สารละลายบัฟเฟอร์ (Buffer Solution)

สารละลายบัฟเฟอร์(buffer solution) หมายถึงสารละลายของกรดอ่อนกับเกลือของกรดอ่อน หรือคู่เบสของกรดอ่อน หรือหมายถึงสารละลายของเบสอ่อนกับเกลือของเบสอ่อน หรือคู่กรดของเบสอ่อนนั้น สมบัติของสารละลายบัฟเฟอร์ คือ รักษาสภาพ pH ของสารละลายเอาไว้โดยจะเกิดการเปลี่ยนแปลงน้อยมากเมื่อเติมกรดแก่หรือเบสแก่จำนวนเล็กน้อยลงไปการเตรียม ทำได้โดยการเติมกรดอ่อนลง
      ในสารละลายเกลือของกรดอ่อน หรือการเติมเบสอ่อนลงในสารละลายเกลือของเบสอ่อน

ตัวอย่างสารละลายบัฟเฟอร์ เช่น

การคำนวณเกี่ยวกับบัฟเฟอร์ มีสูตรที่เกี่ยวข้อง 2 สูตร คือ
1. pH = P_ka + log [salt]/[Acid]
2. pOH=P_kb +log[salt]/[Base]

การไทเทรต

การไทเทรตกรด - เบส (Acid-base titration)
          การไทเทรตกรด - เบส หมายถึง กระบวนการหาปริมาณของสารในสารละลายตัวอย่าง โดยให้ทำปฏิกิริยากับสารละลายมาตรฐานที่ทราบค่าความเข้มข้นแน่นอนแล้ว จากนั้นจึงอาศัยหลักการเกิดปฏิกิริยาระหว่างสารละลายกรด - เบสที่เข้าทำปฏิกิริยากันพอดี มาคำนวณหาความเข้มข้นหรือปริมาณของสารตัวอย่าง
วิธีการไทเทรต
คือ นำสารละลายกรด - เบสตัวอย่างที่ต้องการหาปริมาณ มาทำการไทเทรตกับสารละลายเบส - กรดมาตรฐานที่ทราบค่าความเข้มข้น หมายความว่า ถ้าสารละลายตัวอย่างเป็นสารละลายกรด จะต้องใช้สารละลายมาตรฐานที่เป็นเบสมาทำการไทเทรต แล้วบันทึกปริมาตรของสารละลายมาตรฐานที่ใช้ จากนั้นจึงนำไปคำนวณหาปริมาณของสารตัวอย่าง ในทางตรงกันข้าม ถ้าใช้สารละลายตัวอย่างเป็นเบส ก็จะต้องใช้สารละลายมาตรฐานเป็นกรด

 สารละลายมาตรฐานที่ทราบความเข้มข้นแน่นอนแล้ว จะถูกบรรจุอยู่ในเครื่องแก้วที่เรียกว่า บิวเรตต์ ซึ่งจะมีก๊อกไขเปิด - ปิดเพื่อหยดสารละลายมาตรฐานลงมายังขวดรูปกรวยที่บรรจุสารละลายตัวอย่างที่ต้องการวิเคราะห์ไว้แล้ว ในการไทเทรตจะค่อยๆ หยดสารละลายมาตรฐานลงมาทำปฏิกิริยากับสารละลายตัวอย่างในขวดรูปกรวย เขย่าหรือหมุนขวดรูปกรวยเพื่อให้สารผสมกัน ไทเทรตจนกระทั่งอินดิเคเตอร์เปลี่ยนสีจึงหยุดการไทเทรต จากนั้นให้บันทึกปริมาตรสารละลายมาตรฐานที่ใช้ เพื่อนำไปคำนวณหา pH ของสารละลาย
  ปิเปตต์ คือ เครื่องแก้วเชิงปริมาตร ที่ใช้ในการถ่ายเทของเหลวตัวอย่างลงในขวดรูปกรวย

วิธีการไทเทรต

1. ล้างบิวเรตต์ให้สะอาดแล้วตั้งบิวเรตต์ให้มีลักษณะดังภาพ

2. เติมสารละลายที่ต้องการจะหาความเข้มข้นลงในบิวเรตต์ (ใช้กรวยกรอง) ให้มีปริมาตรเหนือขีดศูนย์เล็กน้อย

3. ปล่อยสารละลายออกทางปลายบิวเรตต์อย่างช้า ๆ ลงในบีกเกอร์เพื่อไล่ฟองอากาศที่ อยู่ทางปลายบิวเรตต์ออกไปให้หมด แล้วปรับระดับสารละลายในบิวเรตต์ให้อยู่ตรงขีดศูนย์พอดี

4. ใช้ปิเปตต์ดูดสารละลายมาตรฐานตามปริมาตรที่ต้องการใส่ลงในฟลาส แล้วหยดอินดิเคเตอร์ 2-3 หยดเพื่อใช้เป็นตัวบอกจุดยุติ

5. หยดสารละลายในบิวเรตต์ลงในฟลาสอย่างช้า ๆ พร้อมทั้งแกว่งฟลาสด้วยมือขวาให้วนไปในทิศทางเดียวกัน จนกระทั่งถึงจุดยุติ

หมายเหตุ

1. การจับบิวเรตต์เพื่อปล่อยสารละลายออกจากบิวเรตต์ ควรจัดให้ถูกวิธีคือจับบิวเรตต์ด้วยมือซ้าย จับฟลาสด้วยมือขวาขณะไทเทรตปลายบิวเรตต์จะต้องจุ่มอยู่ในปากฟลาส

2. ขณะไทเทรตควรใช้กระดาษสีขาววางไว้ใต้ฟลาส เพื่อให้สังเกตการเปลี่ยนแปลง สีได้อย่างชัดเจน

3. ในระหว่างการไทเทรตควรมีการล้างผนังด้านในของฟลาสเพื่อให้เนื้อสารที่ติดอยู่ข้าง ๆ ไหลลงไปทำปฏิกิริยากันอย่างสมบูรณ์

4. เมื่อการไทเทรตใกล้ถึงจุดยุติควรหยดสารละลายลงในบิวเรตต์ทีละหยดหรือทีละหนึ่ง หยด เพื่อป้องกันการเติมสารละลายลงไปมากเกินพอ การหยดสารละลายทีละครึ่งหยดทำได้โดยเปิดก๊อกเพียงเล็กน้อย เมื่อสารละลายเริ่มไหลมาอยู่ที่ปลายบิวเรตต์ก็ปิดก๊อกทันที แล้วเลื่อนฟลาสมาแตะที่ปลายบิวเรตต์ใช้น้ำฉีดล้างลงไปในฟลาส (ดูภาพที่ 67)

5. เมื่ออินดิเคเตอร์เปลี่ยนสี ควรตั้งสารละลายทิ้งไว้ประมาณ 30 วินาที หากสีไม่เปลี่ยนแปลงแสดงว่าถึงจุดยุติแล้ว

6. อ่านปริมาตรของสารละลายที่ใช้ในการไทเทรตโดยดูตรงส่วนโค้งเว้าต่ำสุดว่าตรงกับขีดบอกปริมาตรใด

ข้อแนะนำ

ตามปกติการไทเทรตจะต้องทำซ้ำ 2-3 ครั้ง ดังนั้นเพื่อความสะดวกและรวดเร็วในการทดลอง การไทเทรตครั้งแรกอาจไขสารละลายจากบิวเรตต์ลงไปอย่างรวดเร็ว เพื่อหาจุดยุติอย่างคร่าว ๆ หรือหาปริมาตรของสารละลายโดยประมาณก่อน ในการไทเทรตครั้งที่ 2 หรือ 3 ตอนแรกอาจไขสารละลายจากบิวเรตต์เร็วได้แต่พอใกล้จะถึงจุดยุติก็หยดสารละลายลงไปทีละหยดเพื่อให้ปริมาตรที่ใช้ในการไทเทรตมีความเที่ยงตรงและไม่มากเกินพอ

*ที่มาhttp://web.ku.ac.th/schoolnet/snet5/titrate.html*

 

 

กราฟของการไทเทรต
กรดแก่-เบสแก่

กรดอ่อน-เบสแก่

เบสอ่อน-กรดแก่

 

การไฮโดรไลซิสของเกลือ

ปฏิกิริยาไฮโดรไลซีสของเกลือ (Hydrolysis of Salts)
              ไฮโดรไลซีสของเกลือ หมายถึง ปฏิกิริยาระหว่างเกลือกับน้ำ ซึ่งเกลือเป็นอิเล็กโทรไลต์แก่ เมื่อละลายน้ำแล้วจะแตกตัวออกเป็นไอออนบวกและลบทั้งหมด ดังนั้นสมบัติของสารละลายเกลือจึงขึ้นอยู่กับไอออนบวกและลบในสารละลายนั้น ไอออนบางตัวสามารถทำปฏิกิริยากับน้ำและให้ H⁺ หรือ OH^- ได้ จึงเรียกว่า ปฏิกิริยาไฮโดรไลซีส เช่น

สรุปได้ว่า ถ้าไอออนลบของเกลือเกิดปฏิกิริยาไฮโดรไลซีสจะทำให้สารละลายแสดงความเป็นเบส แต่ถ้าไอออนบวกของเกลือเกิดปฏิกิริยาไฮโดรไลซีส จะทำให้สารละลายแสดงความเป็นกรด



การไฮโดรไลซีสของเกลือ

1. การไฮโดรไลซีสที่เกิดจากกรดแก่และเบสแก่
          เกลือประเภทนี้เมื่อละลายน้ำจะไม่เกิดปฏิกิริยาไฮโดรไลซีส เพราะไอออนบวกจากเบสแก่ และไอออนลบจากกรดแก่ต่างก็ไม่ทำปฏิกิริยากับน้ำ จึงทำให้ค่า pH ของสารละลายไม่เปลี่ยนแปลง (เป็นกลาง) คือ มีปริมาณ [H₃O⁺] และ [OH^-] เท่ากัน ดังนั้น pH ของสารละลายจึงเท่ากับ 7
เช่นHCl (aq) + KOH (aq) KCl (aq) + H₂O (l)

2. การไฮโดรไลซีสที่เกิดจากกรดอ่อนกับเบสแก่
          เกลือประเภทนี้เมื่อละลายน้ำจะได้ไอออนลบจากกรดอ่อนซึ่งมีสมบัติเป็นคู่เบส โดยเกิดปฏิกิริยาไฮโดรไลซีสกับน้ำได้ OH^- ไอออน ดังนั้นสารละลายจึงมีสมบัติเป็นเบส (pH > 7)
เช่นHCl (aq) + NH₄OH (aq) NH₄Cl (aq) + H₂O (l)
3. การไฮโดรไลซีสที่เกิดจากกรดแก่กับเบสอ่อน
          เกลือประเภทนี้เมื่อละลายน้ำจะได้ไอออนบวกจากเบสที่เป็นคู่กรด โดยเกิดปฏิกิริยาไฮโดรไลซีสกับน้ำให้ H₃O⁺ ดังนั้นสารละลายจึงแสดงสมบัติเป็นกรด (pH < 7) ส่วนไอออนลบจากกรดแก่ จะไม่เกิดปฏิกิริยาไฮโดรไลซีส เช่น CH₃COOH (aq) + NaOH (aq) CH₃COONa (aq) + H₂O (l)
4.การไฮโดรไลซีสที่เกิดจากกรดอ่อนและเบสอ่อน
          เกลือประเภทนี้เมื่อละลายน้ำจะได้ไอออนบวกและลบ ไอออนบวกจะเกิดปฏิกิริยาไฮโดรไลซีสได้ H₃O⁺ ส่วนไอออนลบจะได้ OH^- ดังนั้นความเป็นกรด - เบสจึงขึ้นอยู่กับว่าไอออนบวกหรือลบใดเกิดปฏิกิริยาการไฮโดรไลซีสได้ดีกว่ากัน โดยพิจารณาจากค่าคงที่ของการแตกตัวของคู่เบส (K_b) หรือของคู่กรด (K_a)เช่นHCN (aq) + NH₄OH (aq) NH₄CN (aq) + H₂O (l)
ปฏิกิริยาระหว่างกรดและเบสในน้ำนี้จะทำให้สารละลายที่ได้แสดงสมบัติเป็นกรด เบส หรือกลางได้ ซึ่งพิจารณาได้เป็น 2 กรณี
1.ในกรณีกรดและเบสทำปฏิกิริยากันแล้วมีกรดหรือเบสเหลืออยู่ ถ้ามีกรดเหลืออยู่สารละลายแสดงสมบัติเป็นกรด ถ้ามีเบสเหลืออยู่สารละลายก็จะแสดงสมบัติเป็นเบส
2.ถ้ากรดกับเบสทำปฏิกิริยากันหมดพอดี ได้เกลือกับน้ำ สารละลายของเกลือที่ได้จากปฏิกิริยา จะแสดงสมบัติเป็นกรด เบส หรือกลาง ขึ้นอยู่กับชนิดของเกลือนั้นว่ามาจากกรดและเบสประเภทใด ทั้งนี้เพราะเกลือแต่ละชนิดจะเกิดการแตกตัวและทำปฏิกิริยากับน้ำ เรียกว่า ไฮโดรไลซีส ซึ่งจะทำให้สารละลายแสดงสมบัติกรด-เบสต่างกัน

อินดิเคเตอร์

อินดิเคเตอร์ หมายถึง สารที่ใช้บอกความเป็นกรด-เบสของสารละลาย โดยสารประกอบที่สามารถเปลี่ยนสีได้ที่ pH เฉพาะตัว จะถูกนำมาใช้เป็นอินดิเคเตอร์ เช่น ฟีนอล์ฟทาลีน

 การเปลี่ยนสีของอินดิเคเตอร์

 

          ถ้าเติมกรดลงไปก็เปรียบเสมือนว่าเป็นการเติม H₃O⁺ สมดุลจะเกิดการย้อนกลับ ทำให้ได้สารละลายที่มีสีแดง
          ถ้าเติมเบสลงไปก็เปรียบเสมือนว่าเป็นการเติม OH^- สมดุลจะไปข้างหน้า ทำให้ได้สารละลายที่มีสีน้ำเงิน

ตารางแสดงช่วง pH ของการเปลี่ยนสีของอินดิเคเตอร์



การแตกตัวของกรด-เบส

1.กรดแก่-เบสแก่
Oจะแตกตัวได้100%
Oกรดแก่มี6ชนิด HCl HBr HI H2SO4 HClO4 HNO3
Oเบสแก่หมู่1ทุกตัว และเบสหมู่2ทุกตัว ยกเว้น Be(OH)2
Oไม่มีสภาวะสมดุล
2.กรดอ่อน-เบสอ่อน
Oเกิดสภาวะสมดุล
Oแตกตัวไม่ถึง100%
โดยการเกิดสภาวะสมดุลจะมีค่าคงตัวเกี่ยวข้องด้วย

ค่าคงตัวของการแตกตัว
-กรดอ่อน





-เบสอ่อน

การแตกตัวของน้ำ และpH,pOH

น้ำ ทำหน้าที่เป็นทั้งกรดและเบส



น้ำเป็นสารอิเล็กโทรไลต์อ่อนจึงมีสภาวะสมดุล

  K_w คือ ค่าคงที่การแตกตัวของน้ำ มีค่าเท่ากับ 1 x 10^-14 ที่ 25⁰C เนื่องจากน้ำบริสุทธิ์เมื่อแตกตัวเป็นไอออนจะมีความเข้มข้นของ H₃O⁺ และ OH

เนื่องจากปริมาณ H₃O⁺ เท่ากับ OH^- ซึ่งค่าคงที่สมดุลของน้ำนั้นจะมีค่าเปลี่ยนแปลงไปตามอุณหภูมิ โดยถ้าอุณหภูมิมีค่าสูงขึ้น ค่า K_w จะลดลง

pH pOH

  pH (positive potential of the hydrogen ions)  เป็นค่าที่ใช้บอกความเป็นกรดหรือเบสของสารละลาย

โดยค่า pH นั้นเป็นค่าลอการิทึม

pOH ทำเหมือนpH

pOHขะบอกความเป็นเบส

pKw



คารางค่าpHและpOH

การแตกตัวของกรดหลายโปรตอน
คือ กรดที่สามารถแตกตัวให้ H⁺ มากกว่าหนึ่งครั้ง เช่น H₂S



ความแรงของกรดเบส

*กรดแก่-เบสแก่*
แตกตัวได้100%
ไม่สมดุล
*กรดอ่อน-เบสอ่อน*
แตกตัวได้<100%
สมดุล
ความแรงของกรด-เบส
เปรียบเทียบได้ดังนี้
1. ดูจากการแตกตัวของกรด
พิจารณาค่าการแตกตัวของกรดและเบสนั้น นอกจากจะคิดจากเปอร์เซ็นต์การแตกตัว หรืออาจจะดูได้จากค่าคงที่สมดุลของการแตกตัวของกรดหรือเบส (K_a หรือ K_b) เช่น
ความแรงของเบส พิจารณาจากค่า K_b กล่าวคือ ถ้ามีค่า K_b มาก มีความเป็นเบสมากกว่า K_b น้อย
เช่น
EX
สารละลายกรด 4 ชนิด มีค่าคงที่ของการแตกตัวของกรดเป็นดังนี้
HClO 2 K a = 1.1 x 10 -2
HF K a = 6.8 x 10 -4
CH 3COOH K a = 1.8 x 10 -5
H 2CO 3 K a = 4.4 x 10 -7
ความแรงของกรดเรียงลำดับจากมากไปหาน้อยตามค่า K a ได้ดังนี้
HClO 2 > HF > CH 3COOH > H 2CO 3

ในทำนองเดียวกัน ความแรงของเบส ก็พิจารณาจากค่า K b กล่าวคือ ถ้ามีค่า K b มาก มีความเป็นเบสมากกว่า K b น้อย เช่น
NH 3 K b = 1.76 x 10 -5
N 2H 4 K b = 9.5 x 10 -7
C 6H 5NH 2 K b = 4.3 x 10 -10
ความเป็นเบส NH 3 > N 2H 4 > C 6H 5NH 2

2. ดูจากความสามารถในการให้และรับโปรตอน
กรดแก่ ได้แก่ กรดที่ให้โปรตอนได้มาก
กรดอ่อน ได้แก่ กรดที่ให้โปรตอนได้น้อย
เบสแก่ ได้แก่ เบสที่รับโปรตอนได้มาก
เบสอ่อน ได้แก่ เบสที่รับโปรตอนได้น้อย

สำหรับคู่กรด-เบสคู่หนึ่ง ถ้ากรดเป็นกรดแก่ คู่เบสจะเป็นเบสอ่อน เช่น
HCl (aq) + H 2O ---> H 3O + (aq) + Cl - (aq)

3.ดูจากการเรียงลำดับในตารางธาตุ
พิจารณาความแรงของกรดและเบสดูจากการเรียงลำดับของธาตุที่อยู่ในกรดนั้น ตามตารางธาตุ ซึ่งแบ่งออกได้เป็น
3.1 กรดออกซี หมายถึง กรดที่ประกอบด้วย H, O และธาตุอื่นอีก เช่น HNO 3 H 3PO 4 H 3AsO 4 HClO 4 ถ้าจำนวนอะตอมออกซิเจนเท่ากัน ความแรงของกรดเรียงลำดับดังนี้

ดังนั้น H 2SO 4 > H 2SeO 4 , H 3PO 4 > H 3AsO 4

3.2 กรดที่ไม่มีออกซิเจน เช่น HCl, HBr, HF, และ HI ความแรงของกรดแรงลำดับดังนี้
HI > HBr > HCl > HF
H 2S > H 2O


ข้อควรจำ
*

โมเลกุลของน้ำอาจเป็นฝ่ายให้หรือรับ H+ ก็ได้ เรียกว่า   น้ำเป็นแอมฟิโปรติกหรือแอมโฟเทอริก