สารละลายบฟเฟอร(Buffer solution)และอนดเคเตอร (Indicator)

นางสาวนตมา รจเรขาสวรรณกลมสาระการเรยนรวทยาศาสตร

โรงเรยนเฉลมพระเกยรตสมเดจพระศรนครนทร กาญจนบรในพระราชปถมภสมเดจพระเทพรตนราชสดาฯ สยามบรมราชกมาร

สารละลายบฟเฟอร(Buffer solution)

เปน solution ทมสมบตในการตานการเปลยนแปลง pH ไมวาจะเตมกรดแกหรอเบสแกจ านวนเลกนอยลงไป pH ของสารละลายกจะคงทหรอเกอบคงท

สารละลายบฟเฟอร ม 2 ประเภท ไดแก

1. สารละลายบฟเฟอรกรด เปนสารละลายผสมระหวางกรดออนกบเกลอของกรดออนนน

หรอกรดออนกบคเบสของกรด เชน CH3COOH กบ CH3COONa

สารละลายบฟเฟอร(Buffer solution)ระบบการตอตานการเปลยนแปลง pH ของบฟเฟอรกรดเชน CH3COOH กบ CH3COONa

CH3COOH CH3COO- + H+

CH3COONa CH3COO- + Na+

ในสารละลายม CH3COOH และ CH3COO- ท าหนาทรกษา pH ในสารละลาย

ถาเตมกรดแก

CH3COOH CH3COO- + H+

H+ CH3COO- + H+ CH3COOH

H+ ทใสลงไปจะจบกบ CH3COO- ทมในสารละลายกลายเปน CH3COOH ท าให [H+ ]เดม คงท (pH ไมเปลยน) แต [CH3COO- ] ลดลงสมดลจงปรบไปขางหนา [H+]เพมขนเลกนอย pH จงลดลงเลกนอย

สารละลายบฟเฟอร(Buffer solution)ระบบการตอตานการเปลยนแปลง pH ของบฟเฟอรกรดถาเตมเบสแก

CH3COOH CH3COO- + H+OH-

CH3COOH + OH- CH3COO- + H2O

OH- ทใสลงไปจะดง H+ จาก CH3COOH ทมในสารละลาย เกดเปน CH3COO- ท าให [H+ ]เดม คงท (pH ไมเปลยน) แต [CH3COOH] ลดลงสมดลมทศยอนกลบ [H+] ลดลงเลกนอย pH เพมขนเลกนอย2. สารละลายบฟเฟอรเบส เปนสารละลายผสมระหวางเบสออนกบเกลอของเบสออนนน

หรอเบสออนกบคกรดของเบส เชน NH4OH กบ NH4Cl(NH3 + H2O)

Note: เตมกรด เบสลดกรดเพม

ระบบการตอตานการเปลยนแปลง pH ของบฟเฟอรเบสเชน NH4OH กบ NH4Cl

NH4OH NH4+ + OH-

NH4Cl NH4+ + Cl-

ถาเตมกรดแก H+

NH4OH + H+ NH4+ + H2O

H+ ทใสลงไป จะจบกบ NH4OH (NH3) ในสารละลายกลายเปน NH4+ ท าให [OH- ]คงท

pH ไมเปลยน แต [NH4OH] ลดลงสมดลจงมทศยอนกลบ [OH-] ลดลง pH ลดลงเลกนอย

สารละลายบฟเฟอร(Buffer solution)

ในสารละลายม NH4OH และ NH4+ ท าหนาทรกษา pH ในสารละลาย

NH3 + H2O NH4+ + OH-

(NH3 + H2O)

ระบบการตอตานการเปลยนแปลง pH ของบฟเฟอรเบสถาเตมเบสแก OH- NH4

+ + OH- NH4OH

OH- ทเตมเขาไปจะดง H+ จาก NH4+ ทมในสารละลายกลายเปน

NH4OH ท าให [OH- ]คงท pH ไมเปลยน แต NH4+ ลดลง สมดลจงม

ทศไปขางหนา OH- เพมขนเลกนอย pH เพมขนเลกนอย

สารละลายบฟเฟอร(Buffer solution)

NH3 + H2O NH4+ + OH-

Exercise : อธบายการตอตาน pH ของบฟเฟอร H2S/HS-

เมอเตมกรดแกและเบสแกลงไป

สารละลายบฟเฟอร(Buffer solution)

สารละลายบฟเฟอรอาจเกดจากกรดออน + เบสแก เชน CH3COOH 3 M 10 mL กบ NaOH 1 M 10 mL

เบสออน + กรดแก เชน NH4OH 3 M 10 mL กบ HCl 1 M 10 mL

เกลอของกรดออน + กรดแก เชน CH3COONa 5 M 20 mL กบ HCl 2 M 10 mL

เกลอของเบสออน + เบสแก เชน NH4Cl 3 M 20 mL กบ NaOH 5 M 10 mL

สารละลายบฟเฟอร(Buffer solution)สารละลายบฟเฟอรอาจเกดจากสารละลายผสมอนๆ ได หากเมอสนสดปฏกรยาแลว

เหลอสารละลายกรดออนและเกลอของกรดออนหรอเบสออนกบเกลอของเบสออนนน

ตวอยาง สารละลายผสมระหวาง กรดออน + เบสแก เชน CH3COOH 3 M 10 mL กบ NaOH 1 M 10 mL เปนบฟเฟอรหรอไม?

วธท า CH3COOH + NaOH CH3COONa + H2Oม 30 mmol 10 mmol - ไมคดใช -10 mmol -10 mmol +10 mmolเหลอ 20 mmol 0 +10 mmol -

เมอปฏกรยาสนสด จะเหลอกรดออน ( CH3COOH 20 mmol) และเกลอของกรดออน ( CH3COO- 10 mmol) จงสรปไดวา สารละลายผสมขางตนเปนสารละลายบฟเฟอร

Ex สารละลายผสมระหวาง CH3COOH 3 M 10 mL กบ NaOH 1 M 30 mL เปนบฟเฟอรหรอไม เพราะเหตใด?

สารละลายบฟเฟอร(Buffer solution)Exercise: พจารณาวาสารละลายตอไปนคใดเปนบฟเฟอร

1. KH2PO4/H3PO42. NaClO4/HClO43. NaOH 1 mol / CH3COOH 2 mol4. HNO2 1 M 20 mL กบ NaOH 1 M 10 mL5. HCN 2 M 20 mL กบ KOH 1 M 40 mL6. HF 1 M 30 mL กบ LiOH 2 M 30 mL7. KCN 2 M 10 mL กบ HI 1 M 10 mL8. CH3COOH 0.2 M 40 mL กบ CH3COONa 0.2 M 10 mL9. KNO2 0.05 M 5 mL กบ HNO2 0.05 M 10 mL10. NH4Cl 2 M 10 mL กบ KOH 2 M 20 mL11. LiCN 3 M 40 mL กบ LiF 1 M 20 mL

สารละลายบฟเฟอร(Buffer solution)การค านวณเกยวกบบฟเฟอร

พจารณาการแตกตวของกรดออนHA H+ + A-

=

take -log : -log [H+] = -log

สารละลายบฟเฟอร(Buffer solution)การค านวณเกยวกบบฟเฟอร

pH ของบฟเฟอรกรด

pOH ของบฟเฟอรเบส

สารละลายบฟเฟอร(Buffer solution)

Example1 หา pOH และ pH ของสารละลาย NH3 เขมขน 0.2 Mและ NH4Cl เขมขน 0.1 M ( Kb ของ NH3 = 1.8x10-5)

Example2 จงหาอตราสวนของ A- และ HA ทท าใหสารละลายม pH = 4( Ka ของ HA = 1x10-4)

pOH = 4.74 - 0.3 = 4.44 pH = 14 – 4.44 = 9.56

สารละลายบฟเฟอร(Buffer solution)Exercise1 หา pH ของสารละลายตอไปน1) 0.6 M NH3 และ 0.6 M NH4Cl (Kb = 1.8x10-5)2) 0.6 M CH3COOH และ 0.2 M CH3COONa (Ka = 1.8x10-5)

Exercise2 หาอตราสวน NH4Cl และ NH3 ทใชเตรยมบฟเฟอร pH=9(Kb = 1.8x10-5)Exercise3 หา pH ของสารละลายผสม HNO2 2 mol กบ NaOH 2 molในสารละลาย 1 L และหา pH ของสารละลายผสมทลด NaOH เหลอ 1 mol ในสารละลาย 1 L (Ka ของ HNO2 = 1x10-4)

Exercise4 หา pH ของบฟเฟอรผสมระหวาง NH3 เขมขน 0.5 M ปรมาตร300 cm3 และ NH4Cl 0.5 M ปรมาตร 200 cm3 (Kb ของ NH3 = 1.8x10-5)

(pH = 9.26)(pH = 4.26)

([เบส]/[เกลอ] = 0.55)

(9.15, 4)

(9.44)

สารละลายบฟเฟอร(Buffer solution)

ทบทวนเกลอและบฟเฟอร

1. หา pH ของสารละลายผสมระหวาง CH3COOH เขมขน 0.1 M และ CH3COONa 0.1 M (Ka ของ CH3COOH = 1.8x10-5 )

2. หา pH ของสารละลายผสมระหวาง Ka ของ HNO2 = 4.5x10-4

2.1) HNO2 0.2 M 50 mL กบ NaOH 0.5 M 20 mL2.2) HNO2 0.2 M 50 mL กบ NaOH 0.2 M 20 mL

สารละลายบฟเฟอร(Buffer solution)การค านวณ pH ของสารละลายบฟเฟอรทเปลยนแปลงเมอเตมกรดหรอเบสลงไป

จะตองหา [ ] ของกรดหรอเบส และเกลอทเปลยนแปลงหลงเตมกรดหรอเบสลงไป แลวแทนคาในสตร

Example1: ก.หา pH ของสารละลายผสม CH3COOH เขมขน 0.1 M และ

CH3COONa 0.1 M (Ka ของ CH3COOH = 1.8x10-5 )ข. ถาเตม HCl ลงไป 0.01 mol ในบฟเฟอร 1 Lค. ถาเตม NaOH ลงไป 0.01 mol ในบฟเฟอร 1 L

Exercise: ก. หา pH ของบฟเฟอร NH3 เขมขน 0.5 M ปรมาตร 300 cm3

และ NH4Cl เขมขน 0.5 M ปรมาตร 200 cm3 (Kb ของ NH3 = 1.8x10-5) ข. หา pH เมอเตม HCl 0.05 mol ลงในบฟเฟอร ก ปรมาตร 1 L

อนดเคเตอร (Indicator)เปนสารอนทรยทมโครงสรางซบซอน มสมบตเปน

กรดออนหรอเบสออนซงแตกตวใหไอออนคกรดหรอคเบสทมสตางจากเดม

ให HIn แทน อนดเคเตอรรปกรดIn- แทน อนดเคเตอรรปเบส

Indicator จะอยในรป HIn หรอ In- ขนอยกบ pH ของสารละลายชวง pH ของสารละลายทอนดเคเตอรมสตางกนเรยกวาชวง pH ของอนดเคเตอร (pH range)

HIn H+ + In-

อนดเคเตอร (Indicator)ตวอยางการเปลยนสของฟนอลฟทาลน

อนดเคเตอร (Indicator)

Methyl orange

อนดเคเตอร (Indicator)

อธบาย หากสารละลายม pHpH ≤ 4.2 จะท าใหอนดเคเตอร มสแดง

4.2 ≤ pH ≤ 6.0 จะท าใหอนดเคเตอร มสสมpH ≥ 6.0 จะท าใหอนดเคเตอร มสเหลอง

pH = (4.2+6)/2 = 5.1 จะเรยกวาจดยต (end point)ของการไทเทรตถอเปนจดทอนดเคเตอรเปลยนส

อนดเคเตอร (Indicator)

HIn H+ + In-

โดยทวไป ≥ 10 indicator จะมสกรด (HIn)

≥ 10 indicator จะมสเบส (In-)

[HIn] = [In-] Indicator จะมสผสม

การแตกตวของ indicator

อนดเคเตอร (Indicator)

Example1 ลตมสมคาคงทสมดล = 10-7 โดยรปกรดจะมสแดง รปเบสจะมสน าเงนในสารละลาย pH = 5, pH = 7 และ pH = 8 จะเหนสอะไร

Example2 อนดเคเตอร A ม Ka = 1 x 10-6 เมอ = 1 สมวง, ≥ 10 สแดง, ≥ 10 สน าเงน

หาชวง pH ทอนดเคเตอรเปลยนส

Example3 methyl orange ม pKa = 3.5 มสแดงในกรดและสสมในเบส ในสารละลายทม [H+] = 2.1 x 10-3 จะมสใด

อนดเคเตอร (Indicator)

การหาคา pH ของสารละลายโดยใชอนดเคเตอร

หลอดทอนดเคเตอร สทปรากฏ

ในสารละลาย Xชนด ชวง pH สทเปลยน1 คองโกเรด 3.0-5.0 น าเงน-แดง แดง2 โบรโมครซอลเพอรเพล 5.2-6.8 เหลอง-มวง เหลอง3 ฟนอลเรด 6.8-8.4 เหลอง-แดง เหลอง

ตวอยาง 1 หยดสารละลาย X ใสในหลอดทดลอง 3 หลอด หลอดละ 2 cm3

แตละหลอดหยดอนดเคเตอร 2-3 หยด ไดผลดงตาราง

สาร X ควรมคา pH เทาใด

อนดเคเตอร (Indicator)

การหาคา pH ของสารละลายโดยใชอนดเคเตอร

พจารณาสมบตของอนดเคเตอรและการเปลยนสของสารละลาย Y ตอไปนอนดเคเตอร ชวง pH สทเปลยน

ก 3.2-4.4 แดง-เหลองข 4.2-6.3 แดง-เหลองค 6.0-7.6 เหลอง-น าเงนง 6.8-8.4 เหลอง-แดง

หลอดท อนดเคเตอร สของสารละลาย1 ก เหลอง2 ข เหลอง3 ค น าเงน4 ง สม

สาร Y ควรมคา pH เทาใด

พจารณาสมบตของอนดเคเตอรตอไปน

อนดเคเตอร (Indicator)

การหาคา pH ของสารละลายโดยใชอนดเคเตอร

อนดเคเตอร ชวง pH สทเปลยนA 4.2-6.3 แดง-เหลองB 6.0-7.6 เหลอง-น าเงนC 9.4-10.6 ไมมส-น าเงน

เมอน าสารละลายทไดจากการท าปฏกรยาพอดระหวางกรดกบเบสคหนงมาหาคา pH พบวา เมอหยดอนดเคเตอร A ไดสารละลายมสเหลอง หยดอนดเคเตอร B สารละลายมสน าเงน และหยดอนดเคเตอร C ไดสารละลายไมมส สารละลายกรด-เบสทใชในขอใดเปนไปได

ก. HCl, NaOH ข. H2SO4, Ba(OH)2ค. CH3COOH, NaOH ง. HNO3, NH4OH

อนดเคเตอร (Indicator)การหาคา pH ของสารละลายโดยใชอนดเคเตอร

พจารณาสของสารละลาย Z เมอเตมอนดเคเตอรชนดตางๆ ตอไปน

อนดเคเตอร ชวง pH สทเปลยน สของสารละลาย Zโบรโมฟนอลบล 3.0-4.6 เหลอง-น าเงน เขยวอมน าเงน

ไทมอลบลเมทลออเรนจ 3.2-4.4 แดง-เหลอง สมเหลองเมทลเรด 4.2-6.3 แดง-เหลอง สมแดง

สาร Z ควรม pH อยในชวงใด