ทฤษฎีกรด–เบส (acid base theory)เบื้องต้น-เคมี

ทฤษฎีกรด-เบส

ทฤษฎีกรด-เบสอาร์เรเนียส

ทฤษฎีกรด-เบสอาร์เรเนียส ให้นิยามว่า กรด คือ สารที่ละลายน้ำแล้วแตกตัวให้ไฮโดรเจนไอออน ส่วนเบส คือ สารที่ละลายน้ำแล้วแตกตัวให้ไฮดรอกไซด์ไอออน ซึ่งสามารถแสดงสมการทั่วไปดังนี้

ในสมการนี้ HA เป็นสูตรทั่วไปของกรด เช่น HNO₃, HClO₄ส่วน BOH เป็นสูตรทั่วไปของเบส เช่น NaOH, KOH

ข้อจำกัดนิยามของอาร์เรเนียส คือ สารที่เป็นกรดหรือเบสจะต้องละลายในน้ำหรือตัวทำละลายอื่นเท่านั้น ถ้าไม่ละลายในตัวทำละลายจะไม่จัดเป็นกรดหรือเบส นอกจากนี้ไม่สามารถใช้อธิบายความเป็นกรดหรือเบสของสารที่ในโมเลกุลไม่มี H⁺ หรือ OH^– ในโมเลกุล เช่น NH₄Cl หรือ CH₃COONa แต่แสดงสมบัติเป็นกรดและเบสได้ ตามลำดับ

ทฤษฎีกรด-เบสเบรินสเตด-ลาวรี

ทฤษฎีกรด-เบสเบรินสเตด-ลาวรี ให้นิยามว่า กรด คือ สารที่ให้โปรตอน และ เบส คือ สารที่รับโปรตอน

นิยามกรดและเบสของเบรินสเตด-ลาวรีสามารถอธิบายความเป็นกรดของ NH₄Cl และความเป็นเบสของ CH₃COONa ซึ่งในโมเลกุลไม่มี H⁺ หรือ OH^– แต่เมื่อละลายน้ำแล้วได้สารละลายที่มีสมบัติเป็นกรดและเบส

NH₄Cl เป็นสารประกอบไอออนิก เมื่อละลายน้ำจะแตกตัวเป็นไอออนและเกิดการเปลี่ยนแปลงดังนี้

NH₄⁺ให้ H⁺ กับ H₂O ดังนั้น NH₄⁺ จึงทำหน้าที่เป็นกรด ในขณะที่ H₂O รับ H⁺ จาก NH₄⁺ ดังนั้น H₂O จึงทำหน้าที่เป็นเบส และในสารละลายมี H₃O⁺ เกิดขึ้น สารละลาย NH₄Cl จึงมีสมบัติเป็นกรด

สำหรับ CH₃COONa ซึ่งเป็นสารประกอบไอออนิกเมื่อละลายน้ำจะแตกตัวเป็นไอออนและเกิดการเปลี่ยนแปลงดังนี้

H₂O ให้ H⁺ กับ CH₃COO^– เกิดเป็น OH^– ในขณะที่ CH₃COO^– รับ H⁺ จาก H₂O เกิดเป็น CH₃COOH ดังนั้น H₂O จึงทำหน้าที่เป็นกรด ส่วน CH₃COO^– ทำหน้าที่เป็นเบส ในสารละลายมี OH^– เกิดขึ้น ดังนั้นจึงสามารถอธิบายสมบัติความเป็นเบสของสารละลาย CH₃COONa ได้

ทฤษฎีกรด-เบสลิวอิส

ทฤษฎีกรด-เบสลิวอิส ให้นิยามว่า กรด คือสารที่สามารถรับคู่อิเล็กตรอน และ เบส คือ สารที่สามารถให้คู่อิเล็กตรอน เช่น ปฏิกิริยาระหว่างโบรอนไตรฟลูออไรด์ (BF₃) กับแอมโมเนีย

NH₃ มีอิเล็กตรอนคู่โดดเดี่ยว 1 คู่ จึงเป็นสารที่ให้คู่อิเล็กตรอน ส่วน BF₃ เป็นสารที่รับคู่อิเล็กตรอน ดังนั้น NH₃ จึงเป็นเบส ส่วน BF₃ เป็นกรด

ทฤษฎีกรด-เบสของลิวอิสยังสามารถใช้อธิบายความเป็นกรด-เบสของสารที่มีโปรตอนเช่นเดียวกับทฤษฎีของเบรินสเตด-ลาวรี ตัวอย่างเช่น ปฏิกิริยาระหว่างโปรตอนกับไฮดรอกไซด์เกิดเป็นน้ำดังสมการ