การแตกตัวหรือความแรงของกรดและเบส

โดยสารละลายอิเล็กโตรไลต์สามารถแบ่งออกเป็น 2 ประเภทใหญ่ๆ คือ

1. สารละลายอิเล็กโตรไลต์แก่
2. สารละลายอิเล็กโตรไลต์อ่อน

• สารละลายกรดแก่และเบสแก่ จัดเป็น สารละลายอิเล็กโตรไลต์แก่
• สารละลายกรดอ่อนและเบสอ่อน จัดเป็น สารละลายอิเล็กโตรไลต์อ่อน

การแตกตัวของกรดแก่และเบสแก่

สารละลายกรดแก่และเบสแก่ จัดเป็น สารละลายอิเล็กโตรไลต์แก่ เนื่องจากกรดแก่และเบสแก่สามารถแตกตัวเป็นไอออนได้สมบูรณ์ เกิดปฏิกิริยาไปข้างหน้าเพียงอย่างเดียว  ไม่เหลือโมเลกุลของกรดแก่ หรือ เบสแก่ในระบบอีกเลย

ดังนั้น ถ้าทราบความเข้มข้นของกรดแก่หรือเบสแก่ ก็สามารถคำนวณหาความเข้มข้นของไฮโดรเนียมไอออน (H₃O⁺) และไฮดรอกไซด์ไอออน (OH^-) ได้ ดังสมการ (1) แสดงการแตกตัวของกรดแก่ไนตริก (HNO₃)

จากสมการ (1) ซึ่งเป็นสมการเคมีสมดุลแล้ว จึงทราบอัตราส่วนจำนวนโมลของสารทุกชนิดในปฏิกิริยา

ดังนั้น ถ้าสารละลายกรด HNO₃ มีความเข้มข้น 1 โมลาร์ ก็จะพบว่าในสารละลายมี H₃O⁺ ไอออน และ NO₃^- ไอออน มีความเข้มข้น 1 โมลาร์ เช่นกัน

เมื่อพิจารณาการแตกตัวของเบสแก่ Ba(OH)₂ เมื่อละลายเกลือในน้ำ และได้สารละลายมีความเข้มข้น 1 โมลาร์ ดังสมการ (2)

จากสมการ (2) ซึ่งเป็นสมการเคมีสมดุลแล้ว ถ้าสารละลายเบส Ba(OH)₂ มีความเข้มข้น 1 โมลาร์ ก็จะมีพบว่าในสารละลายมี Ba²⁺เข้มข้น 1 โมลาร์ ส่วน OH^- ไอออน มีความเข้มข้น 2 โมลาร์ ตามอัตราส่วนจำนวนโมลในการสมดุลสมการเคมี

การแตกตัวของกรดอ่อนและเบสอ่อน

สารละลายกรดอ่อนและเบสอ่อน จัดเป็น สารละลายอิเล็กโตรไลต์อ่อนเนื่องจากกรดอ่อนและเบสอ่อน แตกตัวเป็นไอออนได้เพียงบางส่วน เหลือโมเลกุลของกรดอ่อนหรือเบสอ่อน ผสมอยู่ในสารละลาย ปฏิกิริยาการแตกตัวของกรดอ่อน/เบสอ่อนเป็นปฏิกิริยาย้อนกลับได้ เกิดสภาวะสมดุล

ดังนั้น ณ ภาวะสมดุลจึงมีทั้งโมเลกุลของกรด/เบส และไอออนที่ได้จากการแตกตัว

ตัวอย่างเช่น การแตกตัวของกรดอ่อน HA ที่แตกตัวได้เพียงร้อยละ 5

ดังนั้น หากกรดอ่อน HA มีความเข้มข้นเริ่มต้น 1 โมลาร์ แล้วเกิดการแตกตัวได้ร้อยละ 5

หมายความว่า ในสารละลายปริมาตร 1 ลิตร เริ่มต้นมีกรด HA ละลายอยู่ 1 โมล เมื่อกรด HA แตกตัวเป็น H₃O⁺ ไอออน และ A^- ไอออน จนถึงภาวะสมดุล จะพบว่ามี H₃O⁺ ไอออน และ A^- ไอออน อยู่ในสารละลายอย่างละ 0.05 โมล และมีกรด HA อยู่ 0.95 โมล

การเปรียบเทียบว่ากรดอ่อนชนิดใดแตกตัวได้ดีกว่ากัน

ต้องพิจารณาที่ค่าคงที่สมดุล (K_a) กรดชนิดใดมีค่า K_a สูงกว่า แสดงว่าสามารถแตกตัวได้มากกว่า การคำนวณหาค่า K_a ต้องหาจากสมการสมดุลของกรด HA

แสดงได้ดังนี้

กรณี ที่กรดอ่อนที่สามารถแตกตัวได้มากกว่า 1 ขั้น เช่น H₂A สามารถแตกตัวได้ 2 ขั้น จึงมีค่า K_a1 และ K_a2 ในแต่ละขั้นจะแตกตัวให้ H⁺  1 โมล

ดังนี้ คือ

ขั้นที่ 1 ได้ว่า

ดังนั้น

ขั้นที่ 2 ได้ว่า

ดังนั้น

ในทำนองเดียวกัน H₃A สามารถแตกตัวได้ 3 ขั้น จึงมีค่า K_a1 K_a2 และ K_a3

โดยปกติค่า K_a1 > K_a2 > K_a3

การแตกตัวของเบสอ่อนพิจารณาได้ในทำนองเดียวกับกรดอ่อน

ตัวอย่างเช่น สารละลายเบสอ่อน XOH เข้มข้น 0.20 โมลาร์ แตกตัวให้ร้อยละ 5 สมการสมดุลของการแตกตัวของเบส XOH แสดงดังสมการ (4)

แสดงว่าในสารละลายปริมาตร 1 ลิตร เริ่มต้นมีเบส XOH ละลายอยู่ 0.20 โมล เมื่อเบส XOH แตกตัวเป็น X⁺ ไอออน และ OH^- ไอออน จนถึงภาวะสมดุล จะพบว่ามี X⁺ ไอออน และ OH^- ไอออน อยู่ในสารละลายอย่างละ 0.01 โมล และมีเบส XOH อยู่ 0.19 โมล

กรณี เบสอ่อนที่สามารถแตกตัวได้มากกว่า 1 ขั้น เช่น X(OH)₂ สามารถแตกตัวได้ 2 ขั้น จึงมีค่า K_b1 และ K_b2 ในแต่ละขั้นจะแตกตัวให้ OH^- 1 โมล

กรณี เบส X(OH)₃ สามารถแตกตัวได้ 3 ขั้น จึงมีค่า K_b1 K_b2 และ K_b3

และเช่นเดียวกันค่า K_b1 > K_b2 > K_b3