กรด-เบส และบัฟเฟอร์
กรด-เบส
กรด (acid) คือ สารที่สามารถแตกตัวแล้วให้โปรตอน (proton) หรือ H+ หรือเป็นตัวให้โปรตอน
เบส (base) คือ สารที่สามารถรับโปรตอนหรือเป็นตัวรับโปรตอน
http:// www.transporting.to/Cyber Woman/ images/phtest.JPG
ปฏิกิริยากรด-เบส
HA + H2O
<------->
H3O+ + A-
กรด (HA) ทำปฏิกิริยากับเบส (H2O) เกิดเป็นคู่เบส (conjugate base) ของกรด (A-) และคู่กรด (conjugate acid) ของเบส (H3O+) เช่น CH3COO- เป็นคู่เบสของ CH3COOH และ NH4+ เป็นคู่กรดของ NH3
K คือ ค่าคงที่ ณ จุดสมดุล (equilibrium constant) ของปฏิกิริยากรด-เบส โดย
K
=
[H3O+] [A-]
[HA] [H2O]
[ ] = ความเข้มข้นหน่วยเป็นโมลาร์ (M)
Ka คือ ค่าคงที่ของการแตกตัว (dissociation constant) ของกรด HA

Ka
=
K [H2O]
=
[H3O+] [A-]
[HA]

pH เป็นผลลบของ log ฐาน 10 ความเข้มข้นของ H+
pH
=
-log10 [H+]
หรือ
pH
=
log10
1
[H+]

pKa เป็นผลลบของ log ฐาน 10 ของค่า Ka
pKa
=
-log10 Ka
สารละลายที่เป็นกรด (acidic solution) มี [H+] มากกว่า 10-7 M และ pH น้อยกว่า 7.0
สารละลายที่เป็นกลาง (neutral solution) มี [H+] เท่ากับ 10-7 M และ pH เท่ากับ 7.0
สารละลายที่เป็นเบส (basic solution) มี [H+] น้อยกว่า 10-7 M
และ pH มากกว่า 7.0

1. กรดมอโนเบสิก (monobasic acid) คือ กรดที่แตกตัวให้หนึ่งโปรตอนต่อหนึ่งโมเลกุล เช่น กรดอะซีติก (acetic acid) โดยมีค่า pKa 1 ค่า

1. กรดพอลิเบสิก หรือ กรดพอลิโปรติก (polybasic หรือ polyprotic acid) คือ กรดที่แตกตัวให้ โปรตอนมากกว่าหนึ่งโปรตอนต่อหนึ่ง โมเลกุล เช่น กรดฟอสโฟริก (phosphoric acid) สามารถแตกตัว อย่างสมบูรณ์ได้ 3 โปรตอน โดยมีค่า pKa 3 ค่า ได้แก่ 2.15 7.20 และ 12.38 นอกจาก นี้สารพวกชีวโมเลกุลส่วนใหญก็่เป็นพวกกรดพอลิเบสิก เช่น กรดออกซาลิก และกรดซักซินิก เป็นต้น

ตัวอย่างกรดและคู่เบส

Click

Ka และ pKa ของกรด บางชนิด

Click

สมการเฮนเดอร์สัน-ฮาสเซลบาลค์

เป็นสมการแสดงความสัมพันธ์ระหว่าง pH ของสารละลายกับความเข้มข้นของกรดและคู่เบสของมัน ดังนี้

pKa ของกรดอะมิโน

Click

pH
=
pKa
+
log
[A-]
[HA]

สามารถแทนค่าได้ ดังนี้
pH
=
pKa
+
log
[คู่เบส]
[คู่กรด]

บัฟเฟอร์

คือ สารผสมระหว่าง กรดอ่อน หรือด่างอ่อน กับเกลือของมันในปริมาณความเข้มข้นเกือบเท่ากัน มีคุณสมบัติ ต่อต้านการเปลี่ยนแปลงความเข้มข้นของ H+ หรือต่อต้านการเปลี่ยนแปลง pH เมื่อเติมกรดหรือด่าง เช่น สารผสมระหว่างกรดอะซีติกกับโซเดียมอะซีเตต (sodium acetate) เนื่องจากปริมาณของ H+ หรือ OH- ที่เติมลงไปเล็กน้อยนี้จะ เข้าไปทำปฏิกิริยากับ A- หรือ HA ตามลำดับ โดยไม่ทำให้เกิดการเปลี่ยนแปลงค่า log [A-]/[HA] ไปมาก

อินดิเคเตอร์
เป็นกรดอินทรีย ์หรือเบสอินทรีย์ที่อ่อน ซึ่งขณะที่ไม่แตกตัวเป็นไอออน จะแสดงสีหนึ่ง แต่ขณะที่เป็นแอน ไอออน (anion) หรือแคตไอออน (cation) จะแสดงสีที่ต่างไป จึงใช้อินดิเคเตอร์ในการหาจุด end-point ของปฏิกิริยากรด-เบส เช่น บรอมครีซอลกรีน (bromcresol green) ถ้าใส่ในสารละลายที่มี pH ระหว่าง 3.8 - 5.4 อินดิเคเตอร์จะ แสดงสีเขียว ขณะที่ pH ต่ำกว่า 3.8 จะเห็นเป็นสีเหลือง และที่ pH มากกว่า 5.4 จะเห็นเป็นสีน้ำเงิน

อินดิเคเตอร์ทั่วไป

Click

pH meter

สัญญาณจากหลอดอิเล็กโทรดแก้ว (glass electrode) ซึ่งไวต่อ การเปลี่ยนแปลง [H+] แต่ไม่ไวต่อไอออนบวกชนิดอื่น เช่น Na+ และ K+ จะถูกเปรียบเทียบกับสัญญาณที่เกิดขึ้นจากสารละลาย ที่ทราบค่า pH และถูกขยายซึ่งจะปรากฏเป็นค่า pH ของสารละลาย ที่ต้องการบนหน้าปัทม์ของเครื่อง

การวัด pH มีความสำคัญในงานทางชีวเคมี pH มีผลต่อโครงสร้าง และการทำงานของสารชีวโมเลกุล (biomolecule) ขนาดใหญ่ เช่น การทำงานของเอนไซม์ (enzyme)

การวัด pH ของเลือดและปัสสาวะมีประโยชน์ทางคลินิก คือช่วยใน การวินิจฉัยโรคได้ เช่น คนป่วยเป็นโรคเบาหวานอย่างรุนแรงจะมี pH ต่ำกว่าคนปกติที่มี pH 7.4

http://www.brinkmann.com/products/metrohm_744_Bencht.
แบ่งตามการแตกตัว
ประเภทของกรด