ทฤษฎีกรด- เบสของอาร์เรเนียส

อาร์เรเนียส เป็นนักวิทยาศาสตร์ชาวสวีเดน ได้ตั้งทฤษฎีกรด- เบส ในปี ค. ศ. 1887 ( พ. ศ. 2430) อาร์เรเนียสศึกษาสารที่ละลายน้ำ (Aqueous solution) และการนำไฟฟ้าของสารละลายนั้น เขาพบว่าสารอิเล็กโทรไลต์จะแตกตัวเป็นไอออน เมื่อละลายอยู่ในน้ำและให้นิยามกรดไว้ว่า

กรด คือ สารที่เมื่อละลายน้ำแล้วแตกตัวให้ไฮโดรเจนไอออน” เช่น

HCl (g)  H⁺ (aq) + Cl^– (aq)

HClO₄(l)  H⁺ (aq) + ClO₄^– (aq)

CH₃COOH (l)  H⁺ (aq) + CH₃COO^– (aq)

H₂SO₄ (l)  H⁺ (aq) + SO₂^2-(aq)

H₂CO₃ (l)  H⁺ (aq) + HCO₃^– (aq)

เบสคือ สารที่เมื่อละลายน้ำแล้วแตกตัวให้ไฮดรอกไซด์ไอออน” เช่น

NaOH (s)  Na⁺ (aq) + OH^– (aq)

Ca(OH)₂ (s)  Ca₂⁺ (aq) + 2OH^– (aq)

KOH (s)  K⁺ (aq) + OH^– (aq)

NH₄OH (l)  NH₄⁺ (aq) + OH^– (aq)

ข้อจำกัดของทฤษฎีกรด – เบส อาร์เรเนียส

• ทฤษฎีกรด- เบส อาร์เรเนียส จะเน้นเฉพาะการแตกตัวในน้ำ ให้เป็น H⁺ และ OH^– ไม่รวมถึงตัวทำละลายอื่นๆ ทำให้อธิบายความเป็นกรด- เบสได้จำกัด
• สารที่ี่จะเป็นกรดได้ต้องมี H⁺ อยู่ในโมเลกุล และสารที่ี่จะเป็นเบสได้ก็ต้องมี OH^– อยู่ในโมเลกุล

ทฤษฎีกรด- เบส ของเบรินสเตต- เลารี

โจฮันส์ นิโคลัส เบรินสเตต นักเคมีชาวเดนมาร์ก และ โทมัส มาร์ติน ลาวรี นักเคมีชาวอังกฤษ ได้ศึกษาการให้และรับโปรตอนของสาร เพื่อใช้ในการอธิบายและจำแนกกรด- เบสได้กว้างขึ้น และได้ตั้งทฤษฎีกรด- เบสขึ้นในปี ค. ศ.1923 ( พ. ศ.2466)

     กรด คือ สารที่ี่สามารถให้โปรตอนกับสารอื่นๆ ได้ (Proton donor)

     เบส คือ สารที่ี่สามารถรับโปรตอนจากสารอื่นได้ (Proton acceptor)

พิจารณาตัวอย่างต่อไปนี้

1

HCl เป็นสารที่ี่ให้โปรตอน (H⁺) ดังนั้น HCl จึงเป็นกรด

H₂O เป็นสารที่ี่รับโปรตอน (H⁺) ดังนั้น H₂Oจึงเป็นเบส

2

NH₄⁺ เป็นสารที่ี่ให้โปรตอน (H⁺) ดังนั้น NH₄⁺จึงเป็นกรด
H₂Oเป็นสารที่ี่รับโปรตอน (H⁺) ดังนั้น H₂Oจึงเป็นเบส

3

H₂Oเป็นสารที่ี่ให้โปรตอน (H⁺) ดังนั้น H₂Oจึงเป็นกรด
NH₃เป็นสารที่ี่รับโปรตอน (H⁺) ดังนั้น NH₃ จึงเป็นเบส

จากปฏิกิริยาทั้ง 3 ปฏิกิริยา จะมีสารที่ี่ให้และรับโปรตอนในแต่ละปฏิกิริยา และมี H₃O⁺ และ OH^– เกิดขึ้น

ทฤษฎีกรด- เบสของลิวอีส

ในปี ค. ศ. 1923 ( พ. ศ. 2466) ลิวอีสไดเสนอนิยามของกรดและเบสดังนี้

กรด คือ สารที่สามารถรับอิเล็กตรอนคู่ จากเบส แล้วเกิดพันธะโคเวเลนต์

เบส คือ สารที่สามารถให้อิเล็กตรอนคู่ในการเกิดพันธะโคเวเลนต์

ปฏิกิริยาระหว่างกรด- เบส ตามทฤษฎีนี้ อธิบายในเทอมที่มีการใช้อิเล็กตรอนคู่ร่วมกัน กรดรับอิเล็กตรอนเรียกว่าเป็น Electrophile และเบสให้อิเล็กตรอนเรียกว่าเป็น Nucleophile และตามทฤษฎีนี้สารที่เป็นเบสต้องมีอิเล็กตรอนคู่อิสระ เช่น

ในกรณีนี้ NH₃ เป็นเบส มีอิเล็กตรอนคู่ 1 คู่ จะให้อิเล็กตรอนคู่กับกรดในการเกิดพันธะโคเวเลนต์ และ BF₃รับอิเล็กตรอนจาก NH₃BF₃ จึงเป็นกรด

ทฤษฎีของลิวอิสนี้มีข้อดีคือ สามารถจำแนกกรด- เบส ที่ไม่มีทั้ง H หรือ OH^– ในสารนั้น และแม้ว่าสารนั้นไม่ได้อยู่ในรูปสารละลาย แต่อยู่ในสถานะแก๊สก็สามารถใช้ทฤษฎีลิวอิสอธิบายความเป็นกรดเบสได้

-ขอบคุณข้อมูล http://www.il.mahidol.ac.th/e-media/acid-base/C3.htm