กรด-เบส (ปฏิกิริยาไฮโดรลิซิส)

     9.3ปฏิกิริยาไฮโดรลิซิส

ไฮโดรไลซีส  หมายถึง ปฏิกิริยาระหว่างสาร(เกลือ) กับน้ำ

       ไฮโดรไลซีสของเกลือ หมายถึง ปฏิกิริยาระหว่างเกลือกับน้ำ เกลือเป็นอิเล็กโทรไลต์แก่ เมื่อเกลือละลายในน้ำ เกลือจะแตกตัวออกเป็นไอออนบวกและไอออนลบทั้งหมด ดังนั้น สมบัติของสารละลายของเกลือ จึงขึ้นอยู่กับไอออนบวกและไอออนลบในสารละลายนั้น ไอออนบางตัวสามารถที่จะทำปฏิกิริยากับน้ำและให้ H⁺ หรือ OH^- ได้ ปฏิกิริยานี้จึงเรียกว่า ปฏิกิริยาไฮโดรไลซีส   

            1. การไฮโดรไลซีสของเกลือที่เกิดจากกรดแก่และเบสแก่

            เกลือประเภทนี้เมื่อละลายในน้ำจะไม่เกิดปฏิกิริยาไฮโดรไลซีสกับน้ำ ทั้งนี้เพราะ ทั้งไอออนบวกที่มาจากเบสแก่ และไอออนลบที่มจากกรดแก่ ต่างก็ไม่ทำปฏิกิริยากับน้ำ เช่น  NaCl  เมื่อละลายน้ำได้ Na⁺  และ Cl^-  ทั้ง Na⁺  ซึ่งมาจากเบสแก่ และ Cl^-  ซึ่งมาจากกรดแก่  HCl  จะไม่ทำปฏิกิริยากับน้ำ ไม่มีผลต่อค่า  pH ของสารละลาย สารละลายจึงเป็นกลาง คือมี [H₃O⁺]  และ [OH^-]  ที่แตกตัวจากน้ำมีปริมาณเท่ากัน  pH  ของสารละลายเท่ากับ  7

            2. การไฮโดรไลซีสของเกลือที่เกิดจากกรดอ่อนกับเบสแก่

            เกลือประเภทนี้เมื่อละลายน้ำจะได้ไอออนลบที่มาจากกรดอ่อนที่มีสมบัติเป็นคู่เบสที่แรงพอสมควร  ไอออนลบที่เกิดขึ้นจะเกิดปฏิกิริยาไฮโดรไลซีสกับน้ำได้  OH^- ไอออนทำให้สารละลายแสดงสมบัติความเป็นเบส

            ตัวอย่างเช่น  NaClO เมื่อละลายน้ำจะให้  Na⁺  และ ClO^- ดังนี้

                        NaClO (s)   ฎ   Na⁺ (aq)    +  ClO^- (aq)

            ClO^-  จะเกิดปฏิกิริยาไฮโดรไลซีส โดยรับโปรตอนจากน้ำได้เป็น  HClO และ OH^- ตามสมการ

                        ClO^- (aq)  +  H₂O (l)   HClO (aq)   +   OH^- (aq)

            สำหรับ  Na⁺ (aq) ไอออน ซึ่งมาจากเบสแก่ NaOH  ไม่เกิดการไฮโดรไลซีส

            ดังนั้นสารละลายที่เกิดจากการละลายของเกลือ NaClO ในน้ำแล้วเกิดการไฮโดรไลซีสของ ClO^- (aq) จะได้ OH^-  ไอออน จึงแสดงสมบัติเป็นเบส   pH  ของสารละลายมีค่ามากกว่า  7

            3. การไฮโดรไลซีสของเกลือที่เกิดจากกรดแก่กับเบสอ่อน

            เกลือประเภทนี้เมื่อละลายน้ำจะให้ไอออนบวกที่มาจากเบสที่เป็นคู่กรด ที่มีความแรงพอสมควร ไอออนบวกนี้จะเกิดปฏิกิริยาไฮโดรไลซีสกับน้ำให้  H₃O⁺ ทำให้สารละลายแสดงสมบัติเป็นกรด

            ส่วนไอออนลบซึ่งมาจากกรดแก่ ไม่เกิดปฏิกิริยาไฮโดรไลซีส  ตัวอย่างเช่น

            NH₄Cl  ซึ่งเกิดจากกรดแก่ HCl  กับเบสอ่อน  NH₃

                        NH₄Cl  แตกตัวในน้ำได้  NH₄⁺  และ Cl^-  ทั้งหมด

                                    NH₄Cl (aq)   ฎ  NH₄⁺ (aq)   +  Cl^- (aq)

                        Cl^-  ไม่เกิดการไฮโดรไลซีส  แต่   NH₄⁺ เกิดไฮโดรไลซีส  โดย  NH₄⁺ จะให้โปรตอนกับ  H₂O  ได้เป็น  NH₃ (aq)  และ  H₃O (aq)  ดังสมการ

                        NH₄⁺ (aq)  +  H₂O (l)   NH₃ (aq)  +  H₃O⁺ (aq)

            จะเห็นได้ว่าผลจากการไฮโดรไลซีสของ NH₄Cl จะได้ H₃O⁺  ดังนั้นสารละลายของเกลือ NH₄Cl จึงแสดงสมบัติเป็นกรด  pH  ของสารละลายมีค่าน้อยกว่า  7

            4.การไฮโดรไลซีสของเกลือที่เกิดจากกรดอ่อนและเบสอ่อน

            เกลือประเภทนี้เมื่อละลายน้ำได้ไอออนบวกและไอออนลบ ซึ่งไอออนทั้งสองนี้ สามารถเกิดปฏิกิริยาไฮโดรไลซีสได้ทั้งคู่  ไอออนบวกของเกลือจะเกิดปฏิกิริยาไฮโดรไลซีสได้  H₃O⁺  ส่วนไอออนลบได้ OH^-  ดังนั้นความเป็นกรด-เบสของสารละลายจึงขึ้นอยู่กับว่าไอออนบวกหรือไอออนลบเกิดปฏิกิริยาการไฮโดรไลซีสได้ดีกว่ากัน  โดยพิจารณาจากค่าคงที่ของการแตกตัวของคู่เบส (K_b) (ไอออนลบ) หรือค่าคงที่การแตกตัวของคู่กรด  K_a (ไอออนบวก)

            เนื่องจาก ค่า  K_b >  K_a  ดังนั้นแสดงว่า  CN^-  เกิดปฏิกิริยาไฮโดรไลซีสให้  OH^-  ได้ดีกว่า NH₄⁺  ดังนั้น  [OH^-]  >  [H₃O⁺]  สารละลายของเกลือ NH₄CN  จึงแสดงสมบัติเป็นเบส  pH  มีค่ามากกว่า  7

            5.การไฮโดรไลซีสของไอออนลบของเกลือที่เกิดจากกรดพอลิโปรติก

            ไอออนลบของเกลือที่เกิดจากกรดพอลิโปรติก เช่น  CO₃^2-  ,  PO₄^3-  สามารถเกิดปฏิกิริยาการไฮโดรไลซีสได้หลายขั้น เนื่องจากสามารถรับ  H⁺  จาก  H₂O  ได้มากกว่า  1  โปรตอน  เช่น

            ปฏิกิริยาการไฮโดรไลซีสของเกลือ  Na₂CO₃ (s)

            เมื่อ เกลือ  Na₂CO₃ (s) ละลายน้ำ จะเกิดการแตกตัวเป็นไอออนได้หมด คือ

                        Na₂CO₃ (s)   ฎ   Na⁺ (aq)   +  CO₃^2-  (aq) 

            Na⁺  ไม่เกิดปฏิกิริยาไฮโดรไลซีส เนื่องจากมาจาก เบสแก่ NaOH

            CO₃^2- (aq)  เกิดปฏิกิริยาการไฮโดรไลซีสได้ 2 ขั้นตอนดังนี้

                        CO₃^2- (aq) +  H₂O (l)     HCO₃^- (aq)   +  OH^- (aq)

และ                 HCO₃^- (aq) +  H₂O (l)     H₂CO₃ (aq)   +  OH^- (aq)

            1.4.การคำนวณเกี่ยวกับการไฮโดรไลซีสของเกลือแบบต่างๆ

            จากที่กล่าวมาแล้ว เกลือที่เกิดจากปฏิกิริยาระหว่างกรดและเบสนั้น อาจเกิดหรือไม่เกิดปฏิกิริยาไฮโดรไลซีสก็ได้ขึ้นอยู่กับชนิดของเกลือ

            1.การคำนวณเกี่ยวกับเกลือที่เกิดจากกรดแก่และเบสแก่

            เกลือชนิดนี้ไม่เกิดปฏิกิริยาไฮโดรไลซีสสารละลายแสดงสมบัติเป็นกลาง

            2.การคำนวณเกี่ยวกับเกลือที่เกิดจากกรดอ่อนและเบสอ่อน เช่น CH₃COoNa  เกลือชนิดนี้แตกตัวให้ไอออนลบที่สามารถเกิดปฏิกิริยาไฮโดรไลซีสได้ 

                        CH₃COONa  แตกตัว  100 %  ได้  CH₃COO^- (aq)  และ  Na⁺ (aq)

                                    CH₃COONa (aq)  ฎ  CH₃COO^- (aq)  +  Na⁺ (aq)

                        CH₃COO^- ที่ได้ก็คือเบสอ่อน ซึ่งสามารถรับโปรตอนจากน้ำได้เป็นกรดแอซิติก และได้ OH^- ซึ่งมาจากการที่โมเลกุลของน้ำที่ให้โปรตอน ทำให้สารละลายเป็นเบส

                        CH₃COO^- (aq)   +   H₂O (l)     CH₃COOH (aq)  +  OH^- (aq)

            

            3.การคำนวณเกี่ยวกับเกลือที่เกิดจากกรดแก่และเบสอ่อน เช่น  NH₄Cl  ซึ่งเป็นเกลือที่เกิดจากกรดแก่ HCl  และเบสอ่อน NH₄OH  เกลือ  NH₄Cl  เมื่อละลายน้ำจะแตกตัวให้ NH₄⁺  และ Cl^-   NH₄⁺ เป็นกรดอ่อน สามารถให้โปรตอน (H⁺) กับน้ำได้  H₃O⁺  ทำให้สารละลายเป็นเบส 

   

         4.การคำนวณเกี่ยวกับเกลือที่เกิดจากกรดอ่อนและเบสอ่อน

            เกลือที่เกิดจากกรดอ่อนและเบสอ่อน เมื่อแตกตัวในน้ำจะให้ไอออนที่มาจากกรดอ่อนและไอออนที่มาจากเบสอ่อน ไอออนทั้งสองเกิดการไฮโดรไลซีสได้ทำให้เกิดทั้ง  OH^- และ H₃O⁺ ในสารละลาย สารละลายอาจเป็นกรด กลาง หรือเบสก็ได้ ขึ้นอยู่กับปริมาณ OH^-  หรือ  H₃O⁺

ปฏิกิริยาการสะเทิน  (Neutralization reaction)

            ปฏิกิริยาการสะเทิน หมายถึง ปฏิกิริยาระหว่างกรดและเบส ซึ่งเข้าทำปฏิกิริยาพอดีกันได้สารผลิตภัณฑ์ คือ เกลือและน้ำ

การหาปริมาณสารซึ่งเป็นกรดหรือเบส โดยอาศัยปฏิกิริยาการสะเทิน

            เราสามารถหาปริมาณสารซึ่งเป็นกรดหรือเบส โดยอาศัยปฏิกิริยาการสะเทินข้างต้น

            การหาปริมาณที่เป็นกรดหรือเบสนี้ ใช้วิธีที่สารละลายตัวอย่างที่เป็นกรดหรือเบส ทำปฏิกิริยากับสารละลายที่ทราบความเข้มข้นที่แน่นอนซึ่งเป็นเบสหรือกรด  แล้ววัดปริมาตรของสารละลายทั้งสองที่เข้าทำปฏิกิริยากัน

            สารละลายที่ทราบความเข้มข้นที่แน่นอน เรียกว่า สารละลายมาตรฐาน และกระบวนการหาปริมาณสารโดยวิธีใช้สารละลายมาตรฐานให้ทำปฏิกิริยากับสารตัวอย่าง เรียกว่า  วิธีการไทเทรต

11.การไทเทรตกรด-เบส(Acid-base titration)

            การไทเทรตกรด-เบส หมายถึง กระบวนการหาปริมาณสาร โดยวิธีใช้สารละลายมาตรฐานที่ทราบค่าความเข้มข้นที่แน่นอน ให้ทำปฏิกิริยากับสารตัวอย่าง โดยอาศัยหลักการเกิดปฏิกิริยาระหว่างสารละลายกรดและเบสที่เข้าทำปฏิกิริยากันพอดี ทำให้คำนวณหาความเข้มข้นหรือปริมาณของสารตัวอย่างดังกล่าวได้

            วิธีการไทเทรตกรด-เบส คือ นำสารละลายกรดหรือเบสตัวอย่างที่ต้องการวิเคราะห์หาปริมาณ มาทำการไทเทรตกับสารละลายเบสหรือกรดมาตรฐานที่ทราบค่าความเข้มข้นที่แน่นอน กล่าวคือ ถ้าสารละลายตัวอย่างเป็นสารละลายกรด ก็ต้องใช้สารละลายมาตรฐานเป็นเบส นำมาทำการไทเทรต แล้วบันทึกปริมาตรของสารละลายมาตรฐานที่ใช้ในการทำปฏิกิริยาพอดีกัน จากนั้นนำไปคำนวณหาปริมาณของสารตัวอย่างต่อไป  หรือทางตรงกันข้าม ถ้าใช้สารละลายตัวอย่างเป็นเบส  ก็ต้องใช้สารละลายมาตรฐานเป็นกรด