หน่วยที่ 6: กรด-เบส และ pH (Acids, Bases, and pH)
กรด (Acids) และเบส (Bases) เป็นสองประเภทของสารเคมีที่มีความสำคัญในชีวิตประจำวันและในกระบวนการทางเคมีมากมาย ความเป็นกรด-เบสของสารสามารถวัดได้โดยค่า pH ซึ่งเป็นเครื่องมือสำคัญในการตรวจสอบความเข้มข้นของไฮโดรเจนไอออนในสารละลาย การเข้าใจการคำนวณค่า pH และสมบัติของกรดและเบสเป็นสิ่งจำเป็นในการทำความเข้าใจปฏิกิริยาเคมีต่าง ๆ ที่เกิดขึ้นทั้งในธรรมชาติและอุตสาหกรรม
6.1 กรด-เบสและการคำนวณค่า pH (Acids, Bases, and pH Calculation)
กรด (Acid) เป็นสารที่สามารถปล่อยไฮโดรเจนไอออน (\(H^+\)) ออกมาในสารละลาย ในขณะที่เบส (Base) เป็นสารที่สามารถรับไฮโดรเจนไอออนหรือปล่อยไฮดรอกไซด์ไอออน (\(OH^-\)) ออกมาในสารละลาย ความเป็นกรดหรือเบสของสารวัดได้จากค่า pH ซึ่งคำนวณจากความเข้มข้นของไฮโดรเจนไอออน (\([H^+]\)) ในสารละลาย
สูตรในการคำนวณค่า pH คือ
\[ pH = -\log [H^+] \]
ค่า pH มีช่วงตั้งแต่ 0 ถึง 14 โดย
- ถ้า \(pH < 7\), สารนั้นเป็นกรด
- ถ้า \(pH = 7\), สารนั้นเป็นกลาง
- ถ้า \(pH > 7\), สารนั้นเป็นเบส
ตัวอย่างการคำนวณค่า pH
ถ้าความเข้มข้นของไฮโดรเจนไอออนในสารละลายคือ \(1 \times 10^{-3} \, \text{mol/L}\), ค่า pH จะคำนวณได้ดังนี้
\[ pH = -\log [1 \times 10^{-3}] = 3 \]
ดังนั้น สารละลายนี้เป็นกรด เนื่องจากมีค่า pH น้อยกว่า 7
สมบัติของกรดและเบส
- กรด กรดมีรสเปรี้ยว ทำปฏิกิริยากับโลหะบางชนิดเกิดเป็นก๊าซไฮโดรเจน (\(H_2\)) และสามารถทำให้สารอินดิเคเตอร์เปลี่ยนสี ตัวอย่างเช่น กรดไฮโดรคลอริก (\(HCl\)) และกรดซัลฟิวริก (\(H_2SO_4\))
- เบส เบสมีรสขมและสัมผัสลื่น ทำปฏิกิริยากับกรดเกิดเป็นน้ำและเกลือ เบสสามารถทำให้สารอินดิเคเตอร์เปลี่ยนสีได้เช่นกัน ตัวอย่างเช่น โซเดียมไฮดรอกไซด์ (\(NaOH\)) และแอมโมเนีย (\(NH_3\))
การคำนวณค่า pOH
นอกจากค่า pH แล้ว ยังมีการคำนวณค่า pOH เพื่อใช้ในการวัดความเข้มข้นของไฮดรอกไซด์ไอออนในสารละลาย สูตรในการคำนวณค่า pOH คือ
\[ pOH = -\log [OH^-] \]
และความสัมพันธ์ระหว่างค่า pH และ pOH คือ
\[ pH + pOH = 14 \]
ดังนั้น ถ้าเราทราบค่า pOH เราสามารถคำนวณค่า pH ได้จากสมการนี้
การคำนวณค่า pH เป็นวิธีที่สำคัญในการวัดความเป็นกรดหรือเบสของสารละลาย การเข้าใจสมบัติของกรดและเบสและวิธีการคำนวณค่า pH ช่วยให้เราสามารถประยุกต์ใช้ความรู้นี้ในกระบวนการต่าง ๆ เช่น การควบคุมคุณภาพน้ำ การพัฒนาผลิตภัณฑ์เคมี และการวิเคราะห์ทางเคมี
