สิ่งสำคัญคือต้องสามารถระบุกรดแก่จากกรดอ่อน ทั้งเพื่อวัตถุประสงค์ทางวิชาการและเมื่อเราใช้กรดแก่ในห้องปฏิบัติการ กรดแก่นั้นหายากมาก ดังนั้นวิธีที่ง่ายที่สุดวิธีหนึ่งในการแยกแยะกรดแก่ออกจากกรดอ่อนคือการท่องจำว่ากรดแก่คืออะไร กรดอื่นที่ไม่ได้ระบุไว้จะเป็นกรดอ่อน
ลักษณะสำคัญของกรดแก่และกรดอ่อน
- กรดแก่จะแยกตัวออกอย่างสมบูรณ์ในสารละลายที่เป็นน้ำ ดังนั้นโมเลกุลทั้งหมดของมันจะสูญเสียโปรตอน (H + ) อย่างน้อยหนึ่งตัวที่ก่อตัวเป็นไฮโดรเนียมไอออน (H 3 O + ) กับโมเลกุลของน้ำ ในขณะที่กรดอ่อนจะแยกตัวออกเพียงบางส่วนเท่านั้น
- กรดแก่มีน้อยมาก มีเพียงเจ็ดกรดอนินทรีย์แก่ ดังนั้นเพื่อให้ง่ายต่อการแยกแยะกรดเหล่านี้จากกรดที่อ่อนแอสามารถจดจำได้ ถ้าไม่อยู่ในรายการจะเป็นกรดอ่อน
- กรดแก่ ได้แก่ กรดไฮโดรคลอริก (HCl) กรดไนตริก (HNO3 )กรดซัลฟิวริก (H2SO4 ) กรดไฮโดรโบรมิก ( HBr )กรดไฮโดรไอโอดิก (HI) กรดเปอร์คลอริก ( HClO4 ) และกรดคลอริก ( HClO 3 )
- กรดอ่อนเพียงชนิดเดียวที่เกิดจากปฏิกิริยาของธาตุฮาโลเจนคือกรดไฮโดรฟลูออริก (HF) แม้ว่าในทางเทคนิคแล้วจะเป็นกรดอ่อน แต่กรดไฮโดรฟลูออริกนั้นมีฤทธิ์กัดกร่อนสูง
กรดแก่
กรดแก่จะแยกตัวออกอย่างสมบูรณ์ในสารละลายที่เป็นน้ำ แต่ละโมเลกุลจะปล่อยโปรตอน (H + ไอออนบวก ) อย่างน้อยหนึ่งตัว ซึ่งก่อตัวเป็นไฮโดรเนียมไอออน (H 3 O + ) กับโมเลกุลของน้ำ กรดแก่อนินทรีย์ที่พบมากที่สุดคือเจ็ด
- กรดไฮโดรคลอริก (HCl)
- กรดไนตริก (HNO 3 )
- กรดกำมะถัน (H 2 SO 4 )
- กรดไฮโดรโบรมิก (HBr)
- กรดไฮโดรไอโอดิก (HI)
- กรดเปอร์คลอริก (HClO 4 )
- กรดคลอริก (HClO 3 )
ตัวอย่างต่อไปนี้คือปฏิกิริยาไอออไนเซชันโดยทั่วไปของกรดแก่ในสารละลายที่เป็นน้ำ
HCl → H + + คลอ–
HNO 3 → H + + NO 3 –
H 2 SO 4 → 2H + + SO 4 –
จำเป็นต้องชี้แจงให้ชัดเจนว่าในปฏิกิริยาเหล่านี้ ไอออนของไฮโดรเจนมีประจุบวก พวกมันคือไอออนบวก และทิศทางของปฏิกิริยามุ่งไปที่ผลิตภัณฑ์เท่านั้น ซึ่งบ่งชี้ว่าโมเลกุลของสารตั้งต้นทั้งหมดแยกตัวออกจากกัน
กรดอ่อน
กรดอ่อนไม่แตกตัวอย่างสมบูรณ์ในสารละลายที่เป็นน้ำ นั่นคือ โมเลกุลของสารตั้งต้นจำนวนหนึ่งยังคงอยู่กับองค์ประกอบดั้งเดิมของมัน นี่คือกรณีของกรดไฮโดรฟลูออริก (HF) มีกรดอ่อนมากกว่ากรดแก่ กรดอินทรีย์ส่วนใหญ่มีความอ่อน โดยมีข้อยกเว้นบางประการ เช่น กรด p-toluenesulfonic ซึ่งแตกตัวได้ค่อนข้างน้อย แม้ว่าจะไม่สมบูรณ์ก็ตาม กรดอ่อนบางชนิดแสดงไว้ด้านล่างตามลำดับความเป็นกรดที่ลดลง
- HO 2 C 2 O 2 H – กรดออกซาลิก
- H 2 SO 3 – กรดกำมะถัน
- HSO 4 – – ไฮโดรเจนซัลเฟตไอออน
- H 3 PO 4 – กรดฟอสฟอริก
- HNO 2 – กรดไนตรัส
- HF – กรดไฮโดรฟลูออริก
- HCO 2 H – กรดเมทาโนอิก
- C 6 H 5 COOH – กรดเบนโซอิก
- CH 3 COOH – กรดอะซิติก
- HCOOH – กรดฟอร์มิก
ตัวอย่างของปฏิกิริยาไอออไนเซชันของกรดอ่อนคือกรดอะซิติก ซึ่งสร้างไฮโดรเนียมไอออนบวกและอะซิเตตแอนไอออน
CH 3 COOH + H 2 O ⇆ H 3 O + + CH 3 COO –
เป็นที่น่าสังเกตว่าในกรณีนี้ ปฏิกิริยาเกิดขึ้นในทั้งสองทิศทาง ซึ่งแตกต่างจากกรดแก่ ซึ่งแสดงโดยลูกศรคู่ ในกรณีนี้ เนื่องจากมีโอกาสเกิดปฏิกิริยาย้อนกลับได้มากกว่า โมเลกุลของกรดอะซิติกประมาณ 1% เท่านั้นที่แยกตัวออกจากกัน ในขณะที่ส่วนที่เหลือยังคงอยู่ในองค์ประกอบเดิม
วิธีแยกแยะระหว่างกรดแก่และกรดอ่อน
ค่าคงที่สมดุลของปฏิกิริยาการ แตกตัวบ่งชี้ว่ากรดแก่หรืออ่อน นั่นคือ ค่าคงที่การแยกตัวของกรด K aคือค่าคงที่สมดุลของปฏิกิริยาการแยกตัวของกรดในตัวกลางที่เป็นน้ำ (ยังใช้พารามิเตอร์ลอการิทึม pK a =-logK a ) ค่าของ K aมีค่ามากสำหรับกรดแก่ (และค่าของ pK aมีค่าน้อย); ในกรดอ่อน ค่าของ K a มี ค่าน้อย (และค่าของ pK aมีค่ามาก)
แข็งแกร่งหรืออ่อนแอเมื่อเทียบกับความเข้มข้นหรือเจือจาง
ต้องระมัดระวังไม่ให้สับสนระหว่างคำว่า เข้มข้น และ อ่อนแอ กับ เข้มข้น และ เจือจาง กรดเข้มข้นมีกรดจำนวนมากในสารละลายที่เป็นน้ำ กรดที่เจือจางมีปริมาณกรดน้อย ตัวอย่างเช่น ถ้าคุณมีกรดอะซิติก 12 โมล (ความเข้มข้น 12 โมลต่อลิตร) ของกรด แสดงว่าคุณมีสารละลายที่เข้มข้น แต่กรดนั้นยังอ่อนอยู่ สารละลายกรดไฮโดรคลอริก 0.0005 M (ความเข้มข้น 0.0005 โมลต่อลิตร) เป็นสารละลายเจือจาง แต่กรดยังคงแรงอยู่
ความแตกต่างระหว่างแข็งแกร่งและกัดกร่อน
เป็นไปได้ที่จะดื่มกรดอะซิติกเจือจาง (ซึ่งอันที่จริงแล้วคือน้ำส้มสายชู) แต่การดื่มกรดซัลฟิวริกที่มีความเข้มข้นเท่ากันจะทำให้เกิดการเผาไหม้ของสารเคมีอย่างมาก คำว่ากัดกร่อน (ในกรณีนี้คือกรดซัลฟิวริก) หมายถึงความเสียหายที่กรดสร้างขึ้นในวัสดุที่สัมผัสกับกรด ในขณะที่กรดจะแรงหรืออ่อนเป็นลักษณะของกรด แม้ว่ากรดมักจะมีฤทธิ์กัดกร่อน แต่ carboranes บางชนิดก็เป็นกรดแก่มากซึ่งแรงกว่ากรดกำมะถันมากแต่สามารถถือไว้ในมือได้โดยไม่ทำร้ายผิวหนัง ส่วนกรด hydrofluoric แม้จะเป็นกรดอ่อนก็สามารถทำลายเนื้อเยื่อได้ด้วยการสัมผัสกันน้อยที่สุด .
แหล่งที่มา
- Housecroft, CE เคมีอนินทรีย์ (พิมพ์ครั้งที่สอง) หอศิษย์. ชาร์ป เอจี (2547) ไอ 978-0-13-039913-7
- Porterfield, William W. เคมีอนินทรีย์ (2527). แอดดิสัน-เวสลีย์. ไอ 0-201-05660-7.
- Trummal, A., Lipping, L. และคณะ ความเป็นกรดของกรดแก่ในน้ำและไดเมทิลซัลฟอกไซด์ J. Phys. Chem. A. 120(20) (2016) 3663–3669. ดอย:10.1021/acs.jpca.6b02253