กรด

จากวิกิพีเดีย สารานุกรมเสรี

กรด (อังกฤษ: acid, มาจากภาษาละติน acidus/acēre หมายถึง "เปรี้ยว") เป็นสสารซึ่งทำปฏิกิริยากับเบส โดยทั่วไป กรดสามารถระบุได้ด้วยรสเปรี้ยว, สมบัติทำปฏิกิริยากับโลหะอย่างแคลเซียม และเบสอย่างโซเดียมคาร์บอเนต กรดที่ละลายน้ำมี pH น้อยกว่า 7 โดยที่กรดจะแรงขึ้นตามค่า pH ที่ลดลง และเปลี่ยนกระดาษลิตมัสสีน้ำเงินเป็นแดง

ตัวอย่างทั่วไปของกรด รวมไปถึง กรดน้ำส้ม (น้ำส้มสายชู), กรดซัลฟิวริก (ในแบตเตอรีรถยนต์), และกรดทาร์ทาริก (ในการทำขนม) ดังสามตัวอย่างข้างต้น กรดสามารถเป็นได้ทั้งสารละลาย ของเหลวหรือของแข็ง สำหรับแก๊ส อย่างเช่น ไฮโดรเจนคลอไรด์ ก็เป็นกรดได้เช่นกัน กรดแรงและกรดอ่อนเข้มข้นบางตัวมีฤทธิ์กัดกร่อน แต่มีข้อยกเว้น เช่น คาร์บอรีนและกรดบอริก

นิยามกรดโดยทั่วไปมีสามนิยาม ได้แก่ นิยามอาร์เรเนียส นิยามเบรินสเตด-ลาวรี และนิยามลิวอิส นิยามอาร์เรเนียสกล่าววว่า กรดคือ สสารที่เพิ่มความเข้มข้นของไฮโดรเนียมไอออน (H3O+) ในสารละลาย นิยามเบรินสเตด-ลาวรีเป็นการขยายขึ้น คือ กรดเป็นสสารซึ่งสามารถทำหน้าที่ให้โปรตอน กรดส่วนมากที่พบในชีวิตประจำวันเป็นสารละลายในน้ำ หรือสามารถละลายได้ในน้ำ และสองนิยามนี้เกี่ยวเนื่องที่สุด สาเหตุที่ pH ของกรดน้อยกว่า 7 นั้น เป็นเพราะความเข้มข้นของไฮโดรเนียมไอออนมากกว่า 10-7 โมลต่อลิตร เนื่องจาก pH นิยามเป็นลอการิทึมลบของความเข้มข้นของไฮโดรเนียมไออน ดังนั้น กรดจึงมี pH น้อยกว่า 7 ตามนิยามเบรินสเตด-ลาวรี สารประกอบใดซึ่งสามารถให้โปรตอนง่ายสามารถพิจารณาได้ว่าเป็นกรด ตัวอย่างมีแอลกอฮอล์และเอมีน ซึ่งมีหมู่ O-H หรือ N-H

ในทางเคมี นิยามกรดลิวอิสเป็นนิยามที่พบมากที่สุด กรดลิวอิสเป็นตัวรับอิเล็กตรอนคู่โดดเดี่ยว ตัวอย่างกรดลิวอิส รวมไปถึงไอออนลบโลหะทั้งหมด และโมเลกุลอิเล็กตรอนน้อย เช่น โบรอนฟลูออไรด์ และอะลูมิเนียมไตรคลอไรด์ ไฮโดรเนียมไอออนเป็นกรดตามทั้งสามนิยามข้างต้น ที่น่าสนใจคือ แม้แอลกอฮอล์และเอมีนสามารถเป็นกรดเบรินเสตด-ลาวรีได้ตามที่อธิบายข้างต้น ทั้งสองยังทำหน้าที่เป็นเบสลิวอิสได้ เนื่องจากอะตอมออกซิเจนและไนโตรเจนมีอิเล็กตรอนคู่โดดเดี่ยว

สมบัติของกรด[แก้]

การแตกตัวของไอออน[แก้]

ในสารละลายกรดทุกชนิด จะมีไอออนที่เหมือนกันอยู่ส่วนหนึ่งคือไฮโดรเจนไอออน H+ เมื่อรวมกับน้ำจะได้เป็นไฮโดรเนียมไอออน H3O+ ตัวอย่างเช่น กรดไฮโดรคลอริก (HCl) ซึ่งเกิดจากสารประกอบไฮโดรเจนคลอไรด์ HCl ละลายในน้ำ โมเลกุลของ HCl และน้ำต่างก็เป็นโมเลกุลมีขั้ว จึงเกิดแรงดึงดูดระหว่างขั้วของ HCl กับน้ำ โดยที่โปรตอน (H) ของ HCl ถูกดึงดูดโดยโมเลกุลของน้ำเกิดเป็นไฮโดรเนียมไอออน H+ + H2O → H3O+ ในบางครั้งเขียนแทน H3O+ ด้วย H+ โดยเป็นที่เข้าใจว่า H+ นั้นจะอยู่รวมกับโมเลกุลของน้ำในรูป H3O+ เสมอ

ไฮโดรเนียมไอออนในน้ำไม่ได้อยู่เป็นไอออนเดียว แต่จะมีน้ำหลายโมเลกุลมาล้อมรอบด้วย อาจอยู่ในรูปของ H5O2+, H7O3+, H9O4+ เป็นต้น ส่วนไอออนลบที่เหลือจากการแตกตัวก็จะมีน้ำมาล้อมรอบเช่นกัน หรืออาจทำปฏิกิริยากับสารอื่นที่ละลายปนอยู่ด้วยกัน

ตัวอย่าง สมการเคมีแสดงการแตกตัวของไอออนของกรดในน้ำ

\begin{align}
\mathrm{HNO_3}(l) + \mathrm{H_2O}(i) &\rightarrow \mathrm{H_3O^+}(aq) + \mathrm{NO_3^-}(aq) \\
\mathrm{H_2SO_4}(l) + \mathrm{H_2O}(i) &\rightarrow \mathrm{H_3O^+}(aq) + \mathrm{SO_4^{2-}}(aq) \\
\mathrm{CH_3COOH}(l) + \mathrm{H_2O}(i) &\rightarrow \mathrm{H_3O^+}(aq) + \mathrm{CH_3COO^-}(aq) \\
\mathrm{HClO_4}(l) + \mathrm{H_2O}(i) &\rightarrow \mathrm{H_3O^+}(aq) + \mathrm{ClO_4^-}(aq) \\
\end{align}

ประเภทของกรด[แก้]

กรดแบ่งเป็น 2 ประเภท คือ

  1. กรดอินทรีย์ เป็นกรดที่ได้จากธรรมชาติ เกิดขึ้นจากสิ่งมีชีวิต เช่น กรดน้ำส้ม (กรดน้ำส้ม) กรดซิตริก (กรดมะนาว) กรดแอสคอร์บิก (วิตามินซี) กรดอะมิโน ฯลฯ
  2. กรดอนินทรีย์ เป็นกรดที่ได้จากแร่ธาตุ บางครั้งเรียกว่ากรดแร่ เช่น กรดซัลฟิวริก (กรดกำมะถัน) กรดไฮโดรคลอริก (กรดเกลือ) กรดไนตริก (กรดดินประสิว) ฯลฯ

หรืออาจแบ่งตามความสามารถในการแตกตัวให้ไฮโดรเจนไอออน มี 2 ชนิดคือ กรดแก่และกรดอ่อน

  1. กรดแก่ กรดกลุ่มนี้มีค่า pKa น้อยกว่า 1.74 เช่น กรดไฮโดรคลอริก กรดไนตริก กรดซัลฟิวริก ฯลฯ
  2. กรดอ่อน กรดกลุ่มนี้มีค่า pKa ไม่น้อยกว่า 1.74 แต่ก็ไม่ถึงกับเป็นกลาง เช่น กรดน้ำส้ม กรดคาร์บอนิก กรดไฮโดรซัลฟิวริก ฯลฯ

การทดสอบกรด[แก้]

ทฤษฎีกรด-เบส[แก้]

คำว่า ‘กรด’ ในภาษาอังกฤษ (acid) มาจากภาษาละตินว่า แอซิดัส (acidus) ซึ่งแปลว่าเปรี้ยว แต่ในวิชาเคมีมีความหมายแตกต่างออกไป โดยมีทฤษฎีกรด-เบส เป็นตัวขยายความ

  • ทฤษฎีกรด-เบส อาร์เรเนียส (สวันเต อาร์เรเนียส) ระบุว่า กรด เมื่อละลายในน้ำแล้วจะเพิ่มความเข้มข้นของไฮโดรเนียมไอออน ส่วนเบสเมื่อละลายน้ำจะเพิ่มความเข้มข้นของไฮดรอกไซด์ไอออน
    หมายเหตุ : นิยามดังกล่าวจำกัดอยู่เฉพาะกรดและเบสที่ละลายได้ในน้ำเท่านั้น
  • ทฤษฎีกรด-เบส เบรินสเตต-ลาวรี (โยฮันเนส เบรินสเตต และทอมัส ลาวรี) ระบุว่า กรด เป็นตัวให้โปรตอน และเบส เป็นตัวรับโปรตอน ซึ่งกรดและเบสที่สอดคล้องกันจะอยู่ในรูปคู่กรด-เบส
    หมายเหตุ : นิยามนี้สามารถใช้อธิบายความเป็นกรด-เบสของสาร โดยไม่จำเป็นต้องละลายน้ำก็ได้
  • ทฤษฎีกรด-เบส ลิวอิส (กิลเบิร์ต ลิวอิส) ระบุว่า กรดเป็นตัวรับคู่อิเล็กตรอน และเบสเป็นตัวให้คู่อิเล็กตรอน (บางทีอาจเรียกกรดและเบสในทฤษฎีนี้ว่า กรดลิวอิส และเบสลิวอิส)
    หมายเหตุ : ทฤษฎีนี้สามารถใช้อธิบายสารที่แตกตัวแล้วไม่ได้โปรตอน เช่น ไอร์ออน (III) คลอไรด์