หลักการไทเทรตและเลือกใช้อินดิเคเตอร์ที่เหมาะสมสำหรับการไทเทรตกรด-เบส

การไทเทรตเกิดขึ้น เมื่อทำการไขสารละลายไทแทรนต์จากบิวเรตทีละหยดเพื่อให้ลงมาทำปฏิกิริยากับสารละลายไทแทรนด์ในขวดรูปชมพู่ การไทเทรตแบ่งตามชนิดของปฏิกิริยาระหว่างสาร

ดังนั้น การไทเทรตกรด-เบส ปฎิกิริยาที่เกิดขึ้นขณะทำการไทเทรตคือการเกิดปฏิกิริยาระหว่างกรดและเบสได้ผลิตภัณฑ์ คือ เกลือและน้ำ

การไทเทรตกรด-เบส สามารถแบ่งแยกได้ ขึ้นตามชนิดของกรดและเบสที่ทำปฏิกิริยา ซึ่งทำให้ได้ผลิตภัณฑ์ที่เป็นเกลือที่สมบัติที่แตกต่างกัน

สรุปได้ดังนี้

1. การไทเทรตระหว่างกรดแก่และเบสแก่ เกลือที่เกิดขึ้นมีสมบัติเป็นกลางเนื่องจากไอออนบวกและ

ไอออนลบที่มาจากการแตกตัวของเกลือไม่เกิดปฏิกิริยาไฮโดรไลซิสกับน้ำ ทำให้ pH ที่จุดสมมูล เท่ากับ 7

เช่น

การไทเทรตกรดแก่ HCl และ เบสแก่ NaOH เกิดเกลือ NaCl

2. การไทเทรตระหว่างกรดอ่อนและเบสแก่ เกลือที่เกิดขึ้นมีสมบัติเป็นเบสเนื่องจากไอออนลบที่มา

จากการแตกตัวของเกลือเกิดปฏิกิริยาไฮโดรไลซิส ได้ OH^- ทำให้ pH ที่จุดสมมูลมากกว่า 7

เช่น

การไทเทรตกรดอ่อน CH₃COOH และ เบสแก่ NaOH เกิดเกลือ CH₃COONa

โดยที่ CH₃COO^- เกิดปฏิกิรยาไฮโดรไลซิส แสดงดังนี้ คือ       

CH₃COO^- + H₂O  CH₃COOH + OH^-   

3. การไทเทรตระหว่างกรดแก่และเบสอ่อน เกลือที่เกิดขึ้นมีสมบัติเป็นกรดเนื่องจากไอออนบวกที่มา

จากการแตกตัวของเกลือเกิดเกิดปฏิกิริยาไฮโดรไลซิส ได้ H₃O⁺ ทำให้ pH ที่จุดสมมูลน้อยกว่า 7

เช่น

การไทเทรตกรดแก่ HCl และ เบสอ่อน NH₃ เกิดเกลือ  NH₄Cl

โดยที่ NH₄⁺ เกิดปฏิกิรยาไฮโดรไลซิสแสดงดังนี้คือ       

NH₄⁺  +   H₂O  NH₃   +   H₃O⁺

4. การไทเทรตระหว่างกรดอ่อนและเบสอ่อน เกลือที่เกิดขึ้นมีสมบัติเป็นกรดหรือเบสขึ้นกับปฏิริยา

ไฮโดรไลซิสของไอออนบวกและลบที่มาแตกตัวของเกลือ แต่ไม่เป็นที่นิยมใช้

การเกิดปฏิกิริยาระหว่างกรดและเบสขณะทำการไทเทรตจนถึงจุดสมมูล (Equivalence point) ไม่สามารถสังเกตได้จากสายตา การเลือกใช้อินดิเคเตอร์ในการไทเทรตทำให้สามารถอาศัยการเปลี่ยนสีของสารละลายสังเกตจากสายตา ทั้งนี้เนื่องจากอินดิเคเตอร์ซึ่งส่วนใหญ่ที่มีสมบัติเป็นกรดอ่อน (HIn) เมื่ออยู่ในสารละลายจะเกิดการแตกตัวให้อยู่ในรูปกรดและรูปเบส ทำให้เกิดสีที่แตกต่างกัน

ดังปฏิกิริยา

HIn (aq)[รูปกรด (สี A)] + H₂O(l)  H₃O⁺(aq) + In^- (aq)[รูปเบส (สี B)]

การเห็นสีของสารละลายเนื่องมาจากรูปกรดหรือเบสของอินดิเคเตอร์ชัดเจน ความเข้มข้นของรูป กรดหรือเบสจะต้องมากกว่ากัน 10 เท่า จากสมการการแตกตัวของอินดิเคเตอร์ จะเห็นว่า การเปลี่ยนสีของอินดิเคเตอร์ขึ้นกับความเข้มข้นของ [H₃O⁺]

ดังนั้น การเปลี่ยนสีของสารละลายของอินดิเคเตอร์แต่ละชนิดอยู่ในช่วง pK_a ±1 เมื่อแทนความเข้มข้นของแต่ละรูปของอินดิเคเตอร์เป็น 10 เท่าของอีกรูปในสมการ K_a

สีของรูปเบส

สีของรูปกรด   

การเลือกอินดิเคเตอร์ในการไทเทรตต้องพิจารณาช่วง pH หรือ pK_a ที่ใกล้เคียงกับ pH ที่จุดสมมูล ของการไทเทรต นอกจากการใช้อินดิเคเตอร์ในการหาจุดยุติในการไทเทรต สามารถใช้การวัด pH ในสารละลายโดยตรงด้วยการใช้เครื่องวัด pH (pH meter) ขณะทำการไทเทรต ทำให้ได้กราฟของการไทเทรต

แสดงดังรูป 

รูป แสดงกราฟการไทเทรตของกรด-เบสของ a) กรดแก่-เบสแก่  b) กรดอ่อน-เบสแก่ เมื่อใช้สารละลายไทแทรนด์เป็นกรด c) เบสแก่-กรดแก่ และ d) เบสอ่อน-กรดแก่ เมื่อใช้สารละลายไทแทรนด์เป็นเบส

เมื่อต้องการเลือกใช้อินดิเคเตอร์และพิจารณากราฟของการไทเทรต เช่น การไทเทรตกรดแก่และเบสแก่ pH ที่จุดสมมูล เท่ากับ 7.0

ดังนั้น ควรเลือกใช้ พีนอล์ฟทาลีนที่มีช่วง pH 8.3-10.0 เป็นอินดิเคเตอร์ แต่จากกราฟการไทเทรตพบว่าช่วงการเปลี่ยนแปลง pH บริเวณจุดสมมูลมีความชัน แสดงให้เห็นถึงการเปลี่ยนแปลงปริมาตรของไทแทรนต์เพียงเล็กน้อยมีผลต่อพีเอช ทำให้สามารถเลือกใช้ เมทิลออเรนจ์ที่มีช่วง pH 3.2-4.4 ที่ไม่ใกล้เคียงกับจุดสมมูลมาใช้เป็นอินดิเคเตอร์ได้

ซึ่งต่างจาก การไทเทรตกรดอ่อนและเบสแก่ pH ที่จุดสมมูล > 7.0 ที่ไม่สามารถเลือกใช้เมทิลออเรนจ์ได้

อินดิเคเตอร์ที่นิยมใช้ในการไทเทรตกรด-เบสแสดง ดังตาราง

ตาราง  แสดงช่วงการเปลี่ยนสีของอินดิเคเตอร์ ช่วง pH และ ค่า pK_a ที่นิยมใช้