เคมี

1. สารละลายบัฟเฟอร์(Buffer solution)
และอินดิเคเตอร์ (Indicator)
นางสาวนิติมา รุจิเรขาสุวรรณ
กลุ่มสาระการเรียนรู้วิทยาศาสตร์
โรงเรียนเฉลิมพระเกียรติสมเด็จพระศรีนครินทร์ กาญจนบุรี
ในพระราชูปถัมภ์สมเด็จพระเทพรัตนราชสุดาฯ สยามบรมราชกุมารี

2. สารละลายบัฟเฟอร์(Buffer solution)
เป็น solution ที่มีสมบัติในการต้านการเปลี่ยนแปลง pH ไม่ว่า
จะเติมกรดแก่หรือเบสแก่จานวนเล็กน้อยลงไป pH ของสารละลาย
ก็จะคงที่หรือเกือบคงที่
สารละลายบัฟเฟอร์ มี 2 ประเภท ได้แก่
1. สารละลายบัฟเฟอร์กรด
เป็นสารละลายผสมระหว่างกรดอ่อนกับเกลือของกรดอ่อนนั้น
หรือกรดอ่อนกับคู่เบสของกรด เช่น CH3COOH กับ CH3COONa

3. สารละลายบัฟเฟอร์(Buffer solution)
ระบบการต่อต้านการเปลี่ยนแปลง pH ของบัฟเฟอร์กรด
เช่น CH3COOH กับ CH3COONa
CH3COOH CH3COO- + H+
CH3COONa CH3COO- + Na+
ในสารละลายมี CH3COOH และ CH3COO- ทาหน้าที่รักษา pH ในสารละลาย
ถ้าเติมกรดแก่
CH3COOH CH3COO- + H+
H+ CH3COO- + H+ CH3COOH
H+ ที่ใส่ลงไปจะจับกับ CH3COO- ที่มีในสารละลายกลายเป็น CH3COOH ทาให้
[H+ ]เดิม คงที่ (pH ไม่เปลี่ยน) แต่ [CH3COO- ] ลดลงสมดุลจึงปรับไปข้างหน้า [H+]
เพิ่มขึ้นเล็กน้อย pH จึงลดลงเล็กน้อย

4. สารละลายบัฟเฟอร์(Buffer solution)
ระบบการต่อต้านการเปลี่ยนแปลง pH ของบัฟเฟอร์กรด
ถ้าเติมเบสแก่
CH3COOH CH3COO- + H+
OH-
CH3COOH + OH- CH3COO- + H2O
OH- ที่ใส่ลงไปจะดึง H+ จาก CH3COOH ที่มีในสารละลาย เกิดเป็น CH3COO- ทา
ให้ [H+ ]เดิม คงที่ (pH ไม่เปลี่ยน) แต่ [CH3COOH] ลดลงสมดุลมีทิศย้อนกลับ [H+]
ลดลงเล็กน้อย pH เพิ่มขึ้นเล็กน้อย
2. สารละลายบัฟเฟอร์เบส
เป็นสารละลายผสมระหว่างเบสอ่อนกับเกลือของเบสอ่อนนั้น
หรือเบสอ่อนกับคู่กรดของเบส เช่น NH4OH กับ NH4Cl
(NH3 + H2O)
Note: เติมกรด เบสลดกรดเพิ่ม

5. ระบบการต่อต้านการเปลี่ยนแปลง pH ของบัฟเฟอร์เบส
เช่น NH4OH กับ NH4Cl
NH4OH NH4
+ + OH-
NH4Cl NH4
+ + Cl-
ถ้าเติมกรดแก่
H+
NH4OH + H+ NH4
+ + H2O
H+ ที่ใส่ลงไป จะจับกับ NH4OH (NH3) ในสารละลายกลายเป็น NH4
+ ทาให้ [OH- ]คงที่
pH ไม่เปลี่ยน แต่ [NH4OH] ลดลงสมดุลจึงมีทิศย้อนกลับ [OH-] ลดลง pH ลดลงเล็กน้อย
สารละลายบัฟเฟอร์(Buffer solution)
ในสารละลายมี NH4OH และ NH4
+ ทาหน้าที่รักษา pH ในสารละลาย
NH3 + H2O NH4
+ + OH-
(NH3 + H2O)

6. ระบบการต่อต้านการเปลี่ยนแปลง pH ของบัฟเฟอร์เบส
ถ้าเติมเบสแก่ OH-
NH4
+ + OH- NH4OH
OH- ที่เติมเข้าไปจะดึง H+ จาก NH4
+ ที่มีในสารละลายกลายเป็น
NH4OH ทาให้ [OH- ]คงที่ pH ไม่เปลี่ยน แต่ NH4
+ ลดลง สมดุลจึงมี
ทิศไปข้างหน้า OH- เพิ่มขึ้นเล็กน้อย pH เพิ่มขึ้นเล็กน้อย
สารละลายบัฟเฟอร์(Buffer solution)
NH3 + H2O NH4
+ + OH-
Exercise : อธิบายการต่อต้าน pH ของบัฟเฟอร์ H2S/HS-
เมื่อเติมกรดแก่และเบสแก่ลงไป

7. สารละลายบัฟเฟอร์(Buffer solution)
สารละลายบัฟเฟอร์อาจเกิดจาก
กรดอ่อน + เบสแก่ เช่น
CH3COOH 3 M 10 mL กับ NaOH 1 M 10 mL
เบสอ่อน + กรดแก่ เช่น
NH4OH 3 M 10 mL กับ HCl 1 M 10 mL
เกลือของกรดอ่อน + กรดแก่ เช่น
CH3COONa 5 M 20 mL กับ HCl 2 M 10 mL
เกลือของเบสอ่อน + เบสแก่ เช่น
NH4Cl 3 M 20 mL กับ NaOH 5 M 10 mL

8. สารละลายบัฟเฟอร์(Buffer solution)
สารละลายบัฟเฟอร์อาจเกิดจากสารละลายผสมอื่นๆ ได้ หากเมื่อสิ้นสุดปฏิกิริยาแล้ว
เหลือสารละลายกรดอ่อนและเกลือของกรดอ่อนหรือเบสอ่อนกับเกลือของเบสอ่อนนั้น
ตัวอย่าง สารละลายผสมระหว่าง กรดอ่อน + เบสแก่ เช่น
CH3COOH 3 M 10 mL กับ NaOH 1 M 10 mL เป็นบัฟเฟอร์หรือไม่?
วิธีทา CH3COOH + NaOH CH3COONa + H2O
มี 30 mmol 10 mmol - ไม่คิด
ใช้ -10 mmol -10 mmol +10 mmol
เหลือ 20 mmol 0 +10 mmol -
เมื่อปฏิกิริยาสิ้นสุด จะเหลือกรดอ่อน ( CH3COOH 20 mmol) และเกลือของ
กรดอ่อน ( CH3COO- 10 mmol) จึงสรุปได้ว่า สารละลายผสมข้างต้นเป็นสารละลาย
บัฟเฟอร์
Ex สารละลายผสมระหว่าง CH3COOH 3 M 10 mL กับ NaOH 1 M 30 mL
เป็นบัฟเฟอร์หรือไม่ เพราะเหตุใด?

9. สารละลายบัฟเฟอร์(Buffer solution)
Exercise: พิจารณาว่าสารละลายต่อไปนี้คู่ใดเป็นบัฟเฟอร์
1. KH2PO4/H3PO4
2. NaClO4/HClO4
3. NaOH 1 mol / CH3COOH 2 mol
4. HNO2 1 M 20 mL กับ NaOH 1 M 10 mL
5. HCN 2 M 20 mL กับ KOH 1 M 40 mL
6. HF 1 M 30 mL กับ LiOH 2 M 30 mL
7. KCN 2 M 10 mL กับ HI 1 M 10 mL
8. CH3COOH 0.2 M 40 mL กับ CH3COONa 0.2 M 10 mL
9. KNO2 0.05 M 5 mL กับ HNO2 0.05 M 10 mL
10. NH4Cl 2 M 10 mL กับ KOH 2 M 20 mL
11. LiCN 3 M 40 mL กับ LiF 1 M 20 mL

10. สารละลายบัฟเฟอร์(Buffer solution)
การคานวณเกี่ยวกับบัฟเฟอร์
พิจารณาการแตกตัวของกรดอ่อน
HA H+ + A-
=
take -log : -log [H+] = -log

11. สารละลายบัฟเฟอร์(Buffer solution)
การคานวณเกี่ยวกับบัฟเฟอร์
pH ของบัฟเฟอร์กรด
pOH ของบัฟเฟอร์เบส

12. สารละลายบัฟเฟอร์(Buffer solution)
Example1 หา pOH และ pH ของสารละลาย NH3 เข้มข้น 0.2 M
และ NH4Cl เข้มข้น 0.1 M ( Kb ของ NH3 = 1.8x10-5)
Example2 จงหาอัตราส่วนของ A- และ HA ที่ทาให้สารละลายมี pH = 4
( Ka ของ HA = 1x10-4)
pOH = 4.74 - 0.3 = 4.44
pH = 14 – 4.44 = 9.56

13. สารละลายบัฟเฟอร์(Buffer solution)
Exercise1 หา pH ของสารละลายต่อไปนี้
1) 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 หาอัตราส่วน NH4Cl และ NH3 ที่ใช้เตรียมบัฟเฟอร์ pH=9
(Kb = 1.8x10-5)
Exercise3 หา pH ของสารละลายผสม HNO2 2 mol กับ NaOH 2 mol
ในสารละลาย 1 L และหา pH ของสารละลายผสมที่ลด NaOH เหลือ
1 mol ในสารละลาย 1 L (Ka ของ HNO2 = 1x10-4)
Exercise4 หา pH ของบัฟเฟอร์ผสมระหว่าง NH3 เข้มข้น 0.5 M ปริมาตร
300 cm3 และ NH4Cl 0.5 M ปริมาตร 200 cm3 (Kb ของ NH3 = 1.8x10-5)
(pH = 9.26)
(pH = 4.26)
([เบส]/[เกลือ] = 0.55)
(9.15, 4)
(9.44)

14. สารละลายบัฟเฟอร์(Buffer solution)
ทบทวนเกลือและบัฟเฟอร์
1. หา pH ของสารละลายผสมระหว่าง CH3COOH เข้มข้น 0.1 M
และ CH3COONa 0.1 M (Ka ของ CH3COOH = 1.8x10-5 )
2. หา pH ของสารละลายผสมระหว่าง Ka ของ HNO2 = 4.5x10-4
2.1) HNO2 0.2 M 50 mL กับ NaOH 0.5 M 20 mL
2.2) HNO2 0.2 M 50 mL กับ NaOH 0.2 M 20 mL

15. สารละลายบัฟเฟอร์(Buffer solution)
การคานวณ pH ของสารละลายบัฟเฟอร์ที่เปลี่ยนแปลงเมื่อเติมกรดหรือเบสลงไป
จะต้องหา [ ] ของกรดหรือเบส และเกลือที่เปลี่ยนแปลงหลังเติมกรด
หรือเบสลงไป แล้วแทนค่าในสูตร
Example1:
ก.หา pH ของสารละลายผสม CH3COOH เข้มข้น 0.1 M และ
CH3COONa 0.1 M (Ka ของ CH3COOH = 1.8x10-5 )
ข. ถ้าเติม HCl ลงไป 0.01 mol ในบัฟเฟอร์ 1 L
ค. ถ้าเติม NaOH ลงไป 0.01 mol ในบัฟเฟอร์ 1 L
Exercise: ก. หา pH ของบัฟเฟอร์ NH3 เข้มข้น 0.5 M ปริมาตร 300 cm3
และ NH4Cl เข้มข้น 0.5 M ปริมาตร 200 cm3 (Kb ของ NH3 = 1.8x10-5)
ข. หา pH เมื่อเติม HCl 0.05 mol ลงในบัฟเฟอร์ ก ปริมาตร 1 L

16. อินดิเคเตอร์ (Indicator)
เป็นสารอินทรีย์ที่มีโครงสร้างซับซ้อน มีสมบัติเป็น
กรดอ่อนหรือเบสอ่อนซึ่งแตกตัวให้ไอออนคู่กรดหรือคู่เบส
ที่มีสีต่างจากเดิม
ให้ HIn แทน อินดิเคเตอร์รูปกรด
In- แทน อินดิเคเตอร์รูปเบส
Indicator จะอยู่ในรูป HIn หรือ In- ขึ้นอยู่กับ pH ของสารละลาย
ช่วง pH ของสารละลายที่อินดิเคเตอร์มีสีต่างกันเรียกว่าช่วง pH ของ
อินดิเคเตอร์ (pH range)
HIn H+ + In-

17. อินดิเคเตอร์ (Indicator)
ตัวอย่างการเปลี่ยนสีของฟีนอล์ฟทาลีน

18. อินดิเคเตอร์ (Indicator)
Methyl orange

19. อินดิเคเตอร์ (Indicator)
อธิบาย หากสารละลายมี pH
pH ≤ 4.2 จะทาให้อินดิเคเตอร์ มีสีแดง
4.2 ≤ pH ≤ 6.0 จะทาให้อินดิเคเตอร์ มีสีส้ม
pH ≥ 6.0 จะทาให้อินดิเคเตอร์ มีสีเหลือง
pH = (4.2+6)/2 = 5.1 จะเรียกว่าจุดยุติ (end point)ของการไทเทรต
ถือเป็นจุดที่อินดิเคเตอร์เปลี่ยนสี

20. อินดิเคเตอร์ (Indicator)
HIn H+ + In-
โดยทั่วไป ≥ 10 indicator จะมีสีกรด (HIn)
≥ 10 indicator จะมีสีเบส (In-)
[HIn] = [In-] Indicator จะมีสีผสม
การแตกตัวของ indicator

21. อินดิเคเตอร์ (Indicator)
Example1 ลิตมัสมีค่าคงที่สมดุล = 10-7 โดยรูปกรดจะมีสีแดง
รูปเบสจะมีสีน้าเงินในสารละลาย pH = 5, pH = 7 และ pH = 8
จะเห็นสีอะไร
Example2 อินดิเคเตอร์ A มี Ka = 1 x 10-6 เมื่อ
= 1 สีม่วง, ≥ 10 สีแดง, ≥ 10 สีน้าเงิน
หาช่วง pH ที่อินดิเคเตอร์เปลี่ยนสี
Example3 methyl orange มี pKa = 3.5 มีสีแดงในกรดและสีส้ม
ในเบส ในสารละลายที่มี [H+] = 2.1 x 10-3 จะมีสีใด

22. อินดิเคเตอร์ (Indicator)
การหาค่า pH ของสารละลายโดยใช้อินดิเคเตอร์
หลอดที่
อินดิเคเตอร์ สีที่ปรากฏ
ในสารละลาย Xชนิด ช่วง pH สีที่เปลี่ยน
1 คองโกเรด 3.0-5.0 น้าเงิน-แดง แดง
2 โบรโมครีซอลเพอร์เพิล 5.2-6.8 เหลือง-ม่วง เหลือง
3 ฟินอลเรด 6.8-8.4 เหลือง-แดง เหลือง
ตัวอย่าง 1 หยดสารละลาย X ใส่ในหลอดทดลอง 3 หลอด หลอดละ 2 cm3
แต่ละหลอดหยดอินดิเคเตอร์ 2-3 หยด ได้ผลดังตาราง
สาร X ควรมีค่า pH เท่าใด

23. อินดิเคเตอร์ (Indicator)
การหาค่า pH ของสารละลายโดยใช้อินดิเคเตอร์
พิจารณาสมบัติของอินดิเคเตอร์และการเปลี่ยนสีของสารละลาย Y ต่อไปนี้
อินดิเคเตอร์ ช่วง pH สีที่เปลี่ยน
ก 3.2-4.4 แดง-เหลือง
ข 4.2-6.3 แดง-เหลือง
ค 6.0-7.6 เหลือง-น้าเงิน
ง 6.8-8.4 เหลือง-แดง
หลอดที่ อินดิเคเตอร์ สีของสารละลาย
1 ก เหลือง
2 ข เหลือง
3 ค น้าเงิน
4 ง ส้ม
สาร Y ควรมีค่า pH เท่าใด

24. พิจารณาสมบัติของอินดิเคเตอร์ต่อไปนี้
อินดิเคเตอร์ (Indicator)
การหาค่า pH ของสารละลายโดยใช้อินดิเคเตอร์
อินดิเคเตอร์ ช่วง pH สีที่เปลี่ยน
A 4.2-6.3 แดง-เหลือง
B 6.0-7.6 เหลือง-น้าเงิน
C 9.4-10.6 ไม่มีสี-น้าเงิน
เมื่อนาสารละลายที่ได้จากการทาปฏิกิริยาพอดีระหว่างกรดกับเบสคู่หนึ่งมาหาค่า pH
พบว่า เมื่อหยดอินดิเคเตอร์ A ได้สารละลายมีสีเหลือง หยดอินดิเคเตอร์ B สารละลายมีสี
น้าเงิน และหยดอินดิเคเตอร์ C ได้สารละลายไม่มีสี สารละลายกรด-เบสที่ใช้ในข้อใด
เป็นไปได้
ก. HCl, NaOH ข. H2SO4, Ba(OH)2
ค. CH3COOH, NaOH ง. HNO3, NH4OH

25. อินดิเคเตอร์ (Indicator)
การหาค่า pH ของสารละลายโดยใช้อินดิเคเตอร์
พิจารณาสีของสารละลาย Z เมื่อเติมอินดิเคเตอร์ชนิดต่างๆ ต่อไปนี้
อินดิเคเตอร์ ช่วง pH สีที่เปลี่ยน สีของสารละลาย Z
โบรโมฟีนอลบลู 3.0-4.6 เหลือง-น้าเงิน เขียวอมน้าเงิน
ไทมอลบลูเมทิลออเรนจ์ 3.2-4.4 แดง-เหลือง ส้มเหลือง
เมทิลเรด 4.2-6.3 แดง-เหลือง ส้มแดง
สาร Z ควรมี pH อยู่ในช่วงใด