุดทำงาน ขณะที่รถสำรวจออปพอร์ทูนิตียังทำงานต่อไป รถสำรวจคิวริออซิตีซึ่งเป็นรถสำรวจขนาดใหญ่ที่สุดและก้าวหน้าที่สุดที่ส่งขึ้นไปยังดาวอังคารลงจอดเมื่อเดือนสิงหาคม ปี 2012 รถติดตั้งกล้องถ่ายภาพ 17 ตัว เครื่องยิงเลเซอร์ และหัวเจาะที่สามารถเก็บตัวอย่างฝุ่นหิน โดยหวังว่าจะพบหินที่ก่อตัวในน้ำ  เมื่อไม่นานมานี้ คิวริออซิตีได้ส่งรายละเอียดใหม่ๆ กลับมายังนาซาเกี่ยวกับสิ่งแวดล้อมทะเลสาบโบราณในบริเวณหุบอุกกาบาตเกล (Gale Crater) ของดาวอังคาร ในฤดูใบไม้ผลิปี 2018 นาซามีกำหนดส่งภารกิจอินไซต์ (Insight Mission) ขึ้นไปศึกษาพื้นที่ชั้นในของดาวอังคารและวางแผนจะส่งรถสำรวจอีกคันในปี 2020 เพื่อศึกษาสภาพแวดล้อมที่ครั้งหนึ่งอาจมีสภาพเอื้อต่อชีวิตขนาดเล็กจิ๋ว

รวมคำทำนายของสตีเฟน ฮอว์คิง อัจฉริยะแห่งยุคผู้ล่วงลับ

สตีเฟน ฮอว์คิง นักฟิสิกส์ผู้พลิกแนวคิดเกี่ยวกับหลุมดำ ได้ทำนายถึงอนาคตของโลกและมวลมนุษยชาติไว้หลายทฤษฎีด้วยกัน และนี่คือส่วนหนึ่งจากมุมมองของอัจฉริยะแห่งยุค

เหตุใดนิวตันจึงเชื่อว่า ดาวหางเป็นเหตุของน้ำท่วมโลก

แม้จะมีน้ำบนโลกและมีฝนตกลงมาทั้งวันทั้งคืนสี่สิบเก้าวัน ก็ยังไม่เพียงพอที่จะทำให้เกิดน้ำท่วมครั้งใหญ่ได้ ฉะนั้นแล้วต้องมีคำอธิบายทางวิทยาศาสตร์อื่นๆสำหรับเรื่องราวอุทกภัยครั้งยิ่งใหญ่นี้