ประโยชน์และการแก้ปัญหาโดยใช้ความรู้เกี่ยวกับกรด-เบส ในชีวิตประจำวัน

ฝนกรด

ฝนกรด คือ น้ำฝนที่มีฤทธิ์เป็นกรด โดยองค์ประกอบส่วนใหญ่เป็นกรดซัลฟิวริก (H₂SO₄) และกรดไนตริก (HNO₃) ที่เกิดมาจากมลภาวะทางอากาศ

กรดซัลฟิวริก

กรดซัลฟิวริก จากแก๊สซัลเฟอร์ไดออกไซด์ (SO₂) ที่เกิดมาจากการเผาไหม้ของถ่านหินที่มีปริมาณกำมะถันสูง ละลายในน้ำเกิดเป็นกรดซัลฟิวรัส (H₂SO₃) และเมื่อกรดซัลฟิวรัสอยู่ในสภาวะที่มีไฮโดรเจนเปอร์ออกไซด์ หรือโอโซน มันจะถูกออกซิไดซ์เกิดเป็นกรดซัลฟิวริก

ดังสมการ (1)

H₂O₂(aq) + H₂SO₃(aq)  H₂SO₄(aq) + H₂O(l)(1)

นอกจากนั้นแก๊สซัลเฟอร์ไดออกไซด์ยังสามารถถูกออกซิไดซ์ในบรรยากาศเปลี่ยนเป็นแก๊สซัลเฟอร์ไตรออกไซด์ (SO₃) เมื่อละลายน้ำจะได้เป็นกรดซัลฟิวริกเช่นกัน

ดังสมการ (2)

SO₃(g) + H₂O(l)  H₂SO₄(aq)
(2)

กรดไนตริก

กรดไนตริก จากแก๊สไนโตรเจนออกไซด์ (NO_x) ในรูปต่างๆ ที่เกิดจากแก๊สไนโตรเจน และ แก๊สออกซิเจน ในห้องเผาไหม้ของรถยนต์ และที่เกิดจากโรงงานผลิตกระแสไฟฟ้า ในช่วงกลางวันแก๊ส NO จะเปลี่ยนเป็น NO₂ และกรดไนตริก ส่วนในช่วงกลางคืนแก๊ส NO_x จะถูกเปลี่ยนเป็นแก๊ส N₂O₅ ซึ่งเมื่อละลายน้ำจะให้กรดไนตริก

ดังสมการ (3)

N₂O₅(g) + H₂O(l)  2HNO₃(aq)
(3)

โดยปกติน้ำฝนจะมีฤทธิ์เป็นกรดอ่อน ได้จากการละลายของแก๊สคาร์บอนไดออกไซด์ (CO₂) ในบรรยากาศ

ดังสมการ (4)

CO₂(g) + 2H₂O(l)  H₃O⁺(aq) + HCO₃^-(aq)
(4)

ผลของฝนกรด ทำให้จำนวนสัตว์น้ำลดลงเพราะหลายสายพันธุ์จะตายถ้าน้ำมีค่าความเป็นกรด-เบสต่ำกว่า 5 และยังทำลายป่าไม้

อลูมิโนซิลิเกต องค์ประกอบของดินซึ่งปกติจะไม่ละลายในน้ำ แต่จะละลายได้ในสารละลายกรด ทำให้เกิด Al³⁺ ที่เป็นพิษร้ายแรงต่อปลา นอกจากนั้นไอออนต่างๆ ที่เป็นสารอาหารที่จำเป็นของพืช และสัตว์ เช่น Ca²⁺ และ Mg²⁺ ก็จะละลาย และถูกพัดพาไปกับสายน้ำ

หินอ่อน และหินปูนในสิ่งก่อสร้าง รูปปั้น และอนุสาวรีย์ จะทำปฏิกิริยากับกรดซัลฟิวริก และกลายเป็นยิปซัม (CaSO₄×2H₂O) ซึ่งจะหลุดร่อนออก ทำให้รูปปั้น อนุสาวรีย์ สิ่งปลูกสร้างเก่าๆ และสถานที่สำคัญของประวัติศาสตร์ของมนุษยชาติเสียหาย

การป้องกันฝนกรด คือ การลดปริมาณแก๊ส SO₂ และแก๊ส NO_x ที่จะเข้าสู่บรรยากาศ ในกรณีของแก๊ส SO₂ การลดปริมาณแก๊สสามารถทำได้โดยใช้เครื่องฟอกอากาศโดยใช้ละอองน้ำ (scrubber) กับละอองหินปูนเพื่อละลายแก๊สพิษออก หรือการให้แก๊สทำปฏิกิริยากับมีเทน หรือแก๊สไฮโดรเจนซัลไฟด์ เพื่อเปลี่ยนให้เป็นกำมะถัน

ดังสมการ (5)

16H₂S(g) + 8SO₂(g)  3S₈(s) + 16H₂O(l)
(5)

ส่วนกรณีของแก๊ส NO_x สามารถลดปริมาณแก๊สได้โดยใช้ระบบแคทตาไลติกคอนเวอร์เตอร์ เพื่อเปลี่ยนแก๊สพิษให้เป็นแก๊ส N₂ การลดปริมาณแก๊ส NO_x ในโรงงานไฟฟ้า ใช้การผ่านแก๊สร้อนเข้าทำปฏิกิริยากับแก๊สแอมโมเนีย ภายใต้ภาวะที่มีตัวเร่งปฏิกิริยา

ดังสมการ (6)

4NO(g) +4NH₃(g) + O₂(g)  4N₂(g) + 6H₂O(g)
(6)

นอกจากนั้นยังมีการเติมปูนขาวลงในแหล่งน้ำ เพื่อปัองกันไม่ให้กรดทำให้เกิดความเสียหายกับสัตว์น้ำและพืชน้ำ

การทำขนมปัง

การทำขนมปัง ให้พองตัวใหญ่ และนุ่ม เกิดจากการทำให้มีแก๊สคาร์บอนไดออกไซด์ (CO₂) เกิดขึ้นระหว่างการทำ โดยปกติแก๊ส CO₂ จะเกิดขึ้นจากการทำปฏิกิริยาระหว่างโซเดียมไบคาร์บอเนต (NaHCO₃) หรือเบกิ้งโซดา กับกรด ในการทำคุกกี้ หรือมัฟฟิน คนทำขนมจะผสม NaHCO₃ กับ โปแตชเซียมไฮโดรเจนทาเทรต (KHC₄H₄O₆) ที่มีน้ำร่วมเป็นส่วนผสม แก๊ส CO₂ ที่เกิดขึ้นตอนผสมแป้งกับสารทั้งหมดนั้น จะถูกขังไว้ในแป้ง และจะขยายพองตัวออกเมื่อถูกความร้อน จึงทำให้ขนมฟูขึ้น และมีเนื้อนุ่ม

ดังปฏิกิริยา (7)

NaHCO₃(aq) + KHC₄H₄O₆(aq)  H₂O(g) + CO₂(g) + KNaC₄H₄O₆(aq)
(7)

สำหรับผงฟูนั้นเป็นของผสมของไฮโดรเจนคาร์บอนเนตไอออน กับกรด ซึ่งจะทำให้เกิดแก๊ส CO₂ ช่วยในการทำขนมเหมือนกัน แต่ปฏิกิริยาการเกิดไม่เหมือนกัน ดังสมการ (8)

H₃O⁺(aq) + HCO₃^- (aq)  2H₂O(l) + CO₂(g)
(8)

ยาลดกรด

ยาลดกรด ดั้งเดิมที่ใช้คือไฮโดรเจนคาร์บอเนต (NaHCO₃) หรือเรียกว่า เบกิ้งโซดา เพื่อใช้ทำปฏิกิริยาสะเทินกับกรดในกระเพาะอาหาร แต่ไม่แนะนำให้ใช้ในคนที่มีโรคความดันสูงเพราะการมีความเข้มข้นของโซเดียมไอออนมากจะส่งผลให้อาการแย่ลง ในยาลดกรดนอกจากมี NaHCO₃ ยังมีกรดซิตริก และ แอสไพริน เมื่อนำยาลดกรดที่มี NaHCO₃ ละลายลงในน้ำ จะเกิดปฏิกิริยาระหว่าง HCO₃^- ไอออน กับ H₃O⁺ ไอออน จากกรด เกิดแก๊ส CO₂ เช่นเดียวกับสมการ (8)

อีกองค์ประกอบหนึ่งในยาลดกรดคือแคลเซียมคาร์บอเนต (CaCO₃) คาร์บอเนตไอออน (CO₃^2-) จะทำปฏิกิริยาสะเทินกรดและให้แก๊ส  CO₂  

ดังสมการ (9)

CO₃^2-(aq) + 2H₃O⁺(aq)  CO₂(g) + 3H₂O(l)
(9)

อลูมิเนียมไฮดรอกไซด์ (Al(OH)₃) เป็นอีกองค์ประกอบหนึ่งของยาลดกรด ไฮดรอกไซด์ไอออน (OH^-) จะทำปฏิกิริยาสะเทินกรด
ดังสมการ (10)

OH^-(aq) + H₃O⁺(aq)  2H₂O(l)
(10)

แต่อย่างไรก็ตามมีข้อสังเกตว่า Al³⁺ ไอออน ที่เกิดจะทำปฏิกิริยากับฟอสเฟตไอออน (PO₄^3-) ดังสมการ (11) ทำให้ปริมาณ PO₄^3- ไอออนที่จำเป็นต่อร่างกายน้อยลง

Al³⁺(aq) + PO₄^3-(aq)  AlPO₄(s)
(11)

นอกจากนั้นสารประกอบของแมกเนเซียมก็ถูกใช้เป็นองค์ประกอบของยาลดกรด โดยประกอบด้วย MgCO₃ และ Mg(OH)₂

ผลข้างเคียงของยาลดกรด เช่น Al(OH)₃ อาจก่อให้เกิดอาการท้องผูก ส่วนสารประกอบของแมกเนเซียมมีฤทธิ์เป็นยาระบาย