Lesson10 Acid Base1 2c68

บทที่ 10

การไทเทรตกรด-เบส

วัตถุประสงค 1. ทราบความหมายของคําจํากัดความตาง ๆ ที่เกี่ยวของกับการไทเทรตกรด-เบส

2. เขาใจหลักการ กระบวนการ และขั้นตอนตาง ๆ ของการไทเทรตกรด-เบส

3. สามารถเขียนปฏิกิริยาสะเทินที่เกิดขึ้น เขาใจสมดุลเคมี และสามารถคํานวณคาพีเอชใน

ระหวางการไทเทรตได

4. สามารถนําความรูเกี่ยวกับการไทเทรตกรด-เบสไปใชประโยชนในทางเภสัชกรรมได

1. หลักการทั่วไป การไทเทรตกรด-เบสเกี่ยวของกับปฏิกิริยาสะเทิน (neutralization reaction) ซึ่งกรดและเบสจะ

ทําปฏิกิริยากันดวยจํานวนสมมูลเทากัน สามารถหาจุดยุติ (end point) ที่บอกความสมบูรณของปฏิกิริยา

ไดจากกราฟการไทเทรต ซึ่งเปนการพลอตระหวางคาพีเอชของสารละลายที่เปนฟงกชั่นกับปริมาตรของ

ไทแทรนท (titrant) ที่เติมลงไป โดยทั่วไปนิยมใชกรดแกหรือดางแกเปนไทแทรนท เพื่อใหปฏิกิริยาสะเทิน

เกิดขึ้นอยางสมบูรณ สําหรับสารตัวอยางที่ตองการวิเคราะหหาปริมาณเปนไดทั้งกรดแก กรดออน เบสแก

และเบสออน สามารถหาจุดยุติที่เปนจุดใกลเคียงหรือจุดเดียวกันกับจุดสมมูลไดจาก พีเอชมิเตอร (pH

meter) หรืออินดิเคเตอร

2. คํานิยามของกรด-เบส

คํานิยามของกรด-เบส แบงไดเปน 3 พวก ตามทฤษฎีของผูใหคํานิยามดังนี้คือ

2.1 Arrhenius theory กรด คือ สารที่แตกตัว (ionize) ในน้ําใหไฮโดรเจนไอออน (H+) หรือไฮโดรเนียมไอออน

(H3O+) เบส คือ สารที่แตกตัวในน้ําใหไฮดรอกไซดไอออน (OH- ) ขอจํากัดของคํานิยามนี้ คือ ตองมีน้ําเปน

ตัวทําละลายเทานั้น แตคํานิยามนี้ไมสามารถอธิบายปฏิกิริยาระหวางสารที่แตกตัวให H+ กับสารที่ไมแตก

ตัวให OH- ดังตัวอยางตอไปนี้


246

NH3 + HCl NH4+ + Cl-

กรณีนี้แอมโมเนีย (NH3) ไมจัดเปนเบสตามคํานิยามของ Arrhenius เนื่องจาก NH3 ไม

สามารถแตกตัวในน้ําให OH- ได

2.2 Brφnsted–Lowry theory กรด คือ สารที่ใหโปรตอน (H+) เบส คือ สารที่รับโปรตอน (H+) ตามคํานิยามนี้

แอมโมเนีย (NH3) จึงจัดเปนเบส เพราะสามารถรับโปรตอนได สามารถเขียนครึ่งปฏิกิริยา (half-reaction)

ของสารกรด-เบส ไดวา acid = H+ + base และเรียกกรดและเบสในครึ่งปฏิกิริยานี้วา conjugate pairs

ขอจํากัดของคํานิยามนี้ คือ ตัวทําละลายตองสามารถแตกตัวได (ionizable solvents) เชน แอมโมเนีย น้ํา

และเอธานอล สําหรับตัวทําละลายที่ไมสามารถแตกตัวได (nonionizable solvents) เชน เบนซีน และ

ไดออกเซน จะไมสามารถใชคํานิยามนี้ในการอธิบายกรด-เบสได โดยทั่วไปการไทเทรตกรด-เบสโดย

ปฏิกิริยาสะเทินมักใชน้ําเปนตัวทําละลาย คํานิยามนี้จึงมีประโยชนมากในการอธิบายปฏิกิริยากรด-เบสที่

เกิดขึ้นในน้ํา

2.3 Lewis theory กรด คือ สารที่รับคูอิเล็กตรอน (electron pair) เบส คือ สารที่ใหคูอิเล็กตรอน สารที่

จัดเปนเบสมักมีอะตอมของออกซิเจนหรือไนโตรเจนอยูในโมเลกุล ซึ่งเปนตัวใหคูอิเล็กตรอนแกกรด ดังนั้น

สารที่ไมมีไฮโดรเจนอะตอมอยูในโมเลกุลจึงจัดเปนกรดได ดังตัวอยางตอไปนี้

R

AlCl3 (กรด) + :O (เบส) Cl3Al:OR2

R

BCl3 (กรด) + :NH3 (เบส) Cl3B:NH3

3. คูกรด-คูเบส (conjugate acids-conjugate bases) ตามคํานิยามของ Brφnsted-Lowry อธิบายไดวา คูกรด (conjugate acids) คือ ไอออนบวก

ของเบส และคูเบส (conjugate bases) คือ ไอออนลบของกรด

HCl (parent acid) + H2O Cl- (conjugate base) + H3O+ (conjugate acid)

NH3 (parent base) + H2O NH4+ (conjugate acid) + OH- (conjugate base)

การควบคุมคุณภาพและมาตรฐานยา 1

247

4. โมโนโปรติก-โพลิโปรติก (monoprotic-polyprotic) กรดโมโนโปรติก (monoprotic acids) หรือเบสโมโนโปรติก (monoprotic bases) จะใหหรือรับ

โปรตอนเพียงตัวเดียว แตกรดโพลีโปรติก (polyprotic acids) จะใหโปรตอนไดหลายตัว เชน H3PO4 ให

โปรตอนได 3 ตัว สําหรับเบสโพลีโปรติก (polyprotic bases) จะรับโปรตอนไดหลายตัว เชน Na3PO4 รับ

ไดโปรตอนได 3 ตัว

5. สมดุลกรด-เบสในน้ํา (acid-base equilibria in water) กรดหรือเบสจะแตกตัว (dissociate) หรือไอออไนซ (ionize) ในน้ําไดเปนไอออน (ion) ซึ่ง

ความสามารถในการแตกตัวไดมากหรือนอยนั้นจะขึ้นอยูกับความแรงของอิเล็กโตรไลท (electrolytes)

ตัวอยางของอิเล็กโตรไลทที่แรง (strong electrolytes) และอิเล็กโตรไลทที่ออน (weak electrolytes)

แสดงไวใน ตารางที่ 10.1

ตารางที่ 10.1 การแบงกลุมอิเล็กโตรไลท (Classification of electrolytes)

อิเล็กโตรไลทที่แรง (Strong electrolytes) อิเล็กโตรไลทที่ออน (Weak electrolytes)

1. The inorganic acids : HNO3, HClO4, H2SO4*,

HCl, HI, HBr, HClO3, HBrO3

2. Alkali and alkaline-earth hydroxides : NaOH,

KOH, Ba(OH2), Ca(OH)2

3. Most salts : CH3COONa, NaCl

1. Many inorganic acids : H2CO3, H3BO3,

H3PO4, H2S, H2SO3

2. Most organic acids : CH3COOH,

HCOOH, C6H5OH*

3. Ammonia and most organic bases :

NH3, C6H5NH2

4. Halides, cyanides, and thiocyanates of

Hg, Zn, Cd

*H2SO4 (sulfuric acid) จัดเปนอิเล็กโตรไลทที่แรง เนื่องจากแตกตัวไดอยางสมบูรณเปน HSO4-

และ H3O+ แต HSO4

- จัดเปนอิเล็กโตรไลทที่ออน เนื่องจากแตกตัวไดบางสวนเปน SO4 2- และ H3O

+

*C6H5OH (phenol) จัดเปนกรดออนที่พบไดทั่วไปในธรรมชาติ ละลายไดบางในน้ํา (slightly

soluble) ที่ความเขมขนสูงมีฤทธิ์กัดกรอน (corrosive) เซลลของสิ่งมีชีวิตหลายชนิด ในรูปของสารละลาย

เจือจางมีฤทธิ์ตานจุลชีพ (antiseptic activity) ฟนอลมีคา Ka มากกวาเอธานอล (ethanol) ถึง 106 เทา

แสดงวาฟนอลมีความเปนกรดมากกวาเมธานอล ที่เปนเชนนี้เนื่องจาก phenoxide ion (C6H5O-) มีความ

เสถียรมากกวาฟนอล จึงทําใหเกิดสมดุลเคมีไปทางขวามากกวาทางซาย ดังสมการเคมีตอไปนี้


248

OH O- + H+ pKa = 9.95

phenol phenoxide ion

CH3CH2OH CH3CH2O- + H+ pKa = 15.9

ethanol

กรดไฮโดรคลอริก (HCl) เปนกรดแกที่แตกตัวไดสมบูรณในน้ํา โปรตอน (H+) ที่ปรากฏขึ้นจะมีน้ํา

ลอมรอบ (hydrated ion) ซึ่งเรียกวา ไฮโดรเนียมไออน (hydronium ion ,H3O+) ซึ่งอาจมีน้ําลอมรอบ

ไดมากถึง 4 โมเลกุล เกิดเปน H9O4+ สาเหตุที่กรดแกแตกตัวไดสมบูรณในน้ําจึงไมสามารถคํานวณหา

คาคงที่สมดุลของกรดแกในน้ําได (infinity)

HCl + H2O H3O+ + Cl-

กรดอะซีติก (CH3COOH, HOAc) เปนกรดออนที่แตกตัวไดเพียงบางสวน สามารถคํานวณหา

คาคงที่สมดุล (equilibrium constant, Keq) ของปฏิกิริยาไดดังนี้

HOAc + H2O H3O+ + OAc-

Ka (acidity constant) = a H3O+ . aOAc- ; a = activity

a HOAc . aH2O

Autoprotolysis หรือ autoionization หรือ self-ionization มีความหมายเดียวกัน คือ เปน

ปฏิกิริยาที่เกิดขึ้นไดเอง โดยโมเลกุลของสารจะใหคูไอออนบวกและไอออนลบ ดังสมการเคมีตอไปนี้

base1 + acid2 acid1 + base2

CH3OH + CH3OH CH3OH2+ + CH3O

-

NH3 + NH3 NH4+ + NH2

-

H2O + H2O H3O+ + OH-


249

ที่อุณหภูมิหอง น้ําบริสุทธิ์สามารถแตกตัวไดบาง เกิดเปนไฮโดรเนียมไอออน (H3O+) และ

ไฮดรอกไซดไอออน (OH-) เรียกกระบวนการนี้วา autoprotolysis ดังสมการตอไปนี้

2H2O H3O+ + OH-

Keq(equilibrium constant) = aH3O+.a OH-

a2H2O

activity ของน้ําเปนคาคงที่ในสารละลายเจือจาง (55.3 โมลาร)

Kw (autoprotolysis constant หรือ self-ionization constant) = aH3O+ . a OH-

ในสารละลายเจือจางสามารถใชความเขมขน (หนวยโมลาร หรือ M) คํานวณหาคาคงที่สมดุล

แทนการใช activity (a) ได ซึ่งคาพีเอชที่คํานวณไดจะมีความผิดพลาดนอยมากอยางไมมีนัยสําคัญ เพื่อ

ความสะดวกในการอธิบายจะใช H+ แทน H3O+ และใช [ ] ลอมรอบสปชีสแทนความเขมขนในหนวย

โมลาร ดังนั้น Kw = [H+][OH- ] และ Kw = 1.0 x 10-14 ที่อุณหภูมิ 25°C

ในน้ําบริสุทธิ์ [H+] = [OH- ]

ดังนั้น [H+] = [OH- ] = 1.0 x 10-7 โมลาร

การแตกตัวของกรด (acid dissociation)

HA H+ + A-

Ka = [H+][A-] ; Ka = คาคงที่การแตกตัวของกรด (acidity constant)

[HA]

การแตกตัวของเบส (base dissociation)

B + H2O BH+ + OH-

Kb = BH+][OH- ] ; Kb = คาคงที่การแตกตัวของเบส (basicity constant)

[B]


250

6. พีเอช สเกล (pH scale) เนื่องจากความเขมขนของ H+ และ OH- ในสารละลายที่มีน้ําเปนตัวทําละลายนั้นมีความ

แตกตางกันมากจาก 1 โมลาร ถึง 10-14 โมลาร หรือที่ความเขมขนต่ํากวานี้ จึงไมสะดวกตอการพลอตคา

ความเขมขนที่มีความแตกตางกันมากเหลานี้ ดังนั้น Sφrenson จึงไดเสนอวิธีการแปลงคาความเขมขนมา

เปนลอการิทึมฐานสิบ

pH = -log10[H+]

pOH = -log10[OH- ]

เครื่องหมายลบหนาลอการิทึมฐานสิบนั้นเหมาะสําหรับความเขมขนที่นอยกวา 1 โมลาร ซึ่งจะ

ใหคา pH และ pOH เปนบวก นอกจากนี้แลวยังสามารถเปลี่ยนสมการเคมี Kw = [H+][OH- ] ไปเปน

สมการ pKw = pH + pOH ได และที่อุณหภูมิ 25 องศาเซลเซียส จะไดวา pH + pOH = 14.00 จึงสะดวก

ตอการนําไปใชคํานวณหาคาความเขมขนของ H+ หรือ OH-

ตัวอยางที่ 10.1 จงคํานวณหา pH และ pOH ของสารละลายดางแก NaOH ที่มีความเขมขน 5.0 x 10-2

โมลาร การคํานวณ [OH- ] = 5.0 x 10-2 M (NaOH เปนดางแกแตกตัวไดสมบูรณ)

pOH = -log (5.0 x 10-2) = 2 – log 5.0 = 1.30

pH + pOH = 14.00

pH + 1.30 = 14.00

pH = 12.70

หรือ [H+] = 1.0 x 10-14 = 2.0 x 10-13 M

5.0 x 10-12

pH = -log (2.0 x 10-13) = 13 – log 2.0 = 12.70

pOH = 14.00 – pH = 14.00 – 12.70 = 1.30


251

7. เกลือ (Salt) เกลือเปนผลิตภัณฑที่ไดจากปฏิกิริยาระหวางกรดกับเบส ในสภาวะทั่วไปเกลือมักเปนของแข็ง

เชน NaCl และ CuSO4 เปนตน กระบวนการที่เกลือแตกตัวในน้ําเรียกวา ไฮโดรไลซิส (hydrolysis)

สามารถทํานายคุณสมบัติความเปนกรด-เบสของเกลือ ไดจากการพิจารณาความแรงของกรดและเบส

แตละตัวที่เขาทําปฏิกิริยากันจนไดเกลือและน้ํา สรุปไดดังตารางที่ 10.2

ตารางที่ 10.2 ความเปนกรด-เบสของเกลือ (Acidity-basicity of salts)

Salt formed from Dissociation Reaction of Example of salts

Acid Base constant aqueous solution

strong strong Ka ≈ Kb neutral KNO3, NaCl

strong weak Ka >> Kb acidic NH4Cl, PyHCl

weak strong Ka << Kb alkaline NaAc, NaBz

weak weak Ka ≈ Kb neutral NH4Ac, NH4Fm

Py = pyridine Ac = acetate

Bz = benzoate Fm = formate

8. บัฟเฟอร (Buffer) 8.1 คําจํากัดความและทฤษฎีบัฟเฟอร

สารละลายบัฟเฟอร (buffer solution) คือ สารละลายผสมที่ประกอบดวยกรดออน

(weak acid) กับคูเบส (conjugate base) ของกรดออนนั้น หรือประกอบดวยเบสออน (weak base) กับ

คูกรด (conjugate acid) ของเบสออนนั้น สารละลายบัฟเฟอรสามารถตานการเปลี่ยนแปลงคาพีเอชได

เม่ือเติมกรดหรือเบสจํานวนเล็กนอยลงในสารละลายบัฟเฟอร หรือเมื่อทําการเจือจางสารละลายบัฟเฟอร

เพียงเล็กนอย ดังนั้นสารละลายบัฟเฟอรจึงมีประโยชนในการควบคุมความเปนกรด-เบสของปฏิกิริยาให

คงที่เพื่อใหปฏิกิริยาเกิดไดอยางสมบูรณตอไป

สามารถแบงระบบบัฟเฟอรไดเปน 2 ชนิด คือ บัฟเฟอรระบบกรดออน และบัฟเฟอร

ระบบเบสออน ซึ่งจะกลาวถึงตอไป


252

8.1.1 สารละลายบัฟเฟอรระบบกรดออน เปนสารละลายบัฟเฟอรที่ประกอบดวยกรดออน (weak acid) และคูเบส

(conjugate base) ของกรดออนนั้น

HA H+ + A-

Ka = [H+][A- ]

[HA]

1 = 1 . [A- ]

[H+] Ka [HA]

pH = pKa + log [A- ]

[HA]

สมการบัฟเฟอร (buffer equation) ที่ไดนี้ อยูในรูปของ ionization constant

equation ซึ่งเรียกวา Henderson-Hasselbalch equation สามารถเขียนสมการนี้ในรูปแบบอื่นไดดังนี้

pH = pKa + log [conjugate base] = pKa + log [proton acceptor]

[acid] [proton donor]

สามารถนําสมการเหลานี้มาใชคํานวณหาคาพีเอชของสารละลายบัฟเฟอร

ระบบกรดออนได ตัวอยางบัฟเฟอรระบบกรดออนไดแก CH3COOH / CH3COONa,

C6H4(COOH)2 (phthalic acid) / C6H4COOHCOOK (potassium hydrogen phthalate),

C6H4COOHCOOK / C6H4(COOK)2 (potassium phthalate), Na2HPO4 / NaH2PO4,

Na2HPO4 / Na3PO4 และ NaHCO3 / Na2CO3

การทํางานของบัฟเฟอรระบบกรดออน คือ เมื่อเติมกรดแก (H+) ลงไปใน

สารละลายบัฟเฟอร H+ จะทําปฏิกิริยากับ A- เกิดเปน HA ทําใหในระบบมี HA เพิ่มขึ้น ในขณะเดียวกัน A-

ก็จะลดลง แตความเขมขนของ H+ ในระบบจะยังคงเดิม จึงทําใหคาพีเอชไมเปล่ียนแปลง ในทางตรงขาม

เบสแก (OH-) ที่เติมลงไปจะทําปฏิกิริยากับ HA ทําใหในระบบมี HA ลดลงและมี A- เพิ่มขึ้น และคาพีเอช

นี้จะเปลี่ยนแปลงเพียงเล็กนอยเมื่อเปรียบเทียบกับการเปลี่ยนแปลงจํานวนมากในอัตราสวนความเขมขน

ของ [A- ] / [HA]


253

8.1.2 สารละลายบัฟเฟอรระบบเบสออน เปนสารละลายบัฟเฟอรที่ประกอบดวยเบสออน (weak base) กับคูกรด

(conjugate acid) ของเบสออนนั้น

B + H2O BH+ + OH-

Kb = [BH+][OH- ]

[B]

1 = 1 . [BH+]

[OH- ] Kb [B]

pOH = pKb + log [BH+] = pKb + log [conjugate acid] = pKb + log [proton donor]

[B] [base] [proton acceptor]

ในทํานองเดียวกันสามารถนําสมการที่ไดนี้มาคํานวณคา pOH ของ

สารละลายบัฟเฟอรระบบเบสออนได และคา pOH นี้จะเปลี่ยนแปลงเพียงเล็กนอย เมื่อเปรียบเทียบกับ

การเปลี่ยนแปลงอยางมากของ [BH+] / [B] ตัวอยางบัฟเฟอรระบบเบสออน เชน NH4OH / NH4Cl

การทํางานของบัฟเฟอรระบบเบสออนจะเหมือนกับบัฟเฟอรระบบกรดออน คือ เมื่อเติมกรดแกลงไป

บัฟเฟอรจะเกิดปฏิกิริยาสะเทินระหวางกรดแก (H+) กับเบสออน (B) ไดเกลือ (BH+) และในทางตรงขาม

เบสแก (OH-) ที่เติมลงไปจะสะเทินกับ BH+ ไดเปนเบสออน (B) กลับมา

บัฟเฟอรอีกประเภทหนึ่งคือ เกลือแอมฟโพรติก (amphiprotic salts) ไดแก

เกลือพวก Na2HPO4, NaH2PO4, C6H4COOHCOOK (potassium hydrogen phthalate) และ NaHCO3

ซึ่งบัฟเฟอรเหลานี้มักสูญเสียความสามารถในการรักษาคาพีเอชไดงายเม่ือเติมกรดหรือเบส นิยมใช

บัฟเฟอรนี้ในการเทียบมาตรฐาน เครื่องพีเอชมิเตอร (pH meter)

8.2 Buffer capacity นอกจากจะใชสมการของ Henderson-Hasselbalch คํานวณคาพีเอชของบัฟเฟอรได

แลว ยังสามารถใชสมการนี้ทํานาย capacity ของบัฟเฟอรไดอีกดวย buffer capacity คือ จํานวน

โมลของกรดแกหรือเบสแกที่ทําใหบัฟเฟอรจํานวน 1 ลิตร มีคาพีเอชเปลี่ยนแปลงไป 1 หนวย (unit)

buffer capacity ไมเพียงขึ้นอยูกับความเขมขนของสององคประกอบในระบบบัฟเฟอรเทานั้น แตยังขึ้นกับ

อัตราสวนความเขมขนขององคประกอบทั้งสองดวย buffer capacity จะมีคาสูงสุดเมื่อ pH = pKa หรือ

pOH = pKb นั่นคือ [A- ] / [HA] = 1 หรือ [BH+] / [B] = 1 โดยทั่วไปบัฟเฟอรที่ให buffer capacity

เหมาะสมจะมีพีเอชอยูในชวง pka + 1 นั่นคือ [A- ] / [HA] มีคาอยูระหวาง 0.1 ถึง 10


254

8.3 คุณสมบัติของบัฟเฟอร (properties of buffer solutions) 8.3.1 การเจือจาง (dilution)

คาพีเอชของบัฟเฟอรจะไมขึ้นอยูกับการเจือจาง เนื่องจากความเขมขนของ

แตละองคประกอบในบัฟเฟอรจะเปล่ียนแปลงเปนสัดสวนกับปริมาตรที่เปล่ียนแปลงไป รูปที่ 10.1 เปน

การแสดงผลของการเจือจางที่มีอิทธิพลตอคาพีเอชของสารละลายบัฟเฟอรและสารละลายที่ไมไดเปน

บัฟเฟอร Ka ของกรด HA มีคาเทากับ1.00 x 10-4 ที่ความเขมขนเริ่มตน 1.00 โมลาร (M) นั่นคือ

สารละลายบัฟเฟอรจะมีคาพีเอชคงที่ในชวงความเขมขน 10-1 ถึง 10-3 โมลาร แตสารละลายที่ไมไดเปน

บัฟเฟอรนั้นจะมีคา พีเอชเปลี่ยนแปลงเพิ่มขึ้นในขณะที่ความเขมขนลดลงในทุกชวงของความเขมขน

รูปที่ 10.1 ผลของการเจือจางตอคาพีเอชของสารละลายบัฟเฟอรและสารละลายที่ไมไดเปนบัฟเฟอร


255

8.3.2 การเติมกรดหรือเบส การเติมกรดหรือเบสจํานวนเล็กนอยจะไมทําใหคาพีเอชของบัฟเฟอร

เปล่ียนแปลง ตัวอยางเชน สารละลายบัฟเฟอร จํานวน 400 มิลลิลิตร ประกอบดวย NH3 เขมขน 0.20

โมลาร และ NH4Cl เขมขน 0.30 โมลาร มีคาพีเอช 9.07 แตเม่ือเติมดางแก NaOH เขมขน 0.05 โมลาร

จํานวน 100 มิลลิลิตร ลงไปในสารละลายบัฟเฟอร คาพีเอชจะเปลี่ยนไปเปน 9.11 (Δ pH = 0.04 หนวย)

หรือเมื่อเติมกรดแก HCl เขมขน 0.05 โมลาร จํานวน 100 มิลลิลิตร ลงไป คาพีเอชจะเปลี่ยนไปเปน 9.02

ซึ่งการเปลี่ยนแปลงคาพีเอชเหลานี้นับวานอยมาก เมื่อเปรียบเทียบกับสารละลายที่ไมไดเปนบัฟเฟอรซึ่ง

ถูกเติมดวยสารละลายดางแกลงไปในจํานวนที่เทากัน โดยคาพีเอชจะเปลี่ยนไปเปน 12.00 (Δ pH = 2.93

หนวย) หรือเมื่อถูกเติมดวยสารละลายกรดแกลงไปในจํานวนเทากัน คาพีเอชจะเปลี่ยนแปลงไปมากกวา

7 หนวย

ตัวอยางที่ 10.2 จงคํานวณคาพีเอชของสารละลายบัฟเฟอรที่ประกอบดวย NH3 เขมขน 0.20 โมลาร และ

NH4Cl เขมขน 0.30 โมลาร โดย Ka ของ NH4+ มีคา 5.70 x 10-10

การคํานวณ NH4

+ + H2O NH3 + H3O+ Ka = 5.70 x 10-10

NH3 + H2O NH4+ + OH- Kb = Kw = 1.00 x 10-14 = 1.75 x 10-5

Ka 5.70 x 10-10

เนื่องจาก [H3O+] และ [OH- ] มีคานอยมาก ดังนั้น

[NH4+] = ความเขมขนเริ่มตนของ NH4Cl = 0.30 โมลาร

[NH3] = ความเขมขนเริ่มตนของ NH3 = 0.20 โมลาร

นําคาความเขมขนของ NH4+ และ NH3 เขาไปแทนที่ในสมการดังตอไปนี้

[H3O+] = Ka. [NH4

+] = 5.70 x 10-10 x 0.30 = 8.55 x 10-10

[NH3] 0.20

pH = -log [H3O+] = -log (8.55 x 10-10) = 9.07


256

ตัวอยางที่ 10.3 จงคํานวณคาพีเอชที่เปล่ียนแปลงไปของสารละลายบัฟเฟอรในตัวอยางที่ 10.2 จํานวน

400 ml เมื่อเติม (ก) NaOH เขมขน 0.05 โมลาร และ (ข) HCl เขมขน 0.05 โมลาร อยางละ 100 มิลลิลิตร การคํานวณ (ก) เติมสารละลาย NaOH เขมขน 0.05 โมลาร จํานวน 100 มิลลิลิตร

NH4+ + OH- NH3 + H2O

ความเขมขนของ NH3 = (400 x 0.20) + (100 x 0.05) = 85 = 0.17 โมลาร

(400 + 100) 500

ความเขมขนของ NH4Cl = (400 x 0.30) – (100 x 0.05) = 115 = 0.23 โมลาร

(400 + 100) 500


[H3O+] = Ka . [NH4

+] = 5.70 x 10-10 x 0.23 = 7.71 x 10-10

[NH3] 0.17

pH = -log [H3O+] = -log (7.71 x 10-10) = 9.11

คา pH ที่เปล่ียนแปลงไป (Δ pH) = 9.11 – 9.07 = 0.04 หนวย

(ข) เติมสารละลาย HCl เขมขน 0.05 โมลาร จํานวน 100 มิลลิลิตร

NH3 + H3O+ NH4

+ + H2O

ความเขมขนของ NH3 = (400 x 0.20) – (100 x 0.05) = 75 = 0.15 โมลาร

(400 + 100) 500

ความเขมขนของ NH4Cl = (400 x 0.30) + (100 x 0.05) = 125 = 0.25 โมลาร

(400 + 100) 500


[H3O+] = Ka . [NH4

+] = 5.70 x 10-10 x 0.25 = 9.50 x 10-10

[NH3] 0.15

pH = -log [H3O+] = -log (9.50 x 10-10) = 9.02

Δ pH = 9.02 – 9.07 = -0.05 หนวย


257

ตัวอยางที่ 10.4 จงคํานวณคาพีเอชของสารละลายบัฟเฟอรที่ประกอบดวย formic acid (HCOOH)

เขมขน 0.040 โมลาร และ sodium formate (HCOONa) เขมขน 1.00 โมลาร โดย Ka ของ formic acid มี

คา 1.80 x 10-4

การคํานวณ H2O + HCOOH H3O

+ + HCOO-

Ka = [H3O+][HCOO- ] = 1.80 x 10-4

[HCOOH]

[HCOO- ] = 1.00 โมลาร

[HCOOH] = 0.40 โมลาร

นําคาความเขมขนของ HCOOH และ HCOO- เขาไปแทนที่ในสมการดังตอไปนี้

[H3O+] = Ka . [HCOOH] = 1.80 x 10-4 x 0.40 = 7.20 x 10-5

[HCOO- ] 1.00

pH = -log [H3O+] = -log (7.20 x 10-5) = 4.14

ตัวอยางที่ 10.5 จงคํานวณคาพีเอชของสารละลายบัฟเฟอรที่เตรียมขึ้นจากการเติม acetic acid

(CH3COOH หรือ HOAc) เขมขน 0.10 โมลาร จํานวน 10 มิลลิลิตร ลงใน sodium acetate

(CH3COONa) เขมขน 0.10 โมลาร จํานวน 20 มิลลิลิตร โดย Ka ของ acetic acid มีคา 1.75 x 10-5

การคํานวณ ปริมาตรสุดทาย (final volume) = 10 + 20 = 30 ml

M1 x ml1 = M2 x ml2ความเขมขนของ acetic acid (MHOAc) คํานวณไดจาก

0.10 mmol/ml x 10 ml = MHOAc x 30 ml

MHOAc = 0.033 mmol/ml

ความเขมขนของ acetate ion (MOAc-) คํานวณไดจาก

0.10 mmol/ml x 20 ml = MOAc- x 30 ml

MOAc- = 0.067 mmol/ml

บางสวนของ HOAc จะแตกตัวให H+ และ OAc- ที่จุดสมดุลปริมาณของ HOAc จะลดลง

เนื่องจาก HOAc มีการแตกตัว ในขณะเดียวกันปริมาณของ OAc- ก็จะเพิ่มขึ้น เนื่องจากการแตกตัวของ

HOAc ได OAc- อยางไรก็ตามปริมาณของ HOAc ที่แตกตัวนั้นนอยมาก เนื่องจากผลของไอออนรวม


258

(common ion effect) ที่ทําใหการแตกตัวของ HOAc กลายเปนไอออนนั้นเกิดไดนอยลง ดังนั้นจึง

คํานวณคาพีเอชจากความเขมขนที่สมดุลหลังการเติม NaOAc ไดวา

pH = -logKa + log [proton acceptor]

[proton donor]

pH = -log (1.75 x 10-5 ) + log 0.067

0.033

= 4.76 + log 2.0 = 5.06

8.4 การเตรียมสารละลายบัฟเฟอร (proparation of buffers) การเตรียมสารละลายบัฟเฟอรใหมีคาพีเอชตามตองการนั้นสามารถทําไดโดยการ

คํานวณปริมาณที่เหมาะสมของคูกรดหรือคูเบสที่เปนสวนผสมในบัฟเฟอร แตในทางปฏิบัติคาพีเอชของ

สารละลายบัฟเฟอรที่เตรียมไดจะแตกตางไปจากคาพีเอชที่คํานวณไดตามทฤษฎี เนื่องจากคาคงที่การ

แตกตัวไมแนนอน และการคํานวณอยางงายที่ไมไดคํานึงถึงปริมาณไอออนที่เปล่ียนแปลงไปเล็กนอยใน

บัฟเฟอร (การตัดคาบางคาที่นอยมากออกไปจากการคํานวณ) และที่สําคัญคือถาสารละลายเขมขนมาก

จะมีคา ionic strength สูงมากเกินไปจนทําให activity coefficient มีคาไมคงที่และไมสอดคลองกับ

สมการของ Debye-Huckel ซึ่งเปนสมการที่ใชแสดงความสัมพันธระหวาง ionic strength กับ activity

coefficient และคา activity coefficient ที่ไมคงที่นี้จะทําใหไมสามารถนําคาความเขมขนไปใชแทนคา

แอกทิวิตี (activity) ในการคํานวณคาพีเอชได ดังนั้นการคํานวณที่ใชความเขมขนสูง ๆ แทนแอกทิวิตีจึงให

คาพีเอชที่ไมตรงกับความเปนจริง ซึ่งความไมแนนอนที่เกิดขึ้นไดเหลานี้จึงควรเตรียมสารละลายบัฟเฟอร

ใหมีพีเอชโดยประมาณตามคาที่ไดจากการคํานวณเสียกอน จากนั้นจึงคอยปรับคาพีเอชใหไดตาม

ตองการโดยการเติมกรดแกหรือเบสแกและวัดคาพีเอชดวยพีเอชมิเตอร ในภาคผนวกของเภสัชตํารับทุก

เลมไดอธิบายสูตรและวิธีการเตรียมสารละลายบัฟเฟอรที่มีอยูในเภสัชตํารับไวแลว จึงสามารถเตรียม

สารละลายบัฟเฟอรเหลานี้ไดจากภาคผนวกดังกลาว

8.5 ประโยชนของบัฟเฟอร 8.5.1 บัฟเฟอรเชิงสรีรวิทยา (physiological buffers)

เลือดมีพีเอชประมาณ 7.35 ถึง 7.45 โดยการควบคุมดวยบัฟเฟอรหลาย

ระบบ ไดแก hemoglobin / oxyhemoglobin H2PO4- / HPO4

2- , H2CO3 / HCO3- และ plasma protein

โปรตีนจะมีหมูคารบอกซิลิก (carboxylic group) และหมูอะมิโน (amino group) ทําหนาที่เปนกรดออน


259

และเบสออน ตามลําดับ เนื่องจากรางกายมีเมแทบอไลต (metabolites) ทั้งชนิดกรดและเบสซึ่งมีผลตอ

คาพีเอชในเลือด โดยเฉพาะอยางยิ่งเมแทบอไลตที่เปนกรด (acid metabolites) จะมีผลเปล่ียนแปลงคา

พีเอชไดมาก และคารบอนไดออกไซดที่เปนผลผลิตจากการสะเทินกรดก็สงผลตอคาพีเอชไดมากดวย

ดังนั้นจึงเปนการดีที่รางกายมีบัฟเฟอรหลายระบบที่มีประสิทธิภาพสูงมาชวยปรับสมดุลกรด-เบสใน

รางกาย และเมื่อใดที่รางกายเสียสมดุลกรด-เบสไป เชน การเกิดภาวะ acidosis ในผูปวยเบาหวาน คือ มี

เมแทบอไลตที่เปนกรดในปริมาณสูงเกินกวาที่รางกายจะตานทานได อาจสงผลใหผูปวยเสียชีวิตได

8.5.2 บัฟเฟอรสําหรับการวัดทางชีววิทยาและคลินิก (buffers for biological and clinical measurements)

ปฏิกิริยาทางชีวภาพ (biological reactions) ที่นาสนใจจํานวนมากมัก

เกิดขึ้นที่พีเอชระหวาง 6 ถึง 8 แตเอนไซมบางชนิดจะทํางานไดดีที่พีเอชระหวาง 4 ถึง 10 ซึ่งที่พีเอชต่ํากวา

4 หรือมากกวา 10 ก็สามารถเกิดปฏิกิริยาขึ้นไดเชนเดียวกัน ดังนั้นการเลือกใชบัฟเฟอรเพื่อศึกษาปฏิกิริยา

ทางชีวภาพและการวิเคราะหทางคลินิกจึงมีความสําคัญมาก บัฟเฟอรที่นิยมใชกันมาก ไดแก phosphate

buffers และ Tris buffers

Phosphate buffers จะไมรบกวนปฏิกิริยาทางชีววิทยา เนื่องจากฟอสเฟต

ไอออนในบัฟเฟอรเปนสวนประกอบของระบบบัฟเฟอรในทางชีววิทยาอยูแลว แตขอจํากัดในการใช

บัฟเฟอรชนิดนี้ คือ buffer capacity มีคาจํากัด และอาจเกิดสารประกอบเชิงซอนกับ polyvalent cations

ไดหลายชนิด จึงเปนเหตุใหบัฟเฟอรตกตะกอนไดในระหวางการนําไปใชงาน และมีผลยับย้ังปฏิกิริยาที่

กําลังศึกษาอยูดวย เชน การใช phosphate buffers กับสารตัวอยางที่มีแคลเซียมไอออน จะเกิดการ

ตกตะกอนของบัฟเฟอรสงผลใหผลการทดลองผิดพลาด เนื่องจากแคลเซียมไอออนสงผลตอปฏิกิริยาที่

สนใจ

Tris buffers เปนบัฟเฟอรที่นิยมใชกันทั่วไปในปฏิบัติการทางคลินิกและ

การศึกษาทางชีวเคมีในชวงพีเอชทางสรีรวิทยา บัฟเฟอรชนิดนี้เตรียมไดจาก tris (hydroxymethyl)

amino methane [HOCH2)3CNH2 หรือเรียกโดยยอวา Tris หรือ THAM และคูกรดของมันซึ่งอยูในรูปที่

หมูอะมิโน (amino group) ถูกเติมโปรตอน (protonated) ซึ่ง Tris เปนสามาตรฐานปฐมภูมิที่มีความ

คงตัวสูง ละลายไดในของเหลวทางสรีรวิทยา (physiological fluids) ไมดูดความชื้น (nonhygroscopic)

ไมดูดซับคารบอนไดออกไซด ไมตกตะกอนกับเกลือแคลเซียม ซึ่งยังไมปรากฎผลยับยั้งการทํางานของ

เอนไซม และสามารถเขากันได (compatible) กับของเหลวทางชีวภาพ (biological fluids) คูกรดของ

Tris buffers มีคา pKa เทากับ 8.08 ซึ่งใกลเคียงกับคาพีเอชทางสรีรวิทยา แตที่พีเอชต่ํากวา 7.5 พบวา

บัฟเฟอรจะเริ่มมีการสูญเสีย buffer capacity ดังนั้นจึงเปนขอเสียของบัฟเฟอรชนิดนี้ นอกจากนี้ยังพบวา

หมูเอมีน (primary aliphatic amine) นั้นไวตอการเกิดปฏิกิริยากับ linen fiber junctions ใน saturated


260

calomel reference electrodes ของพีเอชมิเตอร ดังนั้นการวัดคาพีเอชใน Tris buffers จึงควรใชพีเอช

มิเตอรที่มีรอยตอของอิเล็กโทรดอางอิง (reference electrode) เปนเซรามิก (ceramic) ควอรทซ (quartz)

หรือโลหะทาบ (sleeve) ทั้งนี้สามารถปรับคาพีเอชของบัฟเฟอรใหไดตามตองการโดยใชกรดไฮโดรคลอริก

8.5.3 บัฟเฟอรในงานวิเคราะหตาง ๆ การใชบัฟเฟอรในงานวิเคราะหตาง ๆ ไดแก การใชบัฟเฟอรเปนสารละลาย

มาตรฐานในการปรับคาพีเอชของพีเอชมิเตอร และการใช TISAB (total ionic strength adjustment

buffer) เพื่อควบคุม ionic strength และพีเอชของสารละลายมาตรฐานและสารตัวอยางที่ตองการ

วิเคราะหปริมาณไอออนดวย ion-selective electrodes เชน การวิเคราะหหาปริมาณ fluoride ion (F- )

ในน้ําดื่มหรือยาสีฟน โดย TISAB ที่เติมลงในสารละลายของสารมาตรฐานและสารตัวอยางนั้นจะปรับให

สารละลายทั้งคูมี ionic strength เทากัน จึงสามารถใชความเขมขนของ fluoride แทนที่คาแอกทิวิตีใน

การคํานวณได นอกจากนี้แลวพีเอชของบัฟเฟอร (pH = 5.0) จะทําใหสารละลายมีปริมาณ fluoride ion

เดนชัดมากที่สุด และบัฟเฟอรยังชวยจับโลหะประจุบวกใหเกิดเปนสารประกอบเชิงซอนที่เสถียร จึงชวย

ลดความผิดพลาดในการวิเคราะหหาปริมาณ fluoride ion ได เนื่องจาก fluoride ion บางสวนสามารถ

เกิดสารประกอบเชิงซอนกับโลหะบางชนิดได เชน Fe3+ และ Al3+ ดังนั้นถาไมเติม TISAB จะทําให

วิเคราะหหาปริมาณ fluoride ion ไดต่ํากวาความเปนจริง

8.6 ขอเสียของบัฟเฟอร 1. มี buffer capacity จํากัด

2. บัฟเฟอรบางชนิดตองเตรียมจากไอออนหลายชนิด ทําใหยุงยากในการเตรียม

3. ไอออนในบัฟเฟอรอาจตกตะกอน หรือเกิดเปนสารประกอบเชิงซอนกับสารที่

ตองการวิเคราะหหรือสารอื่นในระบบได

4. บัฟเฟอรบางชนิดเปนอาหารของเชื้อจุลินทรียและเชื้อรา จึงกอใหเกิดความ

ยุงยากในการนําไปใชและการเก็บรักษาได


261

9. แผนผังของคาความเขมขนในรูปลอการิทึม (logarithmic concentration diagrams)

แผนผังความเขมขนนี้เปนการพลอตระหวางคา log กับ log ที่เรียกวา log-log plot ซึ่งแกนนอน

(x-axis) เปนเสมือน α-distribution diagram และแกนตั้ง (y-axis) เปนคาลอการิทึมของความเขมขนของ

สปชีสที่สนใจโดยเฉพาะ H+ และ OH- แผนผังในรูปที่ 10.2 เปนการพลอตระหวางคาความเขมขนในรูป

ลอการิทึมของ H+ และ OH- ในสารละลายกรดอะซีติก (acetic acid) ความเขมขน 1.0 x 10-2 โมลาร

(pKa = 4.76) จากสมการ pH = -log [H+ ] สามารถคํานวณหาความชันของเสนตรงของ [H+ ] ไดจาก

log [H+ ] / pH ซึ่งมีคาเทากับ -1 ในขณะที่สมการ pOH = -log [OH- ] สามารถคํานวณหาความชันของ

เสนตรงของ [OH- ] ไดจาก log [OH- ] / pOH ซึ่งมีคาเทากับ +1

รูปที่ 10.2 Log concentration diagram for an acid-base system


262

แผนผังในรูปที่ 10.3 เปนการพลอตระหวาง [HOAc] และ [OAc- ] กับ [H+ ] และ [OH- ] ซึ่ง

พบวา เม่ือ [H+ ] เพิ่มขึ้น HOAc จะแตกตัวให OAc- ไดนอยลง จึงมี HOAc เหลืออยูเปนจํานวนมากใน

สารละลาย นั่นคือความเขมขนของ HOAc มีคาเทากับความเขมขนเมื่อเริ่มตนของมัน (CHOAc) นั่นเอง แต

ในสภาวะที่สารละลายเปนดาง คือ มี [OH- ] เพิ่มขึ้นจะมี HOAc นอยลง ทั้งนี้เนื่องมาจากการแตกตัวของ

HOAc ที่เพิ่มขึ้น จึงสามารถใชความเขมขนเมื่อเริ่มตนของ HOAc (CHOAc) แทนที่ความเขมขนของ OAc-

ไดเปนสมการดังนี้

[HOAc] = [H+ ] CHOAc

Ka

log [HOAc] = log CHOAc + log [H+ ] = log CHOAc – pH

Ka Ka

= constant – pH

กรณีที่ความเขมขนของ HOAc เทากับ 1.0 x 10-1 โมลาร จะไดคาคงที่ (constant) = 2.76 และ

curve ของ HOAc ในสารละลายดางจะเปนเสนตรงมีความชันเทากับ -1 ที่พีเอช 6.7 และพบวา

log [HOAc] = -4 ซึ่งเปนจุดอางอิง (reference point) บน curve ของ HOAc ในสารละลายดาง ใน

ทํานองเดียวกันในกรณีของ OAc- ในสารละลายกรดแก พบวา [HOAc] จะมีคาเทากับความเขมขนเมื่อ

เร่ิมตนของ HOAc (CHOAc) จึงแทนคาในสมการไดดังนี้

[OAc- ] = Ka

[H+ ] CHOAc

log [OAc- ] = log Ka - log [H+ ] = log Ka + pH

CHOAc CHOAc

= constant + pH

กรณีที่ [HOAc] เทากับ 1.0 x 10-2 โมลาร จะไดคาคงที่ (constant) = -6.76 และ curve ของ

OAc- ในสารละลายกรดจะเปนเสนตรงมีความชันเทากับ +1

ดังนั้นจึงสรุปไดวา เม่ือตองการพลอต curve ระหวาง log [HOAc] และ log [OAc- ] สามารถใช

สมการคาคงที่สองสมการดังกลาวขางตน มาคํานวณหาความชันของ curve ได


263

รูปที่ 10.3 Log concentration diagram for the acetic acid system, at 0.01 M HOAc

ในสารละลายที่ pH ≈ pKa การเปลี่ยนแปลง curve ของ [HOAc] และ [OAc- ] จะเปนเสนตรง

ทั้งในสภาวะที่สารละลายเปนกรดและดาง จุดตัดกันของ curve ทั้งสองเรียกวา system point เปนจุดที่

pH = pKa และ [HOAc] = [OAc- ] จากรูปที่ 10.3 ที่ system point มี pH = pKa = 4.76 และ

log [HOAc] = log [OAc- ] = -2.30

จากความรูเกี่ยวกับความชัน จุดอางอิง (reference point) และ system point สามารถนํามาใช

ในการพลอต curve ในชวงที่เปนเสนตรงได โดยที่ system point นั้นจะมีคามากขึ้นหรือนอยลงขึ้นอยูกับ

ความเขมขน ประโยชนของแผนผังของคาความเขมขนในรูปลอการิทึมนี้ คือ สามารถประมาณความ

เขมขนของทุกสปชีสในสารละลายทีพีเอชตาง ๆ ได แมกระทั่งความเขมขนที่ต่ํามาก ๆ ก็สามารถหาคาได

เนื่องจากสเกลที่ใชพลอตแผนผังนั้นเปนลอการิทึมของความเขมขน นอกจากนี้แผนผังยังชวยอธิบายสิ่ง

ตาง ๆ ที่เกิดขึ้นที่จุดสมดุลไดอีกดวย เชน [HOAc] = 1.0 x 10-2 โมลาร สามารถแสดงสมดุลของประจุได

วา [H+ ] = [OAc- ] + [OH- ] แตในสภาวะที่สารละลายเปนกรดซึ่งมี [OH- ] นอยมากจนสามารถตัดทิ้งไป

ได จึงไดสมดุลของประจุเปน [H+ ] = [OAc- ] หรือกลาวไดอีกอยางวาพีเอชของสารละลายจะเปนพีเอชที่

จุดตัดกันระหวาง curve ของ [H+ ] และ [OAc- ] ซึ่งอานคา pH ไดเทากับ 3.35 และเมื่อสังเกตจากแผนผัง

ที่พีเอชนี้จะมี [OH- ] นอยมาก คือ ประมาณ 10-11 โมลาร นั่นคือเราสามารถตัด [OH- ] ออกไปได

ในทํานองเดียวกัน [OAc- ] = 1.0 x 10-2 โมลาร จะมี [OH- ] = [HOAc] + [H+ ] ≈ [HOAc] โดยที่จุดตัด

กันระหวาง curve ของ [OH- ] และ [HOAc] มีคา pH เทากับ 8.35 และสามารถตัด [H+ ] ทิ้งไปได

เนื่องจาก [H+ ] มีคานอยมากเมื่อเปรียบเทียบกับ [OH- ] หรือ [HOAc]


264

แผนผังความเขมขนในรูปลอการิทึมในระบบที่ซับซอนมากขึ้นของ phosphoric acid (H3PO4) ที่

ความเขมขน 0.001 โมลาร จะชวยทํานายปริมาณของสปชีสทั้งหลายในสารละลายที่พีเอชตาง ๆ ได ดัง

รูปที่ 10.4

รูปที่ 10.4 Log concentration diagram for the phosphoric acid system, at 0.001 M H3PO4

10. ชนิดของตัวทําละลาย ตัวทําละลายที่ไมใชน้ํา (nonaqueous solvents) มีประโยชนมากเมื่อนํามาใชในการไทเทรต

กรดหรือเบสที่ออนมาก ๆ ซึ่งการไทเทรตสารเหลานี้ไมสามารถใชน้ําเปนตัวทําละลายได สามารถนํา

ทฤษฎีของ Brφnsted มาประยุกตใชกับตัวทําละลายที่ไมใชน้ําไดหลายชนิดโดยสารจะไมแสดงตัวเปน

กรดถาไมมีเบสเปนตัวรับโปรตอน ดังนั้นกรดจะแตกตัวเปนไอออนไดในตัวทําละลายที่เปนเบส (basic

solvents) เชน น้ํา แอมโมเนีย หรือเอธานอล แตกรดจะไมแตกตัวในตัวทําละลายที่เปนกลาง (neutral

solvents) หรือตัวทําละลายเฉื่อย (inert solvents) อยางไรก็ตามการแตกตัวเปนไอออนก็ไมไดมี

ความสําคัญตอการเกิดปฏิกิริยากรด-เบสเสมอไป เชน ปฏิกิริยาระหวาง picric acid (กรด) กับ aniline

(ดาง) ในตัวทําละลาย benzene ก็สามารถเกิดขึ้นได และสามารถอธิบายปฏิกิริยานี้ดวยทฤษฎีของ

Lewis นั่นคือ หมูอะมิโน (NH2) ของ aniline มีอิเล็กตรอนคูอิสระ จึงทําหนาที่เปนเบส คือ ใหคูอิเล็กตรอน

แกโปรตอนของ picric acid ซึ่งทําหนาที่เปนกรด ปฏิกิริยานี้กรดไมมีการแตกตัวใหโปรตอน เนื่องจากตัว

ทําละลายที่ใชเปนตัวทําละลายเฉื่อย


265

HPicrate + H 2N H3N

++ Picrate -

picric acid aniline

ตัวทําละลายโดยทั่วไปแบงออกเปน 3 กลุม ดังนี้

1. Amphiprotic เปนตัวทําละลายที่มีคุณสมบัติเปนไดทั้งกรดและเบส สามารถแตก

ตัวเปนไอออนได (ionizable solvents) ไดแก น้ํา (H2O) เอธานอล (C2H5OH)

และเมธานอล (CH3OH)

2. Aprotic เปนตัวทําละลายที่ไมเปนทั้งกรดและเบส แตเปนตัวทําละลายเฉื่อย

ไดแก เบนซีน (C6H6) และคารบอนเตตราคลอไรด (CCl4)

3. Basic but not acidic เปนตัวทําละลายที่ไมแตกตัวเปนไอออน (nonionizable

solvents) ไดแก อีเธอร ((CH3)2O) ไดออกเซน (C4H8O2) ไพริดีน (C5H5N) และ

สารในกลุมคีโตน ตัวทําละลายเหลานี้สวนใหญจะเปนเบสที่ออนมาก แตยังไม

พบวามีตัวทําละลายใดในกลุมนี้ที่เปนกรด

ตัวถูกละลายพวกกรดแร (mineral acids) เชน กรดเปอรคลอริก (HClO4) กรดไฮโดรคลอริก

(HCl) และ กรดไนตริก (HNO3) สามารถแตกตัวไดอยางสมบูรณใหโปรตอนแกตัวทําละลายที่เปนน้ําซึ่งทํา

หนาที่รับโปรตอน ดังนั้นกรดแรเหลานี้จึงมีความแรงของกรดเทากันเมื่อละลายอยูในน้ํา ถึงแมวาในที่นี้

กรดเปอรคลอริกจะเปนกรดที่แรงกวากรดตัวอื่น ๆ ก็ตาม เรียกปรากฎการณนี้วา leveling effect ซึ่ง

หมายถึง ความแรง (strength) ของตัวถูกละลายที่เปนกรดหรือเบสมีคาความแรงเทากันในตัวทําลายที่

เปนน้ํา แตเมื่อนํากรดแรเหลานี้ไปละลายในตัวทําละลายกรดออนที่เปนกรดอะซีติกที่ปราศจากน้ําจึง

พบวากรดเปอรคลอริกมีความเปนกรดแรงมากที่สุด เนื่องจากกรดอะซีติกเปนตัวทําละลายพวก

differentiating solvent เพราะสามารถทําใหตัวถูกละลายที่เปนกรดหรือเบสแตกตัวไดแตกตางกัน จึง

สามารถบอกความแรงที่แตกตางกันของกรดหรือเบสได

ในบางครั้งสามารถแบงตัวทําละลายออกเปนกลุมตามคุณสมบัติที่เปนกรด เบส หรือกลาง โดย

เปรียบเทียบกับน้ําซึ่งมีคุณสมบัติเปนกลาง ตัวทําละลายที่เปนกรดแรงกวาน้ําจัดเปนตัวทําละลายกรด

(acidic solvents) ตัวทําละลายที่เปนเบสแรงกวาน้ําจัดเปนตัวทําละลายเบส (basic solvents) และ

ตัวทําละลายที่เปนกลางจะมีความแรงของกรดและเบสเทากับน้ํา ตัวถูกละลาย (solutes) จะแสดงความ

เปนกรดหรือเบสไดมากนอยขึ้นอยูกับชนิดของตัวทําละลายที่มันละลายอยูดวย โดยความเปนกรด

(acidity) ของตัวถูกละลายจะเพิ่มขึ้นในตัวทําละลายเบส และความเปนเบส (basicity) ของตัวถูกละลาย

จะเพิ่มขึ้นในตัวทําละลายกรด


266

คา dielectric constant ของตัวทําละลายจะบอกถึงความสามารถในการแตกตัวของกรดหรือ

เบส ถาคา dielectric constant ของตัวทําละลายเพิ่มขึ้น ตัวถูกละลายจะแตกตัวไดมากขึ้น เนื่องจากแรง

ที่ใชในการผลักดันใหอนุภาคแตกตัวนั้นลดลง สงผลใหตัวถูกละลายที่เปนกรดหรือเบสแตกตัวมากขึ้น นั่น

คือความแรงของกรดหรือเบสจะมากขึ้นดวย

ตารางที่ 10.3 ตัวทําละลายที่ใชวิเคราะหความแรงของกรดและเบส (A list of several selected

solvents used for analysis of acids and bases)

Solvents Classification Dielectric constanta

Acetic acid (CH3COOH)

Acetone (CH3COCH3)

Acetonitrile (CH3CN)

Ammoniab (NH3)

Chloroform (CHCl3)

Dimethylformamide (HCON(CH3)2)

Dimethylsulfoxide (CH3SOCH3)

Ethanol (C2H5OH)

Ethylenediamine (H2NCH2CH2NH2)

Formic acid (HCOOH)

Methanol (CH3OH)

Methyl ethyl ketone (CH3COC2H5)

Methyl isobutyl ketone ((CH3)2CHCH2COCH3)

Phenol (C6H5OH)

Pyridine (C5H5N)

Water (H2O)

Amphiprotic-acidic

Aprotic-neutral

Aprotic-neutral

Amphiprotic-basic

Aprotic-neutral

Aprotic-basic

Aprotic-basic

Amphiprotic-neutral

Amphiprotic-basic

Amphiprotic-acidic

Amphiprotic-neutral

Aprotic-neutral

Aprotic-neutral

Amphiprotic-acidic

Aprotic-basic

Amphiprotic-neutral

6.1

20.7

37.5

16.9

4.8

37.7

46.4

24.3

12.5

62

32.6

18.5c

34.8

9.8d

12.3

78.5

aThe dielectric constant are at 25°C unless otherwise noted bThis is liquid ammonia, not the aqueous solution of ammonia which is found in most

laboratories cmeasured at 20°C dMeasured at 60°C


267

สามารถนําความรูเกี่ยวกับตัวทําละลายชนิดอื่นที่ไมใชน้ํามาใชประโยชนในการไทเทรตแบบ

ไมใชน้ํา (nonaqueous titration) ซึ่งการไทเทรตแบบนี้นิยมใชวิเคราะหกรดออนหรือเบสออนที่มีการแตก

ตัวนอยมาก (คาคงที่การแตกตัวต่ํากวา 10-7 ถึง 10-8) และไมสามารถใชการไทเทรตแบบใชน้ํา (aqueous

titrations) มาวิเคราะหหาปริมาณกรดออนหรือเบสออนเหลานี้ได เนื่องจากความเปนกรด-เบสของสารจะ

ถูกรบกวนจากไฮโดรเนียมไอออนและไฮดรอกไซดไอออนของน้ํา จึงจําเปนตองเลือกตัวทําละลายชนิดอื่น

ที่ไมใชน้ํามาใชในการไทเทรต ควรเลือกตัวทําละลายที่เปนเบสนอยกวาน้ําเพื่อการไทเทรตสารที่เปนเบส

นอยกวาน้ํา และควรเลือกตัวทําละลายที่เปนกรดนอยกวาน้ําเพื่อการไทเทรตสารที่เปนกรดนอยกวาน้ํา

เชน glacial acetic acid (HOAc ที่ปราศจากน้ํา) เปน amphiprotic solvent ที่นิยมใชกันมากในการ

ไทเทรตเบสออนพวกเอมีน (amines) โดยเกิดปฏิกริยาดังนี้

RNH2 + HOAc RNH3+ + OAc-

อะซีเตดไอออน (OAc- ) จะถูกไทเทรตไดเชนเดียวกันกับไฮดรอกไซดไอออน (OH- ) ในน้ํา โดยมี

กรดแกเปอรคลอริก (HClO4) เปนไทแทรนท (titrant) ซึ่งจะนํามาละลายใน glacial acetic acid ดวย

เชนกัน ในที่นี้กรดเปอรคลอริกจะแตกตัวไดบางสวนเทานั้นในตัวทําละลายกรดอะซีติก ซึ่งปริมาณที่กรด

เปอรคลอริกแตกตัวนี้จะใกลเคียงกับปริมาณที่กรดอะซีติกแตกตัวไดในน้ํา สําหรับการวิเคราะหสารพวก

กรดออน เชน ฟนอล ซึ่งจะถูกไทเทรตใน ethylenediamine ซึ่งเปน amphiprotic solvent และใช

tetrabutylammonium hydroxide (C4H9)4NOH เปนไทแทรนท นอกจากนี้ในหลาย ๆ การไทเทรตจะใชตัว

ทําละลายเอธานอลและใชไทแทรนทเปน sodium ethoxide (NaOC2H5) ตัวทําละลายชนิดอื่นที่นิยม

นํามาใชในการไทเทรตแบบไมใชน้ํา ไดแก methylisobutyl ketone, acetonitrile และ chloroform เปนตน

11. สารละลายมาตรฐาน (standard solution) นิยมใชสารละลายมาตรฐานกรดแกหรือเบสแกในการไทเทรตที่เกี่ยวของกับปฏิกิริยาสะเทิน

เนื่องจากกรดแกหรือเบสแกเหลานี้จะเกิดปฏิกิริยาสะเทินไดอยางสมบูรณกับสารตัวอยางที่ตองการ

วิเคราะหซึ่งเปนกรดหรือเบสที่ออนกวา และแสดงจุดยุติ (end point) ไดชัดเจน สารละลายมาตรฐานกรด

ที่นิยมใชมากที่สุด คือ สารละลายมาตรฐานกรดไฮโดรคลอริก (HCl) กรดชนิดอื่นที่นิยมนํามาเตรียมเปน

สารละลายมาตรฐานกรด ไดแก กรดเปอรคลอริก (HClO4) และกรดซัลฟวริก (H2SO4) แตไมนิยมใชกรด

ไนตริก (HNO3) เนื่องจากคุณสมบัติการเปนตัวออกซิไดสของกรดชนิดนี้ จึงทําใหเกิดปฏิกิริยาขางเคียงที่

ไมตองการ สวนกรดเปอรคลอริกและกรดซัลฟวริกที่รอนและเขมขนก็มีคุณสมบัติเปนตัวออกซิไดสที่แรง

และอันตรายเชนเดียวกัน แตสารละลายเจือจางและเย็นของกรดทั้งสองชนิดนี้ไมมีอันตรายจึงสามารถ

นํามาใชในปฏิบัติการเคมีวิเคราะหไดโดยไมมีขอควรระวังเปนพิเศษ นอกเหนือไปจากการปองกันตา (eye

protection) จากการกระเด็นของสารละลาย สารละลายมาตรฐานเบสที่นิยมใชมากที่สุด คือ สารละลาย

มาตรฐานโซเดียมไฮดรอกไซด (NaOH) และที่นิยมใชรองลงมา คือ โพแทสเซียมไฮดรอกไซด (KOH) และ


268

ในบางครั้งก็มีการนําแบเรียมไฮดรอกไซด (Ba(OH)2) มาใชดวย โปรดจําไวเสมอวาในระหวางการเจือจาง

สารละลายเบสเหลานี้จะตองปองกันอันตรายจากการกระเด็นเขาตาดวย

คุณสมบัติของสารละลายมาตรฐาน (standard solutions) หรือไทแทรนท (titrants) ที่ใช

ในการไทเทรตกรด-เบส ควรมีคุณสมบัติดังตอไปนี้ 1. เปนกรดแกหรือเบสแก เพื่อใหเกิดปฏิกิริยาสะเทินกับกรดออนหรือเบสออนได

อยางสมบูรณ รวดเร็ว และสังเกตจุดยุติไดชัดเจน

2. ละลายน้ําไดดี และสามารถเตรียมเปนสารละลายที่มีความเขมขนสูงมากถึง

1 นอรมอล

3. มีความคงตัว ไมสลายตัวงาย และไมระเหยงาย จึงทําใหสารละลายมีความ

เขมขนคงที่อยูไดนาน โดยไมตองวิเคราะหหาความเขมขนที่แทจริงอยูบอย ๆ

4. ไมควรเกิดปฏิกิริยาอื่นใด นอกเหนือจากปฏิกิริยาสะเทินที่ตองการ เชน การ

เกิดปฏิกิริยารีดอกซเปนปฏิกิริยาขางเคียงที่ไมตองการ ซึ่งปฏิกิริยานี้เกิดขึ้นได

งายและเกิดกับสารไดหลายชนิด นอกจากนี้ไทแทรนทยังอาจเกิดปฏิกิริยากับ

อินดิเคเตอรไดจึงทําใหการตัดสินจุดยุติผิดพลาด

5. เกลือที่เกิดจากปฏิกิริยาสะเทินของไทแทรนท ควรละลายน้ําได ซึ่งจะไมเกิดเปน

ตะกอน ที่รบกวนการตัดสินจุดยุติ สารมาตรฐานปฐมภูมิ (primary standard) ควรมีคุณสมบัติดังตอไปนี้

1. มีความบริสุทธิ์ (purity) สูงถึง 100.00 เปอรเซ็นต หรือมีปริมาณส่ิงปนเปอน

ประมาณ 0.01 ถึง 0.02 เปอรเซ็นต โดยน้ําหนัก (%w / w) ซึ่งปริมาณส่ิงปนเปอน

ที่กําหนดไวนี้จะนําไปหักจากน้ําหนักสารมาตรฐานที่ชั่งไดจริง เพื่อใหได

ปริมาณสารมาตรฐานปฐมภูมิที่ถูกตองที่สุด

2. ความคงตัว (stability) สูง ไมสลายตัวงายที่อุณหภูมิที่ใชอบสารใหแหง และที่

อุณหภูมิหอง รวมทั้งไมดูดความชื้น หรือทําปฏิกิริยากับกาซคารบอนไดออกไซด

ในอากาศ ดังนั้นจึงควรเก็บสารมาตรฐานปฐมภูมิไวในตูดูดความชื้น

3. น้ําหนักโมเลกุล (molecular weight) สูง เพื่อความสะดวกและลดความผิดพลาด

ในการชั่ง เนื่องจากการชั่งสารจํานวนนอยจะชั่งไดยากและเกิดความผิดพลาดได

งายกวาการชั่งสารจํานวนมาก

4. คุณสมบัติทางกายภาพ (physical properties) ที่เหมาะสม คือ ควรเปนของแข็ง

เพื่อความสะดวกในการดูแลรักษา และสามารถละลายไดดีในตัวทําละลายที่ใช


269

5. อัตราการเกิดปฏิกิริยา (reaction rate) รวดเร็ว และเปนไปตามปริมาณสัมพันธ

(stoichiometry) เพื่อใหแนใจวาปฏิกิริยาเกิดไดอยางสมบูรณ คือ ปฏิกิริยาดําเนิน

ไปขางหนาไดมาก และเห็นจุดยุติเปล่ียนแปลงชัดเจน

6. ราคาปานกลาง ไมแพงมาก

ตัวอยางสารมาตรฐานปฐมภูมิที่นิยมใชไดแก anhydrous sodium carbonate (Na2CO3),

anhydrous sodium tetraborate (Na2B4O7), potassium hydrogen phthalate (KC8H5O4), bonzoic

acid (C7H6O2) และ hydrochloric acid (HCl) ในกรณีของ sodium carbonate สามารถดูดซับความชื้น

จากอากาศได และ benzoic acid ละลายน้ําไดต่ํา จึงไมเหมาะในการนํามาเปนสารมาตรฐานปฐมภูมิ

11.1 สารละลายมาตรฐานของกรด (standard solutions of acid) สารละลายมาตรฐานของกรดไฮโดรคลอริกนิยมใชกันมากในการไทเทรตกับเบส

เนื่องจากสารละลายกรดไฮโดรคลอริกมีความคงตัวจึงไมเกิดปฏิกิริยาตกตะกอนกับไอออนบวกโดยทั่วไป

และกรดไฮโดรคลอริกที่ความเขมขน 0.1 โมลาร จะไมมีการสูญเสียกรดออกไปจากสารละลาย เมื่อตม

สารละลายนี้เปนเวลา 1 ชั่วโมง แตจะมีการระเหยของน้ําออกไปแทน นอกจากนี้ที่ความเขมขน 0.5 โมลาร

ยังสามารถตมเปนเวลานานอยางนอย 10 นาทีโดยไมเกิดการสูญเสียกรดอยางมีนัยสําคัญ สารละลาย

มาตรฐานกรดเปอรคลอริกและกรดซัลฟวริก มีความคงตัวและมีประโยชนในการไทเทรตที่มีการรบกวน

จากคลอไรดไอออนโดยการตกตะกอน แตไมนิยมใชสารละลายมาตรฐานกรดไนตริก เนื่องจากมี

คุณสมบัติเปนตัวออกซิไดส ซึ่งจะทําใหเกิดปฏิกิริยาขางเคียงที่ไมตองการตามมา

การเตรียมสารละลายมาตรฐานของกรดโดยทั่วไป มักเตรียมจากการเจือจาง

สารละลายกรดเขมขน (concentrated acid) โดยใชปริมาตรกรดเขมขนโดยประมาณ จากนั้นจึงทําการ

เทียบมาตรฐาน (standardization) สารละลายที่เจือจางแลวกับสารมาตรฐานปฐมภูมิที่เปนเบส

(primary–standard base) ตัวอยางเชน การเตรียมสารละลายมาตรฐานกรดไฮโดรคลอริก (HCl) จาก

การเจือจางกรดไฮโดรคลอริกเขมขนดวยน้ํากล่ันจนไดความเขมขนตามตองการ จากนั้นจึงเทียบ

มาตรฐานสารละลายกรดไฮโดรคลอริกที่เตรียมขึ้นมากับสารมาตรฐานปฐมภูมิโซเดียมคารบอเนต

(Na2CO3) จึงทราบคาความเขมขนที่แนนอนของสารละลายมาตรฐานกรดไฮโดรคลอริกที่เตรียมขึ้นมา

โดยทั่วไปจะเก็บสารละลายกรดในรูปเขมขน ซึ่งฉลากบนขวดบรรจุกรดจะแสดงความ

เขมขนเปนหนวยเปอรเซ็นตโดยน้ําหนัก (%w/w) และแสดงคาความถวงจําเพาะ (specific gravity) เอาไว

บนฉลากดวย เพื่อสะดวกตอการคํานวณหาปริมาตรกรดที่ตองใชจริงในการเจือจางตอไป เพื่อเตรียมเปน

สารละลายมาตรฐานกรด น้ําที่ใชเจือจางควรปราศจากคารบอนไดออกไซด หรือเขยาสารละลาย

มาตรฐานกรดกอนนําไปใชเพื่อลดปริมาณคารบอนไดออกไซด ปญหาที่เกิดจากคารบอนไดออกไซดสงผล


270

กระทบตอสารละลายมาตรฐานกรดนอยกวาสารละลายมาตรฐานเบส ซึ่งจะกลาวตอไปในหัวขอการ

เตรียมสารละลายมาตรฐานเบส

ตัวอยางที่ 10.6 จงคํานวณปริมาตรที่ตองใชของกรดซัลฟวริกเขมขน 94 เปอรเซ็นต (กรัม/100 กรัม)

ความหนาแนน 1.831 กรัม/มิลลิลิตร ในการเตรียมสารละลายมาตรฐานกรดซัลฟวริกที่มีความเขมขน

0.10 โมลาร จํานวน 1 ลิตร (กรดซัลฟวริกมีน้ําหนักโมเลกุล 98.1) การคํานวณ หาจํานวนโมลของกรดซัลฟวริกที่ใชในการเตรียมสารละลายกรดซัลฟวริกเขมขน 0.100 โมลาร จํานวน 1

ลิตร ไดเทากับ 0.100 x 1 = 0.100 โมล คิดเปนน้ําหนัก 0.10 x 98.1 = 9.81 กรัม

หาปริมาตรกรดซัลฟวริกเขมขน 94 % (w/w) ใหมีเนื้อกรดซัลฟวริก 9.81 กรัม ไดเทากับ

9.81 x 100 = 10.44 กรัม คิดเปนปริมาตร 10.44 = 5.71 มิลลิลิตร (จากสูตร D = M / V)

94 1.831

ดังนั้นจึงสามารถเตรียมสารละลายกรดซัลฟวริกที่มีความเขมขน 0.10 โมลาร จํานวน 1 ลิตร ไดจากการ

ตวงกรดซัลฟวริกเขมขน 94% (w/w) จํานวน 5.71 มิลลิลิตร ดวยกระบอกตวง (cylinder) แลวคอย ๆ เติม

ลงในน้ําบริสุทธิ์จํานวนพอประมาณที่บรรจุอยูในขวดวัดปริมาตร (volumetric flask) เขยาใหเขากัน แลว

จึงปรับปริมาตรใหครบ 1,000 มิลลิลิตร (1 ลิตร) จากนั้นเขยาสารละลายอีกครั้งหนึ่งกอนนําไปเทียบ

มาตรฐานตอไป

การคํานวณเพื่อเปล่ียนหนวยน้ําหนักไปเปนหนวยปริมาตรสามารถทําได โดยใชคาความ

หนาแนน (density) หรือคาความถวงจําเพาะ (specific gravity) ความหนาแนนจะเปนน้ําหนักตอหนึ่ง

หนวยปริมาตรที่อุณหภูมิจําเพาะ (นิยมใชที่ 20°C) มีหนวยเปน g/ml หรือ g/cm3 ในขณะที่ความ

ถวงจําเพาะเปนอัตราสวนของน้ําหนักสารที่ 20°C ตอน้ําหนักสารที่มีปริมาตรเทากับปริมาตรน้ําที่ 4°C

(บางครั้งใชที่ 20°C) เนื่องจากความหนาแนนของน้ําที่ 4°C มีคาเทากับ 1.00000 g/ml จึงทําใหความ

หนาแนนและความถวงจําเพาะของน้ําที่ 4°C มีคาเทากัน ความถวงจําเพาะที่อางอิงกับน้ําที่ 20°C จะมี

ความหนาแนนเทากับความถวงจําเพาะ x 0.99823 (ความหนาแนนของน้ําที่ 20°C เทากับ 0.99823

g/ml) ดังนั้นจึงสรุปเปนสูตรคํานวณไดดังนี้

specific gravity = g/ml of solution (20°C)

g/ml of H2O (4°C) (= 1.00000 g/ml)

ดังนั้น density (20°C) = specific gravity x 1.00000 g/ml


271

หรือ specific gravity = g/ml of solution (20°C)

g/ml of H2O (20°C) (= 0.99823 g/ml)

ดังนั้น density (20°C) = specific gravity x 0.99823 g/ml

ในเภสัชตํารับจะมีรายละเอียดวิธีเตรียมสารละลายมาตรฐานรวมทั้งวิธีการเทียบมาตรฐานของ

สารละลายมาตรฐาน ซึ่งแสดงไวในภาคผนวก (appendix) ในหัวขอ volumetric solution

การเทียบมาตรฐานของสารละลายมาตรฐานกรด สามารถทําไดโดยอาศัยการเกิดปฏิกริยา

ระหวางกรดกับโซเดียมคารบอเนต (Na2CO3) ซึ่งมีจําหนายในรูปของสารมาตรฐานปฐมภูมิ หรือเตรียมได

เองโดยอบโซเดียมไบคารบอเนต (NaHCO3) ที่อุณหภูมิ 270 ถึง 300 องศาเซลเซียส เปนเวลานาน 1

ชั่วโมง ดังสมการตอไปนี้

2 NaHCO3 (solid) Na2CO3(solid) + H2O (gas) + CO2(gas)

การไทเทรตโซเดียมคารบอเนตจะสังเกตจุดยุติได 2 จุด ดังนี้ จุดแรกที่พีเอช 8.3 เปนการเปลี่ยน

คารบอเนตไอออน (CO32- ) ไปเปนไฮโดรเจนคารบอเนตไอออนหรือไบคารบอเนตไอออน (HCO3

- ) จุดที่

สองที่พีเอช 3.8 เปนการเกิดขึ้นของกรดคารบอนิก (H2CO3) ซึ่งจะเปลี่ยนแปลงตอไปเปน

คารบอนไดออกไซด (CO2) จุดนี้จะเปนจุดยุติ (end point) ในการเทียบมาตรฐาน เนื่องจากเปนจุดที่พีเอช

เปล่ียนแปลงมากกวาจุดแรก และจุดยุตินี้จะเปลี่ยนแปลงอยางมาก เม่ือตมสารละลายเปนเวลาสั้น ๆ เพื่อ

กําจัดกาซคารบอนไดออกไซดออกไปจากสารละลาย (ดังสมการดานลางนี้) จนเหลือแตไฮโดรเจน

คารบอนเนตไอออน (HCO3- ) ซึ่งจะถูกไทเทรตตอไปจนปฏิกิริยาสมบูรณ

H2CO3 (aqueous) CO2(gas) + H2O

นอกจากนี้การเทียบมาตรฐานของสารละลายกรดยังสามารถทําไดอีกวิธีหนึ่ง โดยการเติม

ปริมาตรของสารละลายกรดใหมากเกินพอ เพื่อเปล่ียนโซเดียมคารบอเนต (Na2CO3) ทั้งหมดใหเปนกรด

คารบอนิก (H2CO3) จากนั้นตมสารละลายเพื่อกําจัดคารบอนไดออกไซดออกไป แลวทิ้งใหสารละลายเย็น

จากนั้นไทเทรตกรดสวนเกินที่เหลือจากการทําปฏิกิริยาดวยสารละลายเจือจางของดาง สามารถคํานวณ

ความเขมขนที่ถูกตองแนนอนของสารละลายมาตรฐานกรดไดจากน้ําหนักของโซเดียมคารบอเนต จํานวน

กรดที่เติมไปมากเกินพอ และปริมาตรของสารละลายดางที่ใชไป


272

สารมาตรฐานปฐมภูมิชนิดอื่น ๆ ที่ใชสําหรับเทียบมาตรฐานกับสารละลายมาตรฐานของกรด

ไดแก Tris-(hydroxymethyl) aminomethane [(HOCH2)3CNH2] หรือเรียกงาย ๆ วา TRIS หรือ THAM

เปนสารที่มีจําหนายในทางการคา และมีอัตราสวนของน้ําหนักโมเลกุลตอจํานวนโมลของโปรตอนสูงกวา

โซเดียมคารบอเนต นอกจากนี้แลวยังนิยมใช sodium tetraborate decahydrate และ mercury (II)

oxide เปนสารมาตรฐานปฐมภูมิดวย

11.2 สารละลายมาตรฐานของเบส (standard solutions of base) โซเดียมไฮดรอกไซด (NaOH) โพแทสเซียมไฮดรอกไซด (KOH) และแบเรียม

ไฮดรอกไซด (Ba(OH)2) ไมมีความบริสุทธิ์มากพอที่จะเปนสารมาตรฐานปฐมภูมิ นอกจากนี้ยังดูดซับ

ความชื้นและคารบอนไดออกไซดในอากาศได ดังนั้นภายหลังการเตรียมเปนสารละลายเบสแลวจะตองมี

การเทียบมาตรฐานอีกครั้งหนึ่งกอนนําไปใชในการไทเทรต

CO2(gas) + 2OH- CO32- + H2O

ไฮดรอกไซดไอออน (OH- ) จํานวน 2 ไอออนของเบสเหลานี้สามารถเกิดปฏิกิริยากับ

คารบอนไดออกไซดได จึงทําใหเกิดคารบอเนตไอออน (CO32-) และคารบอเนตไอออนที่เกิดขึ้นนี้จะทํา

ปฏิกิริยาตอไปกับไฮโดรเนียมไอออน (H3O+ ) ของกรดจํานวน 2 ไอออน ดังนี้

CO32- + 2H3O

+ H2CO3 + 2H2O

เนื่องจากจํานวนไอออนของไฮโดรเนียมไอออนของกรดที่เขาทําปฏิกริยากับคารบอเนต

ไอออนมีคาเทากับจํานวนไอออนของไฮดรอกไซดไอออนที่เขาทําปฏิกิริยากับคารบอนไดออกไซด จึงทําให

คารบอนไดออกไซดที่ถูกดูดซับเขามาในสารละลายเบส ไมมีผลเปล่ียนแปลงความสามารถในการทํา

ปฏิกิริยาของเบสกับไฮโดรเนียมไอออนแตอยางใด ดังนั้นจึงไมเกิดความผิดพลาดในการไทเทรต จุดยุติ

ของการไทเทรตจะอยูในชวงกรด เนื่องจากมีการเกิดขึ้นของกรดคารบอนิก (H2CO3) จึงควรเลือกใช

อินดิเคเตอรในชวงกรด เชน โบรโมครีซอล กรีน (bromocresol green) เปนตน

อยางไรก็ตามในบางครั้งคารบอเนตไอออนทําปฏิกิริยากับไฮโดรเนียมไอออนเพียง

ไอออนเดียว จึงทําใหเกิดไฮโดรเจนคารบอเนตไอออน (HCO3- ) ซึ่งจะทําใหจุดยุติอยูในชวงดาง ดังนั้นจึง

ควรเลือกใชอินดิเคเตอรในชวงดาง เชน ฟนอลฟธาลีน (phenolphthalein) เปนตน

CO32- + H3O

+ HCO3- + H2O


273

กรณีนี้จะทําใหสารละลายเบสที่ตองการเทียบมาตรฐานมีความเขมขนลดลงจากที่ควร

จะเปน เนื่องจากปริมาตรของกรดที่ใชนั้นลดลง ความผิดพลาดชนิดนี้เปนความผิดพลาดแบบเปนระบบ

(system error) ที่เรียกวา carbonate error

การเตรียมสารละลายมาตรฐานของเบสจากสารมาตรฐานปฐมภูมิในรูปของแข็ง ซึ่ง

มักมีการปนเปอนของคารบอเนตไอออน (CO32- ) ในปริมาณที่มีนัยสําคัญอยูเสมอ จึงกอใหเกิด

carbonate error ซึ่งจะสงผลใหการเปลี่ยนแปลงของอินดิเคเตอรที่จุดยุติคลาดเคลื่อน ดังนั้นจึงควรมีการ

กําจัดคารบอเนตไอออนออกไปจากสารละลายเบสกอนที่จะนําไปเทียบมาตรฐาน คารบอเนตไอออนที่

ปนเปอนมาในสารละลายเบสโซเดียมไฮดรอกไซด (NaOH) นั้นมีที่มาจากคารบอนไดออกไซด จึงตอง

เตรียมสารละลายชนิดนี้ในรูปที่ปราศจากคารบอเนตและคารบอนไดออกไซด ขอไดเปรียบอยางหนึ่งของ

การเตรียมก็คือ โซเดียมคารบอเนต (Na2CO3) จะละลายไดนอยมากในสารละลายโซเดียมไฮดรอกไซด

เขมขน ดังนั้นจึงควรเตรียมสารละลายชนิดนี้ที่ความเขมขนประมาณ 50 เปอรเซ็นต แลวตั้งทิ้งไวจน

โซเดียมคารบอเนตตกตะกอนลงมา จากนั้นจึงรินสารละลายสวนบนที่ใสออกมาเจือจางตอไปจนไดความ

เขมขนที่ตองการ หรือจะกําจัดตะกอนออกไปดวยการกรองแบบสุญญากาศ (vacuum filtration) น้ํากลั่น

ที่ ใช ในการเตรียมสารละลายเบสก็ควรปราศจากคารบอนไดออกไซดดวยเชนกัน การกําจัด

คารบอนไดออกไซดออกไปจากน้ํา สามารถทําไดโดยการตมน้ําแลวทิ้งใหเย็นที่อุณหภูมิหอง กอนนําไป

ละลายเบสที่อยูในรูปของแข็ง ไมควรใชน้ํารอนในการละลายเนื่องจากสารละลายเบสที่รอนสามารถดูดซับ

คารบอนไดออกไซดไดอยางรวดเร็ว โดยทั่วไปน้ําชนิด deionized water จะมีปริมาณของ

คารบอนไดออกไซดต่ํามาก จึงนํามาเตรียมสารละลายเบสได สารละลายมาตรฐานเบสมีความคงตัวดี

จึงเก็บไวไดนาน แตควรปองกันการดูดซับคารบอนไดออกไซดจากอากาศในระหวางการเก็บ โดยบรรจุ

สารละลายเบสในขวดที่มีทอบรรจุของแข็งที่สามารถดูดซับคารบอนไดออกไซดในอากาศได เชน soda

lime หรือ ascarite II® ซึ่งเปนโซเดียมไฮดรอกไซดฝงตัวอยูบน nonfibrous silicate การปนเปอนของ

คารบอนไดออกไซดในระหวางการถายเทสารละลายเบสไปยังบิวเรตนั้นนอยมากจนสามารถตัดความ

ผิดพลาดตรงนี้ออกได ไมควรเก็บสารละลายเบสในขวดโพลีเอทีลีน (polyethylene bottle) ที่ปดสนิทเปน

เวลานาน เนื่องจากเบสจะทําใหขวดเปราะและแตกหักงาย สารละลายโซเดียมไฮดรอกไซดจะมีความ

เขมขนลดลงอยางชา ๆ ประมาณ 0.1 ถึง 0.3 เปอรเซ็นตตอสัปดาห เมื่อเก็บสารละลายนี้ในขวดแกว

เนื่องจากเบสจะเกิดปฏิกิริยากับแกวไดเปนโซเดียมซิลิเกต (sodium silicate) ดังนั้นจึงไมควรเก็บ

สารละลายเบสไวในขวดแกวเปนเวลานานกวาหนึ่งหรือสองสัปดาห นอกจากนี้แลวยังไมควรเก็บ

สารละลายเบสในภาชนะบรรจุที่มีจุกปดเปนแกว (glass-stoppered containers) หรือบรรจุสารละลาย

เบสในบิวเรตที่มี stopcocks เปนแกว เพราะเบสจะทําใหฝาจุกหรือ stopcocks นั้นฝดติดแนน (freeze)

ใชงานไมได ดังนั้นจึงควรใชงานเครื่องแกวเหลานี้เปนเวลาสั้น ๆ และรีบทําความสะอาดดวยน้ําโดยเร็ว

หรือหลีกเลี่ยงไปใช stopcocks ที่เปนเทฟลอน (teflon) แทน ตัวอยางการเตรียมสารละลายมาตรฐาน


274

โซเดียมไฮดรอกไซดในเภสัชตํารับจะระบุไวในภาคผนวก (appendix) เชนเดียวกันกับการเตรียม

สารละลายมาตรฐานกรด

การเทียบมาตรฐานของสารละลายมาตรฐานเบสทําได โดยเทียบมาตรฐานกับ

สารละลายมาตรฐานปฐมภูมิของกรดอินทรียอยางออนและใชอินดิเคเตอรที่เปล่ียนสีในชวงเบส สาร

มาตรฐานปฐมภูมิในอุดมคติ คือ potassium hydrogen phthalate (KHC8H4O4) เปนผลึกของแข็งที่ไมดูด

ความชื้น (nonhygroscopic) และมีน้ําหนักโมเลกุลสูง (204.2 กรัม/โมล) ดังนั้นจึงสามารถนําสารชนิดนี้ที่

เปนเกรดทางการคามาใชในงานวิเคราะหได โดยไมตองทําใหบริสุทธิ์เสียกอน เพราะสารชนิดนี้ไดรับการ

รับรองความบริสุทธิ์แลวจาก National Institute of Standards and Technology สําหรับสารมาตรฐาน

ปฐมภูมิชนิดอื่น เชน กรดเบนโซอิก (benzoic acid) ก็สามารถนํามาใชเทียบมาตรฐานกับสารละลายเบส

ได แตดวยขอจํากัดของความสามารถในการละลายน้ําไดต่ําของสารชนิดนี้ จึงจําเปนตองละลายสารชนิด

นี้ในเอธานอลกอนนําไปเจือจางดวยน้ําตอไปจนไดความเขมขนตามตองการ และควรทําแบลงค (blank)

ควบคูไปดวยในระหวางการเทียบมาตรฐานสารละลายเบส เพราะในบางครั้งแอลกอฮอลทางการคา

(commercial alcohol) จะมีคุณสมบัติเปนกรดอยางออน สวนสารมาตรฐานปฐมภูมิอีกชนิดหนึ่งที่ดีเยี่ยม

คือ โพแทสเซียมไฮโดรเจน ไอโอเดต (potassium hydrogen iodate, KH(IO3)2) เพราะมีคามวลโมเลกุล

ตอโมลของโปรตอนสูง และเปนกรดแกที่สามารถไทเทรตโดยใชอินดิเตอรใด ๆ ที่มีการเปลี่ยนสีในชวง pH

ระหวาง 4 ถึง 10

รูปที่ 10.5 การจัดอุปกรณบรรจุสารละลายมาตรฐานเบส


275

12. อินดิเคเตอร (indicators) การสังเกตการเกิดปฏิกิริยาที่สมบูรณของกรดและเบสสามารถทําไดงาย โดยอาศัยการเปลี่ยนสี

ของอินดิเคเตอรที่จุดยุติ (end point) ซึ่งจุดยุตินี้ควรอยูใกลกับจุดสมมูล(equivalence point) อินดิเคเตอร

เปนสีอินทรีย (organic dyes) ที่มีการเปลี่ยนสีใกลเคียงกับจุดสมมูล อินดิเคเตอรที่อยูในรูปแตกตัวเปน

ไอออน (ionized form) จะใหสีที่แตกตางอยางมากจากสีของอินดิเคเตอรที่อยูในรูปไมแตกตัวเปนไอออน

(un-ionized form)

12.1 อินดิเคเตอรกรดเบสควรมีคุณสมบัติดังนี้ 1. เปนกรดหรือเบสที่ออนกวาสารที่ตองการวิเคราะห เพื่อใหไทแทรนททําปฏิกิริยา

กับสารตัวอยางกอนที่จะมาทําปฏิกิริยาตอไปกับอินดิเคเตอร

2. สีของอินดิเคเตอรในรูปที่แตกตัวเปนไอออนควรมีความแตกตางเปนอยางมาก

จากสีของอินดิเคเตอรในรูปที่ไมแตกตัวเปนไอออน

3. ไมทําปฏิกิริยาอยางถาวรกับไทแทรนทหรือสารตัวอยางที่ตองการวิเคราะห จึง

สามารถนํามาใชในการไทเทรตแบบยอนกลับได

4. เกิดการเปลี่ยนสีอยางรวดเร็ว ทําใหสังเกตเห็นการเปลี่ยนสีที่จุดยุติไดอยาง

รวดเร็ว

5. ชวงการเปลี่ยนสีของอินดิเคเตอรอยูในชวงจุดสมมูลหรือใกลเคียงจุดสมมูลมาก

ที่สุด

อินดิเคเตอรที่ใชในการไทเทรตกรด-เบส ควรมีคุณสมบัติเปนกรดออนหรือเบสออน ในที่นี้สมมติ

ใหอินดิเคเตอรเปนกรดออน (HIn)

HIn (สี 1) H+ + In- (สี 2)

Ka (คาคงที่การแตกตัว) = [H+ ][In- ]

[HIn]

จาก Henderson-Hasselbalch equation จะได

pH = pKIn + log [In- ]

[HIn]


276

ความสามารถในการเห็นสีที่แตกตางกันของตามนุษย คือ ตองมีความเขมขนของสีในรูปแตกตัว

[In- ] และไมแตกตัว [HIn] แตกตางกันประมาณสิบเทา ดังนั้นตาจะเห็นสีในรูปแตกตัว (In- ) เมื่อ

[In- ] / [HIn] = 10/1 และจะเห็นสีในรูปไมแตกตัว (HIn) เมื่อ [In- ] / [HIn] = 1/10 จึงเขียนสมการใหมวา

pH = pKa + log (1/10) = pKa – 1

pH = pKa + log (10/1) = pKa + 1

จากสมการขางตนสรุปไดวา ตาจะเห็นสีเปล่ียนแปลงไปในชวงที่คาพีเอชเทากับ pKa-1 ถึง

pKa+1 นั่นคือ คาพีเอชเปลี่ยนแปลงไป 2 หนวย ดังนั้นอินดิเคเตอรจึงมีชวงของการเปลี่ยนสีประมาณ 2

หนวยพีเอช ซึ่งในชวงของการเปลี่ยนสีนี้ตาจะมองเห็นเปนสีผสมกันระหวางสีในรูปแบบที่แตกตัวและไม

แตกตัว ที่จุดกึ่งกลางของการเปลี่ยนสีความเขมขนของอินดิเคเตอรในรูปที่แตกตัวและไมแตกตัวจะมีคา

เทากัน และ pH = pKa นั่นคือ pKa ของอินดิเคเตอรควรมีคาใกลเคียงกับพีเอชที่จุดสมมูลมากที่สุด

ในทํานองเดียวกันในกรณีของอินดิเคเตอรที่เปนเบสออน คา pOH ที่จุดกึ่งกลางของการเปลี่ยนสีจะมีคา

เทากับ pKb จึงไดวา pH = 14 - pKb ดังนั้นจึงควรเลือกใชอินดิเคเตอรที่มี pH = 14 - pKb การเลือกใช

อินดิเคเตอรที่ชวงการเปลี่ยนสีไมตรงกับพีเอชที่จุดสมมูลของการไทเทรตจะทําใหผลการวิเคราะห

ผิดพลาดได ถาอินดิเคเตอรเปล่ียนสีกอนจุดสมมูลปริมาตรที่จุดยุติจะนอยกวาปริมาตรที่จุดสมมูล และถา

อินดิเคเตอรเปล่ียนสีหลังจุดสมมูลปริมาตรที่จุดยุติจะมากกวาปริมาตรที่จุดสมมูล จากชวงการ

เปล่ียนแปลงสีของอินดิเคเตอรกรด-เบสหลายชนิดที่แสดงไวในตาราง 10.4 พบวาชวงการเปลี่ยนพีเอชจะ

กวางประมาณ 1.1-2.2 หนวย หรือโดยเฉลี่ย 1.6 หนวย


277

ตารางที่ 10.4 ชวงการเปลี่ยนสีของอินดิเคเตอรกรด-เบสที่สําคัญ

Common Name Trasition Range, pH pKaa Color Changeb Indicator

Typec

Thymol blue

Methyl yellow

Methyl yellow

Bromocresol green

Methyl red

Bromocresol purple

Bromothymol blue

Phenol red

Cresol purple

Phenolphthalein

Thymolphthalein

Alizarin yellow GG

1.2-2.8

8.0-9.6

2.9-4.0

3.1-4.4

3.8-5.4

4.2-6.3

5.2-6.8

6.2-7.6

6.8-8.4

7.6-9.2

8.3-10.0

9.3-10.5

10.0-12.0

1.65d

8.90d

3.46d

4.66d

5.00d

6.12d

7.10d

7.81d

R-Y

Y-B

R-Y

R-O

Y-B

R-Y

Y-P

Y-B

Y-R

Y-P

C-R

C-B

C-Y

1

2

2

1

2

1

1

1

1

1

1

2


278

OH

O

C O

12.2 สามารถแบงอินดิเคเตอรตามคุณสมบัติของโครงสรางทางเคมีได 3 กลุมคือ

1. อินดิเคเตอรพธาลีน (phthalein indicators) อินดิเคเตอรกลุมนี้จะไมมีสีเม่ืออยูใน

สารละลายที่ เปนกรด แตจะมีสีในสารละลายที่ เปนเบส อยางไรก็ตามถา

สารละลายเปนเบสมาก สีของอินดิเคเตอรจะจางลงชา ๆ ทําใหสังเกตจุดยุติ

ผิดพลาด อินดิเคเตอรกลุมนี้จะละลายน้ําไดนอยมาก จึงตองใชแอลกอฮอลเปน

ตั วทํ าละลาย ตั วอย า งของอินดิ เค เตอร ที่ นิ ยมใช คื อ ฟนอลพธาลี น

(phenolphthalein) ซึ่งมีชวงการเปลี่ยนสีที่พีเอชระหวาง 8.3-10.0

HO

ไมมีสี ไมมีสี สีแดง

2. อินดิเคเตอรซัลโฟนพธาลีน (sulfonphthalein indicators) อินดิเคเตอรกลุมนี้มี

คุณสมบัติตรงขามกับกลุมพธาลีน คือ มีชวงพีเอชที่คอนขางเปนกลาง และสีจะ

เสถียรมากในชวงเบส เชน ฟนอล เรด (phenol red) ที่เตรียมโดยการละลาย

อินดิเคเตอรกับสารละลายเจือจางของโซเดียมไฮดรอกไซด ซึ่งฟนอล เรด จะมีชวง

การเปลี่ยนสีที่พีเอชระหวาง 6.8-8.4

สีแดง สีเหลือง สีแดง

C

OH-

H3O+ C

HO OH

OH

C

O C

O O-

C

H3O+

OH-

O

O-

O-

OH-

H3O+

O

SO3

-

HO

C H3O+

OH-

OH+

SO3

-

HO

C

O-O

SO3

-

C


279

3. อินดิเคเตอรอะโซ (azo indicators) อินดิเคเตอรกลุมนี้ทั้งหมดจะเปลี่ยนสีจาก

แดงเปนเหลืองเมื่อความเปนเบสเพิ่มขึ้น มีพีเอชอยูในชวงที่เปนกรดเล็กนอยถึง

เปนกลาง ตัวอยางอินดิเคเตอรที่รูจักกันดี คือ เมธิล ออเรนจ (methyl orange) ซึ่ง

มีชวงการเปลี่ยนสีที่พีเอช 3.1-4.4

-SO3 N N NH(CH3)2

+

+

-SO3 N N NH(CH3)2 + H+

สีแดง สีเหลือง

การเลือกใชอินดิเคเตอรในการตัดสินจุดยุติควรพิจารณาพีเอชที่จุดสมมูลกอน แลวจึงเลือกใช

อินดิเคเตอรที่มีการเปลี่ยนสีในชวงพีเอชที่ใกลเคียงกับพีเอชของจุดสมมูล สามารถแบงจุดสมมูลได 4 ชนิด

ตามปฏิกิริยาสะเทิน ดังนี้ (1) กรดแกสะเทินกับเบสแกที่จุดสมมูลมีพีเอชประมาณ 7 (2) กรดแกสะเทิน

กับเบสออนที่จุดสมมูลมีพีเอชเปนกรด (3) กรดออนสะเทินกับเบสแกที่จุดสมมูลมีพีเอชเปนเบส และ (4)

กรดออนสะเทินกับเบสออนมีจุดสมมูลคอนขางเปนกลาง การคํานวณคาพีเอชของการสะเทินกรดเบส

เหลานี้ทําไดจากการพิจารณาคาคงที่การแตกตัวหรือความแรงในการเปนกรดหรือเบสระหวางสารที่เขาทํา

ปฏิกิริยากันซึ่งการคํานวณคาพีเอชคอนขางยุงยาก จึงนิยมคํานวณคาพีเอชจากกราฟการไทเทรตซึ่งจะ

เห็นชัดเจนวา พีเอชที่จุดสมมูลอยูที่ใด และพยายามเลือกอินดิเคเตอรที่มีการชวงการเปลี่ยนสีใกลเคียงกับ

จุดสมมูลมากที่สุด

ความเขมขนของสารละลายก็มีผลตอชวงการเปลี่ยนแปลงพีเอชของกราฟการไทเทรต ถายิ่ง

สารละลายมีความเขมขนสูงมากขึ้น ชวงการเปลี่ยนแปลงพีเอชก็จะมีชวงกวางมากขึ้นตามไปดวย การที่

ชวงการเปลี่ยนแปลงพีเอชกวางขึ้นจะทําใหสามารถเลือกใชอินดิเคเตอรไดหลายชนิด เชน การไทเทรต

ระหวาง 1 M HCl กับ 1 M NaOH , 0.1 M HCl กับ 0.1 M NaOH และ 0.01 M HCl กับ 0.01 M NaOH

จะไดวาการไทเทรตระหวางกรดเบสที่เขมขัน 1 M นั้น มีชวงการเปลี่ยนแปลงพีเอชที่กวางที่สุด จึงสามารถ

เลือกใชอินดิเคเตอรไดถึง 6 ชนิด แตการไทเทรตกรดเบสที่เขมขนเพียง 0.01 M นั้นมีชวงการเปลี่ยนแปลง

พีเอชที่แคบที่สุด จึงเลือกใชอินดิเคเตอรไดเพียง 2 ชนิด คือ phenol red และ bromothymol blue

-SO3 NH N(CH3)2

N


280

รูปที่ 10.6 การไทเทรตระหวาง 1 M HCl กับ 1 M NaOH , 0.1 M HCl กับ 0.1 M NaOH และ 0.01 M

HCl กับ 0.01 M NaOH

ในการไทเทรตบางครั้งอาจตองใชอินเตอรผสมกัน 2 ชนิด หรือมากกวา 2 ชนิด เพื่อใหการ

เปล่ียนแปลงสีที่จุดยุติชัดเจนมากยิ่งขึ้น เชน การผสม methyl red กับ methylene blue จะมีการเปลี่ยนสี

จากสีมวงไปเปนสีเขียว ที่จุดยุติมีคาพีเอชเทากับ 5.4 แตที่พีเอชต่ํากวา 5.4 พบวา methylene blue มีสี

น้ําเงิน แต methyl red มีสีแดง จึงมองเห็นสีผสมของสีน้ําเงินและสีแดงเปนสีมวง และที่พีเอชสูงกวา 5.4

พบวา methylene blue มีสีน้ําเงิน แต methyl red มีสีเหลือง จึงมองเห็นสีผสมของสีน้ําเงินและสีเหลือง

เปนสีเขียว ดังนั้นการเปลี่ยนจากสีมวงไปเปนสีเขียวที่จุดยุติมีคาพีเอช 5.4 จะสังเกตไดงายและชัดเจนกวา

การดูการเปลี่ยนสีแดงไปเปนสีเหลืองจากการใช methyl red เปนอินดิเคเตอรเพียงตัวเดียว

เนื่องจากอินดิเคเตอรมีคุณสมบัติเปนกรดออนหรือเบสออน จึงควรใชอินดิเคเตอรในปริมาณ

นอยที่สุดที่เพียงพอตอการสังเกตเห็นการเปลี่ยนสีที่จุดยุติ เพื่อลดความผิดพลาดในการไทเทรต เพราะ

อินดิเคเตอรสามารถทําปฏิกิริยากับไทแทรนทได ดังนั้นการเติมอินดิเคเตอรในปริมาณที่มากเกินไปจะ

รบกวนสมดุลของปฏิกิริยาการไทเทรต สงผลใหจุดยุติคลาดเคลื่อนไปมากจากจุดสมมูล ดังรูปที่ 10.7

โดยทั่วไปนิยมเตรียมสารละลายอินดิเคเตอรที่ความเขมขนประมาณ 0.05-0.1 เปอรเซ็นต (% w/v) และใช

เพียง 2-3 หยดในการไทเทรตแตละครั้ง วิธีการเตรียมอินดิเคเตอรมีระบุไวในภาคผนวก (appendix) ของ

เภสัชตํารับ


281

รูปที่ 10.7 กราฟการไทเทรตเปรียบเทียบระหวางการไทเทรตที่เติมอินดิเคเตอรในปริมาณมาก (a) กับการ

ไทเทรตที่เติมอินดิเคเตอรในปริมาณเหมาะสม (b)

13. กราฟการไทเทรตกรด-เบส (acid-base titration curves) การสรางกราฟการไทเทรตกรด-เบสเปนการพลอตระหวางคาพีเอชของสารละลายที่เปนฟงกชัน

กับปริมาตรของไทแทรนทที่ เติมเขามา ปจจัยที่มีผลตอกราฟการไทเทรต ไดแก ความเขมขนของ

สารละลายกรดและเบสที่เขาทําปฏิกิริยาสะเทิน ถาความเขมขนของกรดและเบสสูงขึ้นจะทําใหชวงกวาง

ของการเปลี่ยนแปลงพีเอชมีคามากขึ้น ดังรูปที่ 10.6 ความแรงของกรดและเบสก็มีผลตอกราฟการไทเทรต

ดวยเชนกัน คือ เมื่อกรดและเบสเปนอิเล็กโตรไลทที่แรง (แตกตัวเปนไอออนไดสมบูรณ) ความกวางของ

การเปลี่ยนแปลงพีเอชก็มีมากขึ้นดวย จึงทําใหสังเกตจุดยุติไดชัดเจนยิ่งขึ้น ดังนั้นจึงสามารถนํากราฟการ

ไทเทรตมาใชประโยชนในการเลือกอินดิเคเตอรที่เหมาะสมกับการไทเทรตได

Lesson10 Acid Base1 2c68

Documents

Transcript of Lesson10 Acid Base1 2c68