เทคนิคการคำนวณ เซลล์เชื้อเพลิง กรดผสมเบส เรื่องที่เด็ก ๆ สายวิทย์ควรรู้

เรื่องของกรดและเบสจัดเป็นพื้นฐานเบื้องต้นที่เด็กสายวิทย์ โดยเฉพาะรายวิชาเคมีต้องคุ้นเคยกันอยู่แล้วนะครับ ซึ่งนิยมของทั้ง 2 คำนี้หากอธิบายแบบเข้าใจง่ายมันก็คือสมบัติของสารเคมีแต่ละประเภทซึ่งจะแตกต่างกันออกไป อย่างไรก็ตามเพื่อให้ทุกคนเกิดความเข้าใจในเรื่องของการคำนวณ “กรดผสมเบส” มากขึ้น จึงอยากให้ลองนำเทคนิคที่จะบอกต่อไปนี้ไปทบทวนกันได้เลยครับ ไม่ยากอย่างที่คิด

ทำความรู้จักกับกรดและเบสให้มากขึ้น

มีคำนิยามเกี่ยวกับกรดและเบสอยู่หลายด้านขึ้นอยู่กับแนวคิดของนักวิทยาศาสตร์แต่ละคน ทว่าเมื่อสรุปออกมาแล้วก็พอจะบอกความหมายตามทฤษฎีที่ทั่วโลกให้การยอมรับได้ดังนี้

1. ทฤษฎี Arrhenius

กรด คือ สารประกอบชนิดหนึ่งที่มีค่า H แต่เมื่อเกิดการละลายน้ำจะแตกตัวออกเป็นโปรตอนเป็น H⁺ หรือ H3O+

เบส คือ สารประกอบชนิดหนึ่งที่มีค่า OH แต่เมื่อเกิดการละลายน้ำจะแตกตัวออกเป็นไฮดรอกไซด์ไอออนเป็น OH^– หรือ H3O+

อย่างไรก็ตามทฤษฎีดังกล่าวมีเงื่อนไขว่าสารประกอบต้องละลายน้ำได้เท่านั้น รวมถึงคำตอบที่ว่าสารประกอบบางชนิด เช่น NH3 ทำไมจึงเป็นเบส นั่นทำให้การถูกใช้งานในวงจำกัด

2. ทฤษฎี Bronsted-Lowry

กรด คือ ประเภทของสารที่ให้สารโปรตอน H⁺ กับสารตัวอื่น

เบส คือ ประเภทของสารที่รับโปรตอนจากสารอื่น

ด้วยเหตุนี้ปฏิกิริยาที่เกิดขึ้นระหว่างกรดกับเบสจึงเป็นการเคลื่อนย้าย H⁺ จากกรดไปสู่เบสนั่นเอง เช่น แอมโมเนียละลายในน้ำ โดยความแรงของกรดและเบสจะอยู่ที่ศักยภาพของการให้และรับโปรตอน

หากกรดให้โปรตอนได้มากจะเรียก “กรดแก่” กรดให้โปรตอนน้อยจะเรียก “กรดอ่อน”

หากเบสรับโปรตอนได้มากจะเรียก “เบสแก่” เบสรับโปรตอนน้อยจะเรียก “เบสอ่อน”

3. ทฤษฎี Lewis

กรด คือ ชนิดของสารที่รับอิเล็กตรอนคู่เดี่ยวจากสารตัวอื่นได้

เบส คือ ชนิดของสารที่ให้อิเล็กตรอนคู่เดี่ยวกับสารชนิดอื่นได้

เทคนิคที่ใช้ในการคำนวณ กรดผสมเบส

สำหรับการผสมกันระหว่างกรดและเบสจะแบ่งออกได้ 3 กรณี ซึ่งเทคนิคที่ใช้ในการคำนวณมีดังต่อไปนี้ครับ

1. กรดกับเบส ทำปฏิกิริยาแบบพอดีกัน (การไทเทรต)

            mol กรด = mol เบส

            ^aC กรด ^V กรด = ^bC เบส ^V เบส

a คือ จำนวนครั้งการแตกตัวของ H⁺

b คือ จำนวนครั้งของการแตกตัวของ OH^–

2. กรดกับเบส ทำปฏิกิริยาแล้วเป็นแก่

กรดแก่เหลือ จะเข้าสูตรคือ

            H⁺ เหลือ = ^aC กรด ^V กรด – ^bC เบส ^V เบส / ^V รวม

เบสแก่เหลือ จะเข้าสูตรคือ

            OH^– เหลือ = ^bC เบส ^V เบส – ^aC กรด ^V กรด / ^V รวม

3. กรดกับเบส ทำปฏิกิริยาแล้วเป็นอ่อน

กรดอ่อนเหลือ (บัฟเฟอร์กรด) จะเข้าสูตรคือ

            H⁺ = k_a x กรด / เกลือ

            pH = -logk_a + log เกลือ / กรด

ปล. เกลือ = ^bC เบส ^V เบส / ^aV รวม

เบสอ่อนหลือ (บัฟเฟอร์เกรด) จะเข้าสูตรคือ

OH^– = k_b x เบส / เกลือ

            pOH = -logk_b + log เกลือ / เบส

ปล. เกลือ = ^aC กรด ^V กรด / ^bV รวม

ครูปีโป้หวังว่าเด็ก ๆ ทุกคนจะเข้าใจเทคนิคการคำนวณ กรดผสมเบส กันมากขึ้นนะครับ ไม่ได้ยากอย่างที่คิด และยังสนุกด้วยนะ