ในวิชาเคมี ปฏิกิริยา การสะเทียร ( neutralization หรือneutralisation ) คือปฏิกิริยาเคมีที่กรดและเบส ทำปฏิกิริยากันในปริมาณที่เท่ากัน ในปฏิกิริยาที่ เกิดขึ้นในน้ำ การสะเทียรจะทำให้ไม่มีไอออนไฮโดรเจนหรือไฮดรอกไซด์ส่วนเกินอยู่ในสารละลาย ค่าpHของสารละลายที่สะเทียรแล้วจะขึ้นอยู่กับความแรงของกรดของสารตั้งต้น

ในบริบทของปฏิกิริยาเคมีคำว่า การทำให้เป็นกลาง ใช้สำหรับปฏิกิริยาระหว่างกรดกับเบสหรือด่างในอดีต ปฏิกิริยานี้แสดงด้วยสัญลักษณ์

กรด + เบส (ด่าง) → เกลือ + น้ำ

x H A + y B(OH) → B A + xy H O

ตัวอย่างเช่น:

HCl + NaOH → NaCl +

คำกล่าวนี้ยังคงใช้ได้ตราบใดที่เข้าใจว่าในสารละลายในน้ำ สารที่เกี่ยวข้องจะเกิดการแตกตัวซึ่งจะเปลี่ยนสถานะการแตกตัวเป็นไอออนของสาร เครื่องหมายลูกศร→ใช้เพราะปฏิกิริยาสมบูรณ์ นั่นคือ การสะเก็ดเป็นปฏิกิริยาเชิงปริมาณ คำจำกัดความที่ครอบคลุมกว่านี้มีพื้นฐานมาจากทฤษฎีกรด-เบสของบรอนสเตด-โลว์รี

AH + B → A + BH

ในนิพจน์ทั่วไปเช่นนี้ จะละเว้นประจุไฟฟ้า เนื่องจากสารแต่ละชนิด A, AH, B หรือ BH อาจมีหรือไม่มีประจุไฟฟ้าก็ได้ การทำให้กรดซัลฟิวริก เป็นกลาง เป็นตัวอย่างที่เฉพาะเจาะจง ในกรณีนี้ ปฏิกิริยาการทำให้เป็นกลางบางส่วนสองปฏิกิริยาเป็นไปได้

H₂SO₄ + ^→ HSO₄⁻ + H₂O​​​

HSO − 4 + OH ⁻ → SO 2− 4 + H O

โดยรวม:

H₂SO₄ + OH⁻ ^→ SO₂⁻⁴ + 2​​

หลังจากกรด AH ถูกทำให้เป็นกลางแล้ว จะไม่มีโมเลกุลของกรด (หรือไอออนไฮโดรเจนที่เกิดจากการแตกตัวของโมเลกุล) เหลืออยู่ในสารละลาย

เมื่อกรดถูกทำให้เป็นกลาง ปริมาณของเบสที่เติมเข้าไปจะต้องเท่ากับปริมาณของกรดที่มีอยู่เดิม ปริมาณของเบสนี้เรียกว่า ปริมาณ ที่สมดุลในการไทเทรตกรดด้วยเบส จุดที่เกิดการทำให้เป็นกลางอาจเรียกว่าจุดสมดุล ก็ได้ ลักษณะเชิงปริมาณของปฏิกิริยาการทำให้เป็นกลางนั้น สามารถแสดงได้สะดวกที่สุดในรูปของความเข้มข้นของกรดและเบสณ จุดสมดุล:

ปริมาตร (กรด) × ความเข้มข้น ( ไอออน H ⁺จากการแตกตัว) = ปริมาตร (เบส) × ความเข้มข้น ( ^{ไอออน} OH− )

โดยทั่วไป สำหรับกรด AH ที่ความเข้มข้นc ทำปฏิกิริยากับเบสB(OH) ที่ความเข้มข้นc ปริมาตรv และv จะมีความสัมพันธ์กันดังนี้:

n × v × c = m × v × c

ตัวอย่างของการที่เบสถูกทำให้เป็นกลางโดยกรดมีดังนี้

Ba(OH) + 2 H ⁺ → Ba ²⁺ + 2 H O

สมการเดียวกันที่แสดงความสัมพันธ์ระหว่างความเข้มข้นของกรดและเบสยังคงใช้ได้ แนวคิดเรื่องการทำให้เป็นกลางไม่ได้จำกัดอยู่เฉพาะปฏิกิริยาในสารละลายเท่านั้น ตัวอย่างเช่น ปฏิกิริยาของหินปูนกับกรด เช่น กรดซัลฟิวริก ก็เป็นปฏิกิริยาการทำให้เป็นกลางเช่นกัน

[ Ca,Mg]CO (s) + H SO (aq) → [ Ca ²⁺ , Mg ²⁺ ](aq) + SO 2− 4 (aq) + CO (g) + H O(l)

ปฏิกิริยาเหล่านี้มีความสำคัญในวิชาเคมีของดิน

กรดแก่ คือ กรดที่แตกตัวอย่าง สมบูรณ์ ในสารละลายในน้ำ ตัวอย่างเช่นกรดไฮโดรคลอริก (HCl) เป็นกรดแก่ชนิดหนึ่ง

HCl → H ⁺ + Cl ⁻

เบสแก่คือ เบสที่แตกตัวอย่าง สมบูรณ์ ในสารละลายในน้ำ ตัวอย่างเช่นโซเดียมไฮดรอก ไซด์ (NaOH) เป็นเบสแก่ชนิดหนึ่ง

NaOH → Na ⁺ + OH ⁻

ดังนั้น เมื่อกรดแก่ทำปฏิกิริยากับเบสแก่ ปฏิกิริยาการสะเทินสามารถเขียนได้ดังนี้

H ⁺ + OH ⁻ → H O

ตัวอย่างเช่น ในปฏิกิริยาระหว่างกรดไฮโดรคลอริกกับโซเดียมไฮดรอกไซด์ ไอออนโซเดียมและคลอไรด์^Na + ^และ Cl− ไม่ได้มีส่วนร่วมในปฏิกิริยา ปฏิกิริยานี้สอดคล้องกับนิยามของบรอนสเตด-โลว์รี เพราะในความเป็นจริงไอออนไฮโดรเจนมีอยู่ในรูปของไอออนไฮโดรเนียมดังนั้นปฏิกิริยาการสะเทียรจึงสามารถเขียนได้ดังนี้

H₃O⁺ ⁺ OH⁻ → ^2H₂O​​

เมื่อกรดแก่ถูกทำให้เป็นกลางโดยเบสแก่ จะไม่มีไอออนไฮโดรเจนส่วนเกินเหลืออยู่ในสารละลาย สารละลายนั้นจึงเรียกว่าเป็นกลางเพราะไม่เป็นกรดหรือด่าง ค่าpHของสารละลายนี้จะอยู่ใกล้เคียงกับ 7 ค่า pH ที่แน่นอนจะขึ้นอยู่กับอุณหภูมิของสารละลาย

ปฏิกิริยาการสะ เทียรเป็น ปฏิกิริยา คายความร้อนการเปลี่ยนแปลงเอนทาลปีสำหรับปฏิกิริยาH⁺ ⁺ OH⁻ ^→ H₂Oคือ−57.30  กิโลจูล/โมล

กรดฮิวมิก (HA) เป็นกรดอ่อนที่ไม่แตกตัวอย่างสมบูรณ์เมื่อละลายในน้ำ แต่จะเกิดเป็นสารผสมที่อยู่ในสภาวะสมดุล แทน

HA + H O ⇌ H O ⁺ + A ^-

กรดอะซิติกเป็นตัวอย่างของกรดอ่อน ค่า pH ของสารละลายที่ถูกทำให้เป็นกลางซึ่งเกิดจาก...

HA + OH ⁻ → H O + A ⁻

ค่า pH ไม่ได้ใกล้เคียงกับ 7 เหมือนกับกรดแก่ แต่ขึ้นอยู่กับค่าคงที่การแตกตัวของกรด ( Ka ค่า pH ณ จุดสิ้นสุดหรือจุดสมดุลในการไทเทรตสามารถคำนวณได้ดังนี้ ณ จุดสิ้นสุด กรดจะถูกทำให้เป็นกลางอย่างสมบูรณ์ ดังนั้นความเข้มข้นของไฮโดรเจนไอออนเชิงวิเคราะห์ ( TH จะเป็นศูนย์ และความเข้มข้นของเบสคู่ควบ (A⁻ ⁾จะเท่ากับความเข้มข้นเชิงวิเคราะห์หรือเชิงรูปธรรม(TA ของกรด: [A⁻ ^] = TAเมื่อสารละลายของกรด (HA) อยู่ในสภาวะสมดุลตามนิยามแล้ว ความเข้มข้นจะสัมพันธ์กันโดยสม

[ A ⁻ ] [ H ⁺ ] = K [HA]; p K = -log K  

ละลายนั้นมากกว่าความเข้มข้นของกรดที่ละลายอยู่มาก[ H₂O ] ≫ T สมการสมดุลมวลของไอออนไฮโดรเจนจึงสามารถเขียนได้ดังนี้

T = [H ⁺ ] + ⁠ [A ^- ][ H ⁺ ] / K ⁠ - ⁠ K / [ H ⁺ ] ⁠

โดยที่K แทนค่าคงที่การแตกตัวของน้ำ เนื่องจากK = [ H ⁺ ] [ OH ⁻ ]ดังนั้นเทอม⁠ K / [ H ⁺ ] ⁠จึงเท่ากับ[ OH ⁻ ]ซึ่งเป็นความเข้มข้นของไอออนไฮดรอกไซด์ เมื่อเกิดการสะเทียรT จะเป็นศูนย์ หลังจากคูณทั้งสองข้างของสมการด้วย[ H ⁺ ]แล้ว จะได้สมการดังนี้

[ H ⁺ ] ² + ⁠ T [ H ⁺ ] ² / K ⁠ - K = 0

และหลังจากจัดเรียงใหม่และคำนวณหาลอการิทึมแล้ว

pH = ⁠ p K + log (1 + ⁠ T / K ⁠ ) / 2 ⁠

เมื่อใช้สารละลายเจือจางของกรดอ่อน เทอม1 + ⁠ T / K ⁠ จะมี ค่าประมาณเท่ากับ⁠ T / K ถ้า p K = 14

pH = 7 + ⁠ pK a log T / 2 ⁠

สมการนี้อธิบายข้อเท็จจริงต่อไปนี้:

• ค่า pH ณ จุดสิ้นสุดขึ้นอยู่กับความแรงของกรดเป็นหลัก ซึ่งก็คือpKa
• ค่า pH ณ จุดสิ้นสุดมีค่ามากกว่า 7 และเพิ่มขึ้นตามความเข้มข้นของกรดT ที่เพิ่มขึ้น ดังที่แสดงในรูป

ในการไทเทรตกรดอ่อนด้วยเบสแก่ ค่า pH จะเพิ่มขึ้นอย่างรวดเร็วเมื่อเข้าใกล้จุดสิ้นสุด ที่จุดสิ้นสุด ความชันของเส้นโค้งของค่า pH เทียบกับปริมาณของไทเทรตจะมีค่าสูงสุด เนื่องจากจุดสิ้นสุดเกิดขึ้นที่ค่า pH มากกว่า 7 ตัวบ่งชี้ ที่เหมาะสมที่สุด ที่จะใช้คือตัวบ่ง ชี้ ที่เปลี่ยนสีที่ค่า pH สูง เช่น ฟีนอลฟทาลีน^{[ 2 ]}

สถานการณ์นี้คล้ายคลึงกับกรณีของกรดอ่อนและเบสแรง

+ ^⇌ BH⁺ ⁺ H₂O​​

เอมีนเป็นตัวอย่างของเบสอ่อน ค่า pH ของสารละลายที่เป็นกลางขึ้นอยู่กับค่าคงที่การแตกตัวของกรดของเบสที่ถูกโปรตอนจับ (pKa ) เทียบเท่ากับค่าคงที่การจับตัวของเบส (pKb ) บ่งชี้ที่เหมาะสมที่สุดสำหรับการไทเทรตประเภทนี้คือตัวบ่งชี้ที่เปลี่ยนสีที่ค่า pH ต่ำ เช่น เมทิลออเรนจ์

เมื่อกรดอ่อนทำปฏิกิริยากับเบสอ่อนในปริมาณที่เท่ากัน

HA + B ⇌ A ⁻ + BH ⁺

การทำให้เป็นกลางอย่างสมบูรณ์ไม่ได้เกิดขึ้นเสมอไป ความเข้มข้นของสารที่อยู่ในสภาวะสมดุลซึ่งกันและกันจะขึ้นอยู่กับ ค่า คงที่สมดุลKของปฏิกิริยา ซึ่งกำหนดไว้ดังนี้:

[ A ⁻ ] [ BH ⁺ ] = K [HA][B]

ปฏิกิริยาการสะเทินสามารถพิจารณาได้ว่าเป็นผลต่างของปฏิกิริยาการแตกตัวของกรดสองปฏิกิริยาต่อไปนี้

ฮา ⇌ H ⁺ + A ^- ; K = ⁠ [ A ⁻ ] [ H ⁺ ] / [HA] ⁠ 

BH ⁺ ⇌ B + H ⁺ ; K = ⁠ [ B] [ H ⁺ ] / [BH ⁺ ] ⁠ 

โดยมีค่าคงที่การแตกตัวK และK ของกรด HA และ BH ⁺ตามลำดับ การตรวจสอบอัตราส่วนปฏิกิริยาแสดงให้เห็นว่า

K = ⁠ K / K ⁠

กรดอ่อนไม่สามารถถูกทำให้เป็นกลางโดยเบสอ่อนได้เสมอไป และในทางกลับกันก็เช่นกัน อย่างไรก็ตาม สำหรับการทำให้กรดเบนโซอิก เป็นกลาง ( K =6.5 × 10 ⁻⁵ ) กับแอมโมเนีย ( K =5.6 × 10 ⁻¹⁰สำหรับแอมโมเนียม ), K =1.2 × 10 ⁵ > 1และกรดเบนโซอิกมากกว่า 99% จะถูกแปลงเป็นเบนโซเอต

วิธี การไทเทรตทางเคมีใช้ในการวิเคราะห์กรดหรือเบสเพื่อหาความเข้มข้น ที่ไม่ทราบค่า สามารถใช้ เครื่องวัด pHหรือตัวบ่งชี้ pHซึ่งแสดงจุดสะเทียรโดยการเปลี่ยนสีที่ชัดเจน การคำนวณ ทางเคมี อย่างง่าย โดยใช้ปริมาตรของสารที่ไม่ทราบค่าและปริมาตรและความเข้มข้นโมลาร์ของสารเคมีที่เติมลงไป จะทำให้ทราบความเข้มข้นโมลาร์ของสารที่ไม่ทราบค่าได้

ในการบำบัดน้ำเสียมักใช้วิธีการปรับสภาพทางเคมีเพื่อลดความเสียหายที่น้ำเสียอาจก่อให้เกิดเมื่อปล่อยสู่สิ่งแวดล้อม สำหรับการควบคุมค่า pH สารเคมีที่นิยมใช้ ได้แก่แคลเซียมคาร์บอเนตแคลเซียมออกไซด์แมกนีเซียมไฮดรอก ไซด์ และโซเดียมไบคาร์บอเนตการเลือกใช้สารเคมีปรับสภาพที่เหมาะสมนั้นขึ้นอยู่กับการใช้งานเฉพาะด้าน

ปฏิกิริยาการสะเก็ดซึ่งเป็นปฏิกิริยาระหว่างกรดและด่างนั้นมีประโยชน์หลายอย่าง การใช้งานที่พบได้บ่อยมากคือ ในยาเม็ด ลดกรดยาเหล่านี้ออกแบบมาเพื่อทำให้กรดในกระเพาะอาหาร ( HCl ) ที่มากเกินไปซึ่งอาจทำให้เกิดอาการไม่สบายในกระเพาะอาหารหรือหลอดอาหารส่วนล่างเป็นกลาง

โซเดียมไบคาร์บอเนตมักใช้ในการทำให้กรดที่หกในห้องปฏิบัติการเป็นกลาง รวมถึงใช้รักษาแผลไหม้จากกรดด้วย

ในระบบทางเดินอาหาร ยังมีการใช้ปฏิกิริยาการทำให้เป็นกลางเมื่ออาหารเคลื่อนจากกระเพาะอาหารไปยังลำไส้ เพื่อให้สารอาหารถูกดูดซึมผ่านผนังลำไส้ได้ จำเป็นต้องมีสภาพแวดล้อมที่เป็นด่าง ดังนั้นตับอ่อนจึงผลิตไบคาร์บอเนตซึ่งมีฤทธิ์ต้านกรดเพื่อทำให้เกิดการเปลี่ยนแปลงนี้ขึ้น

การใช้งานทั่วไปอีกอย่างหนึ่งคือในปุ๋ยและการควบคุม ค่า pH ของดินปูนขาว ( แคลเซียมไฮดรอกไซด์ ) หรือหินปูน ( แคลเซียมคาร์บอเนต ) อาจถูกผสมลงในดินที่เป็นกรดมากเกินไปสำหรับการเจริญเติบโตของพืช ดินที่เป็นด่างอาจได้รับการแก้ไขด้วยกำมะถัน (ซึ่งแบคทีเรียจะย่อยสลายเป็นซัลเฟอร์ไดออกไซด์หรือไฮโดรเจนซัลไฟด์) หรือซัลเฟต^{[ 3 ]}

ในทางอุตสาหกรรม ก๊าซซัลเฟอร์ไดออกไซด์ ซึ่ง เป็นผลพลอยได้จากการเผาถ่านหินอาจรวมตัวกับไอน้ำในอากาศจนในที่สุดจะกลายเป็นกรดซัลฟิวริก ซึ่งจะตกลงมาเป็นฝนกรด เพื่อป้องกันไม่ให้ซัลเฟอร์ไดออกไซด์ถูกปล่อยออกมา อุปกรณ์ที่เรียกว่าเครื่องดักจับก๊าซจะดักจับก๊าซจากปล่องควัน อุปกรณ์นี้จะเป่าแคลเซียมคาร์บอเนตเข้าไปในห้องเผาไหม้ก่อน ซึ่งจะสลายตัวเป็นแคลเซียมออกไซด์ (ปูนขาว) และคาร์บอนไดออกไซด์ จากนั้นปูนขาวจะทำปฏิกิริยากับซัลเฟอร์ไดออกไซด์ที่เกิดขึ้น ก่อให้เกิดแคลเซียมซัลไฟต์จากนั้นจะฉีดสารแขวนลอยของปูนขาวเข้าไปในส่วนผสมเพื่อสร้างสารละลายข้น ซึ่งจะกำจัดแคลเซียมซัลไฟต์และซัลเฟอร์ไดออกไซด์ที่ยังไม่ทำปฏิกิริยาที่เหลืออยู่^{[ 4 ]}

ใน ขั้นตอน การควบคุมคุณภาพ ขั้นสุดท้ายของการผลิต ผลิตภัณฑ์มักจะผ่านการบำบัดด้วยกรด และต้องทำให้กรดเหล่านั้นเป็นกลางเพื่อป้องกันการกัดกร่อนของผลิตภัณฑ์

กระบวนการสะเทียรนั้นมีกล่าวถึงในตำราเคมีทั่วไปส่วนใหญ่ ส่วนรายละเอียดเพิ่มเติมสามารถพบได้ในตำราเคมีวิเคราะห์ เช่น:

• Skoog, DA; West, DM; Holler, JF; Crouch, SR (2004). "14-16". พื้นฐานเคมีวิเคราะห์ (  ฉบับที่ 8). Thomson Brooks/Cole. ISBN 0-03-035523-0.