titration

ใบความรูเ พมิ่ เติม การไทเทรตกรด-เบส (Acid-base titration) วตั ถปุ ระสงค 1. เพื่อศึกษาถงึ ความหมายและวิธีการไทเทรตกรด - เบส 2. เพ่อื หาความเขมขนของสารละลายเบสและสารละลายกรดโดยการไทเทรตกบั สารละลายมาตรฐาน 3. เพ่ือหาความเขม ขน ของนา สมสายชตู วั อยา ง การไทเทรตกรด-เบส หมายถึง กระบวนการหาปริมาณสาร โดยวธิ ใี ชสารละลายมาตรฐานที่ทราบคา ความเขม ขน ทแ่ี นนอน ใหท ําปฏิกิรยิ ากับสารตวั อยาง โดยอาศยั หลักการเกิดปฏกิ ริ ยิ าระหวา งสารละลายกรด และเบสท่ีเขา ทาํ ปฏิกริ ิยากันพอดี ทําใหค ํานวณหาความเขมขน หรอื ปริมาณของสารตัวอยางดังกลาวได วิธีการไทเทรตกรด-เบส คอื นาํ สารละลายกรดหรือเบสตัวอยา งที่ตองการวิเคราะหหาปริมาณมาทํา การไทเทรตกับสารละลายเบสหรือกรดมาตรฐานท่ีทราบคาความเขมขน ทแ่ี นนอน กลาวคือ ถา สารละลาย ตัวอยางเปนสารละลายกรด ก็ตองใชสารละลายมาตรฐานเปนเบส นํามาทาํ การไทเทรต แลว บันทึกปริมาตร ของสารละลายมาตรฐานทใี่ ชในการทาํ ปฏกิ ริ ยิ าพอดีกัน จากน้ันนาํ ไปคาํ นวณหาปรมิ าณของสารตัวอยางตอไป หรอื ทางตรงกนั ขาม ถา ใชสารละลายตวั อยา งเปนเบส กต็ องใชส ารละลายมาตรฐานเปนกรด รูปที่ 1 การไทเทรตกรด-เบส สารละลายมาตรฐาน ทท่ี ราบความเขม ขน แนนอน บรรจุอยูใ นเครื่องแกวท่เี รียกวา บิวเรตต ซงึ่ จะมี กอ กไขปด-เปดเพือ่ หยดสารละลายมาตรฐานมายังขวดรปู กรวยทบี่ รรจุสารละลายตัวอยา งทต่ี อ งการวิเคราะห ในการไทเทรตคอยๆ หยดสารละลายมาตรฐานลงมาทาํ ปฏิกริ ยิ ากบั สารตัวอยางในขวดรูปกรวย เขยาหรือหมุน

ขวดรปู กรวยเพือ่ ใหสารผสมกนั พอดไี ทเทรตจนกระท่งั อนิ ดเิ คเตอรเปลย่ี นสีก็หยดุ ไทเทรต แลวบนั ทึก ปริมาตร สารละลายมาตรฐานทใี่ ช เพ่ือนําไปคาํ นวณหา pH สารละลายตอไป อุปกรณทใี่ ชใ นการถายเทของเหลวตัวอยา ง ลงในขวดรปู กรวยจะใชเคร่ืองแกว ทส่ี ามารถ อานปรมิ าตร ไดคา ท่ลี ะเอยี ด และมีคา ถกู ตอ งมากท่ีสดุ น่ันคอื จะใชปเปตต (จะไมใชก ระบอกตวงเพราะใหค าท่ีไมละเอียด และความถกู ตอ งนอ ย ) ซง่ึ มีขนาดตา งๆ ใหเ ลอื กใช เชน ขนาด 1 cm3 , 5, 10, 25, 50 cm3 เปน ตน วธิ ี ใชป เปตตจะใช ลูกยางชวยในการดดู สารละลาย โดยในตอนแรก บบี อากาศออกจาก ลูกยาง ท่ีอยปู ลายบน ของปเปตต แลว จุมปลายปเ ปตตลงในสารละลายที่ตองการปเปตต แลวคอ ยๆ ปลอ ยลูกยาง สารละลายจะถูก ดดู ขนึ้ มาในปเ ปตต เม่ือสารละลายอยูเหนอื ขีดบอกปริมาตรดงึ ลกู ยางออกรบี ใชน้ิวชีก้ ดท่ีปลายปเปตตคอ ยๆ ปลอยสารละลายออกจนถึงขดี บอกปรมิ าตรบน จากนน้ั ก็ปลอ ยสารละลายออกจากปเปตตส ขู วดรูปกรวยจน หมด รปู ท่ี 2 แสดงการใชปเปตต รปู ท่ี 3 แสดงการใชบวิ เรตต

ปฏิกิริยาในการไทเทรตกรด-เบส ปฏิกิรยิ าทเี่ กยี่ วขอ ง ในการไทเทรตกรด-เบสตางๆ ไดแก 1.ปฏิกริ ิยาระหวางกรดแกก ับเบสแก 2.ปฏกิ ิรยิ าระหวา งกรดแกกับเบสออ น 3.ปฏกิ ริ ิยาระหวา งกรดออนกบั เบสแก สาํ หรับปฏกิ ิริยาระหวางกรดออ นกบั เบสออนไมนยิ มนํามาใชใ นการไทเทรตกรด -เบส เพราะท่จี ดุ สมมูล หรือจุดที่กรดและเบสทาํ ปฏกิ ิริยาพอดกี นั สงั เกตการเปลี่ยนแปลงไดไ มชัดเจน จุดสมมูล (Equivalence point) ในการไทเทรตกรด-เบส จดุ ที่กรดและเบสทาํ ปฏกิ ริ ิยากนั พอดี หรือจดุ ท่ี H3O+ ไอออนหรือ H+ ทําปฏกิ ิริยาพอดีกบั OH- ไอออน ดว ยจาํ นวนโมลทีเ่ ทา กนั เรยี กวา จุดสมมลู ถา ใชพ ีเอชมเิ ตอร วัดหาคา pH ณ จุดสมมลู จะพบวา จุดสมมูลของปฏกิ ิรยิ าระหวางกรด - เบส แต ละปฏกิ ริ ิยาหรือแตล ะคูจะมี pH ทจ่ี ดุ สมมูลแตกตา งกนั ข้ึนอยูกับชนิดของกรดและเบสทีเ่ ขาทาํ ปฏิกิริยากัน แตสามารถระบุอยางคราวๆ ได ดังน้ี - การไทเทรตระหวางกรดแกกบั เบสแก pH ของสารละลาย ณ จดุ สมมลู ประมาณ 7 - การไทเทรตระหวา งกรดออนกบั เบสแก pH ของสารละลาย ณ จุดสมมลู จะมากกวา 7 - การไทเทรตระหวางกรดแกก ับเบสออน pH ของสารละลาย ณ จุดสมมูลจะนอ ยกวา 7 จดุ ยตุ ิ (End point) การท่ีจะทราบวา ปฏิกริ ิยาการไทเทรตถึงจดุ สมมูลหรอื ยงั นน้ั จะตอ งมีวิธีการท่ีจะหาจุด สมมูล วิธีการ หน่งึ คอื การใชอ นิ ดิเคเตอร โดยอินดเิ คเตอรจ ะตองเปลีย่ นสีทีจ่ ุดทพี่ อดหี รอื ใกลเ คยี งกับจดุ สมมลู น่นั คอื จดุ ที่ อนิ ดเิ คเตอรเ ปลี่ยนสี จะเรียกวา จดุ ยุติ ดังนนั้ จึงตองเลอื กอนิ ดเิ คเตอรใหเหมาะสมที่จะใหเ หน็ การเปลีย่ นสที ่ี จุดสมมลู พอดี ถา เลือกใชอ ินดเิ คเตอรไมเหมาะสม จะทําใหเกดิ ความคลาดเคลือ่ นของการไทเทรต (titration error) ซึง่ เกิดจากการทีม่ ีความแตกตา งระหวา งจดุ สมมลู และจดุ ยตุ ขิ องการไทเทรต กลาวคือ จุดสมมลู และจดุ ยุติ ไมไ ดอ ยใู นชว ง pH เดยี วกนั ทาํ ใหเกิดการเปล่ียนสขี องอินดิเคเตอรกอนหรอื หลังจดุ สมมลู การคาํ นวณเก่ยี วกับการไทเทรตกรด-เบส การคาํ นวณเก่ียวกับการไทเทรต จะเก่ียวของกบั การคาํ นวณตอ ไปน้ี 1.การคํานวณความเขมขนของกรดหรือเบสทเ่ี ขาทําปฏกิ ริ ิยากนั พอดี

ปรมิ าณของกรดหรือเบสจะคํานวณไดจ ากปริมาณสัมพันธในสมการของปฏกิ ริ ยิ าระหวางกรดและเบส M กรด + n เบส p เกลอื + q นา จากปฏกิ ริ ิยาอัตราสว นระหวา งกรดและเบสเปนดังนี้ จํานวนโมลของกรดจ=าํ นว���น���������������โ������มลของเบส หรือ MaVa = ������������ (MbVb) ������������ เมื่อ Ma , Mb คือ ความเขม ขน เปน โมล/ลติ ร ของกรดและเบส ตามลําดับ Va , Vb คอื ปรมิ าตรเปน ลิตร ของสารละลายกรดและเบส ตามลาํ ดับ m , n คอื จาํ นวนโมลของกรดและเบส ตามลําดบั ตัวอยาง สารละลาย H2SO4 ตวั อยางจาํ นวน 20 cm3 นาํ มาไทเทรตกบั สารละลาย NaOH ปรากฏ วาตองใชส ารละลาย NaOH 0.1 M (mol/L) จาํ นวน 30 cm3 จงหาความเขมขน ของสารละลาย H2SO4 ตัวอยา งน้ี (H = 1, S = 32, O = 16, Na = 23) วิธีทาํ 2NaOH (aq) + H2SO4 (aq) Na2SO4 (aq) + 2H2O (l) NaOH 0.1 โมล/ลิตร จํานวน 30 cm3 หมายความวา สารละลาย 1000 cm3 จะมีเนื้อ NaOH = 0.1 mol สารละลาย 30 cm3 จะมเี น้ือ NaOH = 0.1������������30 mol 1000 = 0.003 mol จากสมการ NaOH 2 โมล ทาํ ปฏิกริ ิยาพอดกี ับ H2SO4 = 1 mol NaOH 0.003 โมล ทาํ ปฏิกริ ิยาพอดีกบั H2SO4 = 0.003 ������������ 1 mol 2 = 0.0015 mol

ดงั นัน้ สารละลาย 20 cm3 จะมีเนื้อ H2SO4 = 0.0015 mol สารละลาย 1000 cm3 จะมีเนอ้ื H2SO4 = 0.0015 ������������1000 mol 20 = 0.075 mol/L หรอื จะคํานวณโดยการใชสูตร ดงั นี้ MaVa = ������������ (MbVb) ������������ M H2SO4 x 20 = 1 (0.1 x 30 ) 1000 2 1000 M H2SO4 = 1 x 0.1 x 30 = 0.075 mol/L 2 20 อินดเิ คเตอรก ับการไทเทรตกรด-เบส อินดิเคเตอรท ่เี หมาะสมกบั ปฏิกริ ิยาการไทเทรตจะตอ งมีคา pH ท่ีจุดกึ่งกลางชวงการเปล่ียนสี ใกลเ คยี งหรอื เทากับ pH ทจ่ี ุดสมมูลของปฏิกิรยิ า นอกจากน้ีการเลอื กใชอินดิเคเตอรก รด - เบส ตองพจิ ารณา สีทีป่ รากฎจะตอ งมคี วามเขมมากพอทจ่ี ะมองเหน็ ไดง า ย หรือเหน็ การเปล่ยี นสีไดช ดั เจน ชวงการเปลยี่ นสีของ อนิ ดิเคเตอร จะเกดิ ขน้ึ ในชว ง 2 หนวย pH ตวั อยางเชน การไทเทรตกรดแกก บั เบสแก pH ของสารละลายผลิตภัณฑที่เกิดจากปฏกิ ิรยิ า การ ไทเทรต เม่ือถงึ จดุ สมมูลมีคา ใกลเ คยี ง 7 ก็ควรเลือกใชอินดเิ คเตอรท่ีมชี ว ง pH ของการเปลย่ี นสีใกลเ คยี งกบั 7 เชน อาจใชโบรโมไทมอลบลหู รือฟนอลฟ ทาลนี ซ่งึ จะเปลยี่ นจากไมมีสเี ปนสชี มพู ในชว ง pH 8.20-10.00 เปน ตน ดังนั้น ถาทราบ pH ของสารละลายทจ่ี ุดสมมลู ของปฏกิ ิรยิ าการไทเทรตกส็ ามารถเลอื กอนิ ดิเคเตอรท ่ี เหมาะสมได การเลือกอินดเิ คเตอรก็ขน้ึ อยกู ับชนิดของปฏิกริ ิยาระหวา งกรดกับเบส เพราะท่จี ดุ สมมลู ของแตล ะ ปฏกิ ริ ยิ าน้ันมีคา pH ท่ตี า งกนั กราฟของการไทเทรตจะชว ยในการเลอื กอินดเิ คเตอรทีเ่ หมาะสมไดด ี เพราะกราฟจะแสดงคา pH ของสารละลายขณะไทเทรต ต้งั แตก อนจุดสมมลู ทจี่ ดุ สมมูล และหลงั จุดสมมูล จุดที่ pH ของสารละลาย เปลีย่ นแปลงมาก ซึง่ เปนจดุ สมมลู นั้น จะบอกชว ง pH ของอนิ ดเิ คเตอรทจี่ ะเลือกใช ในการพจิ ารณาเลอื กอนิ ดิ เคเตอร จากกราฟของการไทเทรตจะแบง ออกตามชนิดของปฏิกิรยิ าดงั น้ี

อนิ ดิเคเตอรสาํ หรบั ปฏิกิรยิ าระหวางกรดแกกบั เบสแก รปู ที่ 4 กราฟของการไทเทรตระหวา งกรดแกและเบสแกจะแสดง pH ที่จุดสมมลู อยทู ่ี pH ใกลเ คียง 7 จากกราฟ จะเหน็ วา คา pH เปลี่ยนแปลงรวดเรว็ ที่จดุ ใกลๆ จุดยุติ (ต้ังแต pH 4-10) ดงั นน้ั อินดเิ ค เตอรท ่ีมชี ว ง pH ของการเปลีย่ นแปลงสีระหวา ง 4 ถึง 10 ก็สามารถนามาใชไ ด ซึ่งอินดิเคเตอรทเ่ี หมาะสมท่ี อาจใชได ไดแก เมทิลเรด (4.4-6.2) โบรโมไทมอลบลู (6.0-7.5) และฟนอลฟ ทาลนี (8.2-10.0) ดังแสดงใน ภาพ แตเรามักจะนยิ มใชฟ นอลฟ ทาลนี เพราะสงั เกตการเปล่ียนแปลงสีไดชดั เจน สาํ หรับโบรโมคลีซอล กรนี (3.8-5.4) ไมเหมาะสมทจ่ี ะใชเ ปนอินดิเคเตอรส าํ หรับกรดแก และเบสแก เพราะชว งเปล่ยี นสที เี่ ปนรปู เบสของ อินดิเคเตอร จะเกิดกอ นจุดสมมลู ทาํ ใหเ กดิ ความคลาดเคล่อื นในการบอกจดุ ยตุ ิ อินดิเคเตอรส ําหรบั ปฏิกริ ิยาระหวา งกรดออ นกับเบสแก การเลอื กอินดเิ คเตอรสาํ หรับ การไทเทรตกรดออ น เชน CH3COOH กับเบสแก เชน NaOH จะมี ขอจํากดั มากกวาทจี่ ดุ สมมูลของการไทเทรต สารละลายจะมีโซเดยี มแอซเิ ตตทาํ ใหส ารละลายเปน เบส มี pH มากกวา 7 รูปที่ 5 กราฟแสดงการไทเทรตระหวา งกรดออนกับเบสแกและอินดิเคเตอรทเ่ี หมาะสม

จากกราฟจะเหน็ ไดว า เมทิลเรดจะเปลย่ี นสีกอ นจดุ สมมูลจงึ ไมเหมาะทจ่ี ะใชเปนอนิ ดเิ คเตอรส ําหรับ กรดแอซิติกกับ NaOH (เขมขน 0.100 M) ฟน อลฟทาลีนเปลย่ี นสที ่ี ชว งจุดสมมูลพอดี โบรโมไทมอลบลู อาจจะใชเปนอินดเิ คเตอรไ ดดี เมือ่ ใชสีมาตรฐานเทยี บ อินดเิ คเตอรสาํ หรับปฏกิ ริ ิยาระหวา งกรดแกก บั เบสออ น การเปลย่ี นแปลง pH ของสารละลายขณะไทเทรตเบสออ น เชน NH3 กับกรดแก เชน HCl จะคอยๆ ลดลง เมอื่ ใช HCl เปนสารมาตรฐานท่จี ดุ ยตุ จิ ะไดเ กลอื NH4Cl และ pH < 7 ในการไทเทรต 0.100 M NH3 กบั 0.100 M HCl จะไดกราฟของการไทเทรต (ดังภาพ) รปู ที่ 6 กราฟของการไทเทรตระหวาง 0.1000 M NH3 กับ 0.1000 M HCl จากกราฟ เราสามารถพจิ ารณาชวง pH 3-7.5 ในการเลือกอนิ ดิเคเตอร ซึ่งเราอาจใชโบรโมไทมอลบลู หรอื เมทิลเรดได แตไ มค วรใชฟน อลฟ ทาลีนเพราะชวง pH ของ ฟนอลฟทาลีนมากกวา 7 ทําใหเ กิดความ คลาดเคลอื่ นในการบอกจดุ สมมูล การประยุกตก ารไทเทรตกรด-เบสเพ่อื หาปรมิ าณสารในชวี ิตประจําวัน การไทเทรตกรด-เบส ใชประยกุ ตหาปรมิ าณสารท่ีเปนสารอนิ ทรีย สารอนินทรีย และสารชวี โมเลกลุ ได ตัวอยา งการประยกุ ตใช ไดแ ก การหาปริมาณกรดออ นในนาํ้ สม นาํ้ มะนาว และในไวน การหาปรมิ าณเบส Mg(OH)2 , MgO ในยาลดกรด หรอื การหาปริมาณโปรตีนในอาหาร 1. การหาปรมิ าณกรดแอซติ กิ ในนา้ํ สม สายชทู ําไดโดยการปเ ปตตน้าํ สม สายชเู จอื จาง ดวยนา้ํ กล่นั ประมาณ 5 เทา แลวไทเทรตกบั สารละลายมาตรฐาน NaOH เขมขน 0.1000 M โดยใชฟนอลฟทาลีนเปนอินดิ เคเตอรไ ทเทรตจนสารละลายเปลี่ยนจากไมมสี เี ปน สชี มพูแลว คํานวณหารอ ยละของกรดแอซิตกิ (CH3COOH) โดยมวลตอ ปรมิ าตร 2. การหาปริมาตรกรดออนในมะนาวและในไวนก ท็ ําไดโดยวธิ เี ดียวกบั การหาปริมาณกรดแอซิตกิ ใน น้าํ สม สายชู

3. การหาปรมิ าณ Mg(OH)2 กท็ ําไดโดยการไทเทรตกับสารละลายมาตรฐานโดยตรง เชน ไทเทรตกบั กรด HCl สาํ หรบั การหาปริมาณ MgO จะตองเปลี่ยนใหเ ปน Mg(OH)2 โดยการใชเบส แลวคอยไทเทรตกับ สารละลายกรดมาตรฐาน 4. การหาปรมิ าณโปรตีนในอาหาร ตอ งใชว ิธที างออมในการวเิ คราะห โดยการหาปริมาณไนโตรเจนท่ี อยูใ นเอมนี ซึ่งเปน กรดอะมิโนในโปรตนี การหาปรมิ าณไนโตรเจนนี้ ทําไดโดยการเปลยี่ นไนโตรเจนใหอ ยใู นรปู ของ NH3 แลวไทเทรตกับสารละลายมาตรฐาน การหาปริมาณสารลดกรดในยาลดกรดบางชนิด การหาปริมาณสารลดกรดในยาลดกรดบางชนดิ ทําไดโดยการนํายาลดกรดมาบด ใหล ะเอยี ด แลวชัง่ ประมาณ 1 กรมั ละลายในน้ํากล่นั 20 cm3 ในบีกเกอรข นาด 100 cm3 เตมิ กรด HCl เขมขน 1.0 mol/dm3 คร้งั ละ 1 cm3 เขยา จนไมมีฟองกาซเกิดข้นึ เตมิ HCl ลงไป อีก 1 cm3 เขยา บันทึกปรมิ าตร HCl ท่ใี ช ท้ังหมด จากน้นั อนุ สารละลายใหรอ น 1 นาที กรองแลวลางดว ยนากลั่นเล็กนอ ย ของเหลวที่กรองไดใ สข วดเชิง ปรมิ าตรขนาด 100 cm3 ปรบั ดว ย น้าํ กลั่น จนมีปรมิ าตร 100 cm3 ปเ ปตตส ารละลายทก่ี รองได 10 cm3 แลวไทเทรตกบั สารละลายมาตรฐาน NaOH 0.1 โมล/ลติ ร ใชเมทิลออเรนจเ ปนอนิ ดิเคเตอร บันทึกปรมิ าตร NaOH แลวคาํ นวณปรมิ าณรอยละของ CaCO3 ในยาลดกรด โดยมวล