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

NGT x SaySci Ep.9 “กาแฟกระตุ้นให้เราตื่นได้อย่างไร?”

เคยสงสัยกันหรือไม่ว่าคาเฟอีนมีกลไกการทำงานอย่างไร? และการดื่มกาแฟจะมีผลเสียต่อร่างกายเราไหม ตลอดจนต้องดื่มแค่ไหนจึงจะเพียงพอ? ไปหาคำตอบกัน!

การแพร่ของสาร (Diffusion)

การแพร่ของสาร (Diffusion) คือการเคลื่อนที่ของโมเลกุลหรือการกระจายตัวของอนุภาคภายในสสาร จากบริเวณที่มีความเข้มข้นสูงไปยังบริเวณที่มีความเข้มข้นต่ำ โดยอาศัยพลังงานจลน์ (Kinetic Energy) ของโมเลกุลหรือไอออนของสาร ให้เกิดการกระจายตัวอย่างสม่ำเสมอ เพื่อสร้างสมดุลให้ทั้งสองบริเวณมีความเข้มข้นของสารเท่ากันหรือที่เรียกว่า “สมดุลของการแพร่” (Diffusion Equilibrium) โดยการแพร่นั้นเกิดขึ้นได้ในทุกสถานะของสสาร ทั้งของแข็ง ของเหลว และก๊าซ ในชีวิตประจำวันของเรามีตัวอย่างของกระบวนการแพร่เกิดขึ้นมากมาย เช่น การเติมน้ำตาลลงในกาแฟ การแพร่กระจายของกลิ่นน้ำหอม การฉีดพ่นยากันยุง การแช่อิ่มผลไม้ หรือแม้แต่การจุดธูปบูชาพระ เป็นต้น  ประเภทของการแพร่ 1. การแพร่ธรรมดา (Simple Diffusion) คือการเคลื่อนที่ของสาร โดยไม่อาศัยตัวพาหรือตัวช่วยขนส่ง (Carrier) ใดๆ เช่น การแพร่ของผงด่างทับทิมในน้ำ จนทำให้น้ำมีสีม่วงแดงทั่วทั้งภาชนะ การได้กลิ่นผงแป้ง หรือการได้กลิ่นน้ำหอม เป็นต้น 2.การแพร่โดยอาศัยตัวพา (Facilitated Diffusion) ซึ่งเกิดขึ้นเฉพาะในเซลล์ของสิ่งมีชีวิตเท่านั้น คือการเคลื่อนที่ของสารบางชนิดที่ไม่สามารถแพร่ผ่านเยื่อหุ้มเซลล์ได้โดยตรง จึงต้องอาศัยโปรตีนตัวพา (Protein Carrier) ที่ฝังอยู่บริเวณเยื่อหุ้มเซลล์ทำหน้าที่รับส่งโมเลกุลของสารเข้า-ออก โดยมีทิศทางการเคลื่อนที่จากบริเวณที่มีความเข้มข้นสูงไปยังบริเวณที่มีความเข้มข้นต่ำ เช่น การลำเลียงสารที่เซลล์ตับและเซลล์บุผิวลำไส้เล็ก หรือการเคลื่อนที่ของน้ำตาลกลูโคสเข้าสู่เซลล์กล้ามเนื้อ เป็นต้น  ปัจจัยที่มีผลต่อการแพร่ […]

สมองยามหลับใหล

สมองยามหลับใหล ผู้คนสมัยก่อนนอนหลับต่างจากเราในปัจจุบัน พวกเขาเข้านอนตอนพระอาทิตย์ตกและตื่นนอนตอนรุ่งสาง บ้างนอนกันเป็นกลุ่มๆ หรือนอนกันกลางแจ้งเพราะอากาศเย็นสบายกว่า และแสงอาทิตย์มีผลต่อรอบการนอน (circadian rhythm) โดยตรงมากกว่า เมื่อปี 2002 แครอล เวิร์ทแมน และเมลิซา เมลบีย์ จากมหาวิทยาลัยเอเมอรีตีพิมพ์ผลสำรวจเชิงเปรียบเทียบเกี่ยวกับพฤติกรรมการนอนหลับของผู้คนในหลากหลายวัฒนธรรม พวกเขาพบว่าในหมู่ชนเผ่าเก็บของป่าล่าสัตว์ “เส้นกั้นแบ่งระหว่างการนอนหลับและการตื่นลื่นไหลมาก” ไม่มีเวลาเข้านอนที่แน่นอนตายตัวและไม่มีใครบอกคนอื่นให้เข้านอน คนที่หลับอยู่จะตื่นเมื่อได้ยินเสียงพูดคุยหรือเสียงดนตรีขัดจังหวะขณะพักผ่อน พวกเขาอาจลุกขึ้นมาร่วมกิจกรรมนั้นแล้วหลับต่อ ปัจจุบันคงไม่มีใครในประเทศที่พัฒนาแล้วหลับแบบนี้เว้นแต่จะตั้งใจจริงๆ เราเข้านอนในเวลาที่ค่อนข้างตายตัว นอนคนเดียวหรือเป็นคู่ โดยเฉลี่ยแล้วเรานอนน้อยกว่าคนในศตวรรษที่แล้วราวหนึ่งชั่วโมงครึ่งในแต่ละคืน การนอนไม่หลับหรือการอดนอนที่แพร่ระบาดอยู่ในทุกวันนี้อาจเป็นเพียงเพราะเราไม่ใส่ใจความต้องการของร่างกาย พูดอีกนัยหนึ่งก็คือ เราปรับพฤติกรรมการนอนของเราให้เข้ากับวิถีชีวิตอันวุ่นวาย แทนที่จะปรับวิถีชีวิตให้เข้ากับการนอน จังหวะการนอนตามธรรมชาติของวัยรุ่นน่าจะเป็นว่าพวกเขาได้นอนตื่นสาย แต่เด็กๆ กลับต้องเข้าเรียนตอนแปดโมงเช้า ส่วนคนทำงานกะกลางคืนที่เข้านอนตอนเช้าต้องขับเคี่ยวกับจังหวะหรือท่วงทำนองที่มีมาแต่โบร่ำโบราณของร่างกาย ซึ่งสั่งการให้เราตื่นขึ้นเพื่อล่าสัตว์หรือหาของป่าในเวลาที่ท้องฟ้าเต็มไปด้วยแสงสว่าง แต่เขาหรือเธอกลับเลือกไม่ได้ คลิกดู กลไกของสมองยามหลับใหลแบบขยายใหญ่  เราต่อสู้กับแรงขับดันทางธรรมชาตินี้โดยเดิมพันกับสวัสดิภาพของเราเอง ชาร์ลส์ ไซส์เลอร์ จากกลุ่มศึกษาสุขภาพและความปลอดภัยในการทำงาน กล่าวว่า การไม่ได้นอนติดต่อกัน 24 ชั่วโมงหรือนอนเพียงคืนละ 5 ชั่วโมงติดต่อกันหนึ่งสัปดาห์มีค่าเท่ากับการมีแอลกอฮอล์ร้อยละ 0.1 อยู่ในกระแสเลือด แต่โลกธุรกิจสมัยใหม่กลับยกย่องการทำงานหามรุ่งหามค่ำของพนักงาน *บางส่วนจากสารคดี ความลับของการนอน เนชั่นแนล จีโอกราฟฟิก ฉบับเดือนพฤษภาคม […]

แพลทีเฮลมินธิส (Platyhelminthes)

แพลทีเฮลมินธิส (Platyhelminthes) คือ 1 ใน 9 หมวด หรือ “ไฟลัม” (Phylum) ของอาณาจักรสัตว์ (Kingdom Animalia) ในการจัดจำแนกสิ่งมีชีวิตตามอนุกรมวิธานวิทยา (Taxonomy) โดยสัตว์ในไฟลัมแพลทีเฮลมินธิสถูกเรียกรวมกันว่า “หนอนตัวแบน” (Flat Worms) ซึ่งปัจจุบันมีอยู่ราว 20,000 ชนิด อาศัยอยู่ทั้งบนบกและในน้ำ โดยที่ส่วนใหญ่มีการดำรงชีวิตแบบปรสิต (Parasites) หรือที่เรียกกันว่า “พยาธิ” และบางชนิดดำรงชีวิตอย่างอิสระ (Free Living) เช่น พลานาเรีย (Planarian) เป็นต้น  [คำว่า “แพลที” (Platy) มีความหมายว่า “แบน” และ “เฮลมินธ์” (Helminth) มีความหมายว่า “หนอน” ในภาษากรีก] ลักษณะสำคัญของสัตว์ในไฟลัม แพลทีเฮลมินธิส  มีเนื้อเยื่อที่แท้จริง แต่ไม่มีอวัยวะหรือระบบต่างๆ ภายในร่างกายที่สมบูรณ์ : เริ่มมีการรวมตัวของอวัยวะต่าง ๆ ตรงส่วนหัว (Cephalization) […]