เจาะลึกเนื้อหา “กรด เบส” เคมี ม.ปลาย จุดที่ออกสอบยอดฮิตปีละ 4-5 ข้อ!

พจนานุกรมกรด เบส สรุปคำศัพย์ควรรู้ ช่วยให้เรียนกรดเบสง่ายขึ้น

ศึก 3 สำนักทฤษฎีกรด-เบส: อาร์เรเนียส เบรินสเตด-ลาวรี และลิวอิส ต่างกันตรงไหน? 

ตารางสรุปเรื่องทฤษฎีกรด เบส

ในทฤษฎีของเบรินสเตด-ลาวรี จะมีคำศัพท์ที่เกี่ยวข้อง ดังนี้

คู่กรด-เบส : คู่สารที่มี H+ ต่างกันอยู่ 1 ตัว เช่น HF – F–, CH3COOH – CH3COO–, HCN – CN–, H2PO4– – HPO42- 

คู่กรด : สารที่มี H+ มากกว่าอยู่ 1 ตัว จากตัวอย่าง ได้แก่ HF, CH3COOH, HCN, H2PO4–

คู่เบส : สารที่มี H+  น้อยกว่าอยู่ 1 ตัว จากตัวอย่าง ได้แก่ F–, CH3COO–, CN–, HPO42- 

สารแอมโฟเทอริก (Amphoteric) คือ สารที่เป็นได้ทั้งกรดและเบส เช่น H2O, HCO3–, H2PO4– และ HS–

โดยสารแอมโฟเทอริกจะมีทั้งคู่กรดและคู่เบส

HF(aq) + H2O(l) ⇋  H3O+(aq) +F–(aq)

                                                                                เบส

NH3(aq)+ H2O(l) ⇋  OH–(aq)+NH4+(aq)

                                                                                กรด

ทริคการมองกรด เบสตามทฤษฎีกรด เบสของลิวอิส ว่องไวภายใน 5 วิ

ทฤษฎีนี้จะเป็นทฤษฎีที่มองยากที่สุด พี่ๆ จึงรวบรวมวิธีการมองแบบง่ายๆ มาให้น้องๆ  

1. ตัวที่มีลบเยอะกว่ามักเป็นตัวให้อิเล็กตรอน เช่น 

I2        +         I–          →          I3–

                                                            กรดลิวอิส    เบสลิวอิส

2. ดูการเคลื่อนที่ของอะตอม สารที่จ่ายอะตอมออกจะทำหน้าที่เป็นตัวให้อิเล็กตรอน เช่น

H+        +         NaH           →       Na+     +     H2

                                               กรดลิวอิส         เบสลิวอิส

ตัวอย่างโจทย์สอบเข้ามหาลัย

เฉลยและการวิเคราะห์วิธีคิดโดยใช้ทริคการดูแบบง่ายๆ :

พิจารณาทีละสมการ

สมการที่ 1 : Cl– เคลื่อนที่จาก KCl ไป SnCl2 จึงสรุปได้ว่า KCl เป็นเบสลิวอิส และ SnCl2 เป็นกรดลิวอิส 

สมการที่ 2 : F– เคลื่อนที่จาก AsF3 ไป SbF5 จึงสรุปได้ว่า AsF3 เป็นเบสลิวอิส และSbF5 เป็นกรดลิวอิส

สมการที่ 3 : I– เป็นลบมากกว่า I2  จึงสรุปได้ว่า I– เป็นเบสลิวอิส และ I2 เป็นกรดลิวอิส

สมการที่ 4 : Cl– เคลื่อนที่จาก (CH3)3CCl ไป AlCl3 จึงสรุปได้ว่า (CH3)3CCl เป็นเบสลิวอิส และ AlCl3 เป็นกรดลิวอิส

ดังนั้น ตอบข้อ 3.

แกะกล่องสูตรคำนวณกรดแก่ เบสแก่ กรดอ่อน เบสอ่อน

กล่องกรดแก่ – เบสแก่: “แตกตัวร้อยเปอร์เซ็นต์ สายเปย์ใจถึง” 

พวกกรดแก่และเบสแก่ เปรียบเหมือนคนใจป้ำ มีทองเท่าไหร่ให้หมด! เมื่อละลายน้ำแล้วจะแตกตัวได้ 100% ไม่มีเหลือโมเลกุลเดิมอยู่เลย

HClO4(aq)     +     H2O(l)     →     H3O+(aq)     +     ClO4–

                                    0.2 M                                          0.2 M               0.2 M

Ca(OH)2(aq)     →     Ca2+(aq)     +     2OH–(aq)

                                              0.4 M                    0.2 M                 0.4 M  

คำเตือน !!

กล่องกรดอ่อน – เบสอ่อน: “แตกตัวกั๊กๆ ต้องพึ่งค่าคงที่ (Ka, Kb)” 

พวกกรดอ่อนและเบสอ่อน ละลายน้ำแล้ว แตกตัวได้เพียงบางส่วน (ส่วนใหญ่ไม่ถึง 5%) ที่เหลือยังอยู่เป็นโมเลกุลเหมือนเดิม ดังนั้นเราจึงต้องใช้ ค่าคงที่การแตกตัว (Ka สำหรับกรด, Kb สำหรับเบส) มาร่วมคำนวณด้วย พี่ๆ จึงสรุปสูตรและวิธีการใช้งานมาให้น้อง ๆ 

ข้อระวังการเลือกใช้สูตร

1. หากค่า NK > 1000 สามารถใช้สูตรประมาณได้ จะช่วยให้น้องๆ คำนวณได้ง่ายขึ้น

    ถ้าหาก NK < 1000 น้อง ๆ ควรใช้สูตรเครื่องหมายเท่ากับ

2. กรณีของสอบ A-Level ส่วนโจทย์อัตนัย เพื่อให้ปลอดภัยควรใช้สูตรที่เป็นเครื่องหมายเท่ากับ

ตัวอย่างโจทย์ A-Level 

HINT : pH = 3 หมายความว่าสารละลายมีความเข้มข้นของ [H3O+] = 10-3 M

          : เนื่องจากเป็นข้ออัตนัยควรใช้สูตรที่เป็นเครื่องหมายเท่ากับ

เฉลยและการวิเคราะห์วิธีคิด

หาความเข้มข้นของกรดไฮโดรฟลูออริกในหน่วยโมลาร์

pH = 3 แสดงว่า [H3O+] = 1 x 10-3 M

จะได้ว่า     Ka = [H3O+]2[HF]-[H3O+] 

      2.0 x 10-4 = (1 x 10-3)2[HF]-(1 x 10-3)

[HF] = 6 x 10-3 M 

*จบในพาร์ทของกรดเบส เป็นส่วนของบทสารละลายและปริมาณสารสัมพันธ์

หาความเข้มข้นของกรดไฮโดรฟลูออริกในหน่วยร้อยละโดยมวล

จากสูตร N = %10dMw

   6 x 10-3 = % x 10 x 1.2520

           % = 9.6 x 10-3

หาปริมาตรของกรดไฮโดรฟลูออกริกที่ใช้

จากสูตร C1V1 = C2V2

      (80.0)V1 = (9.6 x 10-3)(4000)

   V1 = 0.48 mL

ดังนั้น ตอบ 0000.48

ถอดรหัสสูตรคำนวณ pH และ pOH: จากความเข้มข้นไอออนสู่ค่าตัวเลขที่เราคุ้นเคย

เคยสงสัยไหมครับว่า เวลาเราพูดว่าน้ำมะนาวมีค่า pH = 2 หรือสบู่มีค่า pH = 10 ตัวเลขกลมๆ ที่ดูเข้าใจง่ายเหล่านี้มาจากไหน? ทั้งที่ในความเป็นจริง นักเคมีเขาวัดความเข้มข้นของกรด เบสจากปริมาณไอออนที่มีตัวเลขยิบย่อยและติดลบมหาศาล เช่น 0.00001 M หรือ 1 x 10-5 M

วันนี้เราจะมาถอดรหัสและเปิดกล่องสูตรคำนวณที่เป็นเหมือน “เครื่องแปลภาษา” เปลี่ยนตัวเลขไอออนสุดยุ่งเหยิง ให้กลายเป็นค่า pH และ pOH ที่เราคุ้นเคย

และแน่นอนว่าหากน้องๆ คนไหนติดปัญหาเรื่องค่า log พี่ๆ ก็สรุปพื้นฐานค่า log ที่ควรรู้มาให้น้องๆ ดังนี้

โดยแพทเทิลที่จะช่วยให้น้องๆ คำนวณค่า pH ได้แม้จะไม่ถนัดเรื่อง log

เช่น [H3O+] = 0.002 M จะมีค่า pH เท่าไร

ขั้นตอนที่ 1. จัดรูปให้อยู่ในแพทเทิล A x 10-n → 2 x 10-3

ขั้นตอนที่ 2. pH = -log(2 x 10-3) = 3 – log 2

ขั้นตอนที่ 3 แทนค่า pH = 3 – log 2 = 3 – 0.301 = 2.69

สะพานเชื่อมเลข 14 

ในบางครั้งน้องๆ มักจะคำนวณได้ค่า pOH ออกมาก่อน แต่โดยทั่วไปเรามักจะอ้างอิงความเป็นกรดเบส ด้วยค่า pH จึงมีสะพานคอยเชื่อมทั้ง 2 ค่าไว้ คือสมการ

14 = pH + pOH

และจากความรู้เรื่อง [H3O+][OH–] = 10-14 จึงสร้างแผนภาพสรุปความสัมพันธ์ระหว่างตัวแปรเพื่อให้น้องๆ จดจำง่ายขึ้น

ตัวอย่างโจทย์สอบเข้ามหาวิทยาลัย

เฉลยและการวิเคราะห์วิธีคิด

เกลือไม่ได้เป็นกลางเสมอไป! รู้จักปฏิกิริยาไฮโดรลิซิสที่เปลี่ยนสมบัติของเกลือในน้ำ

เมื่อพูดถึง “เกลือ” หลายคนมักจะนึกถึงเกลือแกงที่บ้าน (์NaCl) และทึกทักเอาเองว่าเกลือทุกชนิดที่เกิดจากปฏิกิริยาระหว่างกรดและเบสจะต้องมีสภาพเป็นกลาง (pH = 7) เสมอ ในบทความนี้เรามาแก้ไขความเข้าใจผิดของน้องๆ เพราะเมื่อเกลือบางชนิดเดินทางไปเจอกับน้ำ มันจะเกิดปฏิกิริยาที่ชื่อว่า “ไฮโดรลิซิส (Hydrolysis)” ซึ่งสามารถเปลี่ยนน้ำธรรมดาๆ ให้กลายเป็นกรดหรือเบสได้

ปฏิกิริยาไฮโดรลิซิสคืออะไร?

Infographic

คำว่า Hydro (น้ำ) + Lysis (สลาย) แปลตรงตัวคือการใช้น้ำในการแยกสลาย แต่ในทางเคมีกรด-เบส ไฮโดรลิซิสของเกลือ หมายถึง ปฏิกิริยาที่ไอออนของเกลือเข้าไปทำปฏิกิริยากับน้ำ แล้วทำให้สารละลายนั้นมีปริมาณ [H3O+] หรือ [OH–] เปลี่ยนไป ส่งผลให้ค่า pH ของน้ำเปลี่ยนตาม

กฎเหล็ก!! จะมีเพียงไอออนจากกรดอ่อน และ เบสอ่อนเท่านั้นที่เกิดปฏิกิริยาไฮโดรไลซิสได้

สรุปขั้นตอนการเขียนปฏิกิริยาไฮโดรไลซิส

1. เขียนสมการแตกตัวของเกลือ 
2. เลือกไอออนที่มาจากกรดอ่อนหรือเบสอ่อนเพื่อนำมาเขียนสมการไฮโดรลิซิส
3. เขียนสมการไฮโดรไลซิส

ตัวอย่าง CH3COONa 

ขั้นที่ 1 เขียนสมการการแตกตัวของเกลือ → CH3COONa → CH3COO– + Na+

ขั้นที่ 2 เลือกไออนในกรณีนี้จะเลือกแค่ CH3COO– เนื่องจากมาจากกรดอ่อน CH3COOH

            ส่วน Na+ มาจากเบสแก่ NaOH จึงไม่นำไปเขียนสมการ

ขั้นที่ 3 เขียนสมการไฮโดรลิซิส (ไอออนลบ)

             CH3COO– + H2O ⇋  CH3COOH + OH–  

เมื่อทำปฏิกิริยากับน้ำแตกตัวให้ OH– จึงสรุปว่าเป็นเกลือเบส

ตัวอย่าง NH4Cl

ขั้นที่ 1 เขียนสมการการแตกตัวของเกลือ :  NH4Cl → NH4+ + Cl–

ขั้นที่ 2 เลือกไออนในกรณีนี้จะเลือกแค่ NH4+  เนื่องจากมาจากเบสอ่อน NH3 (น้องๆ คุ้นเคยในรูป NH4OH)

            ส่วน Cl–  มาจากกรดแก่ HCl  จึงไม่นำไปเขียนสมการ

ขั้นที่ 3 เขียนสมการไฮโดรลิซิส (ไอออนบวก)

             NH4+ + H2O ⇋  NH3  + H3O+  

เมื่อทำปฏิกิริยากับน้ำแตกตัวให้ H3O+ จึงสรุปว่าเป็นเกลือกรด

เพื่อช่วยน้องๆ วิเคราะห์เกลือง่ายขึ้น พี่ๆ จึงทำตารางสรุปเรื่องเกลือ พร้อมสูตรคำนวณ ครบ เคลียร์!!

ข้อควรระวัง

1. ใช้กับกรดอ่อนมอนอโปรติกเท่านั้น
2. ในสูตรคำนวณ ใช้ความเข้มข้นของไอออนที่เกิดไฮโดรลิซิสไม่ใช่ความเข้มข้นของเกลือ

เช่น (CH3COO)2Ca เข้มข้น 0.01 M จะมี [CH3COO– ] = 0.01 x 2= 0.02 M 

        !! น้องๆ จะต้องใช้เลข 0.02 ในการแทนค่า ไม่ใช่ 0.01

ตัวอย่างโจทย์ 

จงคำนวณหาค่า pH ของสารละลายแคลเซียมอะซิเตต ((CH3COO)2Ca) เข้มข้น 0.004 M ที่อุณหภูมิ 25 oC            (กำหนดให้ ค่าคงที่การแตกตัวของกรดอะซิติก Ka = 2 x 10-5 และ log 2 = 0.3) 

เฉลยและการวิเคราะห์วิธีคิด

เขียนสมการที่เกี่ยวข้อง

สมการการแตกตัว (CH3COO)2Ca → 2CH3COO–  +   Ca2+ 

                                     0.004 M            0.008 M    0.004 M

สมการไฮโดรไลซิส :  CH3COO– + H2O ⇋  CH3COOH + OH–    ; จึงสรุปได้ว่าเป็นเกลือเบส

สมการคำนวณ [OH–] = KwKq N   ; เนื่องจากเป็นเกลือเบสจึงต้องใช้ [OH–] และค่า Kb

          [OH–] = 10-142 10-5 0.008           ; เนื่องจากเป็น N ของ CH3COO– จึงใช้ค่า N = 0.008 M

                         [OH–] = 2 x 10-6

pOH = -log [OH-]

         = -log[2 x 10-6 ]

         = 5.7

pH = 14 – 5.7 = 8.3 

สารละลายบัฟเฟอร์ฮีโร่รักษาค่า pH กับ 2 วิธีเตรียมสารละลายสุดเวิร์ก

สารละลายบัฟเฟอร์ คือ สารละลายที่สามารถรักษาค่า pH ให้คงที่หรือเปลี่ยนแปลงน้อยมาก เมื่อเราเติมกรดแก่หรือเบสแก่จำนวนเล็กน้อยลงไป 

สาเหตุที่มันทำหน้าที่เป็นโล่กำบังได้ดีขนาดนี้ เพราะบัฟเฟอร์ จะต้องมี “คู่กรด” คอยดักจับเบสที่เติมเข้ามา และมี “คู่เบส” คอยดักจับกรดที่เติมเข้ามา เปรียบเสมือนมีทั้งฝ่ายรุกและฝ่ายรับอยู่ในทีมเดียวกัน

สรุป 2 วิธีเตรียมสารละลายบัฟเฟอร์สุดเวิร์ก 

วิธีที่ 1: “วิธีทางตรง” – จับคู่แท้ผสมกัน 

วิธีนี้ง่ายและตรงไปตรงมาที่สุด เป็นการนำกรดอ่อนผสมกับเกลือของกรดอ่อน (บัฟเฟอร์กรด) หรือ เบสอ่อนผสมกับเกลือของเบสอ่อน (บัฟเฟอร์เบส) โดยตรงในปริมาณที่ใกล้เคียงกัน

• สูตรผสมบัฟเฟอร์กรด: กรดอะซิติก (CH3COOH) + โซเดียมอะซิเตต (CH3COONa)

→ ทำให้ในระบบมีคู่กรด คือ CH3COOH และคู่เบสคือ CH3COO–

• สูตรผสมบัฟเฟอร์เบส: แอมโมเนีย (NH3) + แอมโมเนียมคลอไรด์ (NH4Cl)

→ ทำให้ในระบบมีคู่กรด คือ NH4+ และคู่เบสคือ NH3

วิธีที่ 2: “วิธีทางอ้อม” – ปฏิกิริยาสะกิดรัก 

วิธีนี้จะมีความซับซ้อนขึ้นมาอีกนิด แต่เป็นวิธีที่ข้อสอบชอบเอามาออกบ่อยที่สุด! คือการนำ “สายอ่อนที่มากเกินพอ” มาทำปฏิกิริยากับ “สายแก่ที่น้อยกว่า” เพื่อให้สายแก่ถูกใช้หมดไป และเหลือสารตั้งต้นฝั่งอ่อนจับคู่กับเกลือที่เกิดขึ้นใหม่ในระบบ

• สร้างบัฟเฟอร์กรด: นำ กรดอ่อน (ปริมาณมากเกินพอ) + เบสแก่ (ตัวหมด)

เช่น HCN     +     NaOH    →     NaCN    +     H2O 

       เหลือ            หมด               เกิดขึ้น

ทำให้หลังสิ้นสุดปฏิกิริยามีคู่กรด (HCN) และ คู่เบส (CN–) จึงกลายเป็นสารละลายบัฟเฟอร์

• สร้างบัฟเฟอร์เบส: นำ เบสอ่อน (ปริมาณมากเกินพอ) + กรดแก่ (ตัวหมด)

เช่น  NH3    +      HCl    →     NH4Cl    +     H2O 

       เหลือ            หมด            เกิดขึ้น

ทำให้หลังสิ้นสุดปฏิกิริยามีคู่กรด (NH4+) และ คู่เบส (NH3) จึงกลายเป็นสารละลายบัฟเฟอร์

วิธีการพิจารณาว่าสารใดหมด สารใดเหลือ 

เทียบ aN1V1 กับ bN2V2 ก้อนใดมีค่าน้อยกว่าก้อนนั้นเป็นสารหมด

**ใช้เปรียบเทียบกรณีที่เป็นกรดมอนอโปรติกเท่านั้น

สรุปสูตรคำนวณบัฟเฟอร์

** สามารถใช้หน่วยโมลแทนโมลาร์ได้

กรณีเป็นการผสมทางอ้อม มีสูตรที่เกี่ยวข้องเพิ่มเติม

[กรดอ่อน หรือ เบสอ่อนที่เหลือ] = aN1V1 – bN2V2 aVรวม

[เกลือที่เกิด] = N2V2 aVรวม

โดย aN1V1 คือสารเหลือ และ bN2V2 คือ สารหมด

ตัวอย่างโจทย์เข้ามหาวิทยาลัย

ตัวอย่างที่ 1

เฉลยและการวิเคราะห์วิธีคิด

ตัวอย่างที่ 2

เฉลยและการวิเคราะห์วิธีคิด

การไทเทรต

การไทเทรตกรด-เบส (Acid-Base titration) เป็นกระบวนการวิเคราะห์ทางเคมีเพื่อหาปริมาณกรดหรือ

เบสที่ทำปฏิกิริยาพอดีกัน แล้วนำไปคำนวณหาความเข้มข้นของกรดหรือเบสที่ต้องการ

การเลือกใช้อินดิเคเตอร์สำหรับการไทเทรต

การเลือกอินดิเคเตอร์ที่เหมาะสมเป็นจุดที่ข้อสอบ A-Level เคมี ออกบ่อยมาก หลักการสำคัญคือต้องเลือกอินดิเคเตอร์ที่มีช่วง pH ของการเปลี่ยนสีครอบคลุมค่า pH ณ จุดสมมูล (Equivalence Point) ของปฏิกิริยาการไทเทรตนั้นๆ เพื่อให้จุดยุติใกล้เคียงกับจุดสมมูลที่สุด

ตารางช่วงการเปลี่ยนสีของอินดิเคเตอร์ที่พบบ่อย:

การคำนวณการไทเทรต

ตัวอย่างโจทย์เข้ามหาลัย

เฉลยและการวิเคราะห์วิธีคิด

เรียนเคมี ม.ปลาย กับ OnDemand

ข้อสอบกรด เบส หลายครั้งวัดกันที่ ‘ความแม่นสูตร และความไวในการเลือกใช้’ ลำพังแค่เข้าใจทฤษฎีอาจไม่ทันเวลา แต่ถ้าเราจำสูตรเด็ดได้แม่นยำ เลือกใช้สูตรได้ถูกจุดตรงกับที่โจทย์หลอก คะแนน 4-5 ข้อนี้ก็อยู่ในมือเราแน่นอน ถ้าไม่อยากพลาดแต้มสำคัญ มาร่วมเจาะลึกเทคนิคการใช้ สูตรลัด และเทคนิคการมองโจทย์ให้ขาดได้รวดเร็ว

OnDemand พร้อมช่วยให้น้อง ๆ เตรียมความพร้อมด้านการเรียน การสอบด้วยคอร์สเรียน วิชาเคมี ม.ปลาย โดย OnDemand ซึ่งสอนโดยทีมอาจารย์ผู้เชี่ยวชาญ ช่วยให้เข้าใจเนื้อหาได้ง่ายขึ้น ปูพื้นฐาน เพิ่มความมั่นใจก่อนสอบ เพิ่มคะแนนในห้องเรียน ไปจนถึงการสอบเข้าระดับมหาวิทยาลัย

สอบถามรายละเอียดคอร์สเรียนเพิ่มเติม

• Add Line: Ondemand Education
• โทรศัพท์: 02-251-9456 (08.00-20.00 น.)