สารละลายบัฟเฟอร์ปรับใหม่2564

1

Buffer Solution Banchert Chaimongkol

Sanpatongwittayakom School

Buffer

Solution

Banchert Chaimongkol
Sanpatongwittayakom School

2

Buffer Solution Banchert Chaimongkol

Sanpatongwittayakom School

Buffer solution

 สารละลายบัฟเฟอร เปน สารละลายท่ปี ระกอบดวย สว นผสมของ
 กรดออน กับ เกลือของกรดออ น
 เบสออ น กับ เกลอื ของเบสออ น
 เกลือ กับ เกลอื  ซงึ่ มี สว นทเ่ี ปน สารคกู รดเบสกนั

 คณุ สมบตั ิของบัฟเฟอร สามารถควบคุมการเปลี่ยนแปลงคา pH (เปลย่ี นเลก็ นอย)
เมอ่ื เตมิ กรดแกหรอื เบสแก ในปรมิ าณเลก็ นอ ยลงไป

3

Buffer Solution Banchert Chaimongkol

Sanpatongwittayakom School

 สารละลายบัฟเฟอรใ นธรรมชาติ

Buffer Solutions are used in fermentation, food preservatives, drug
delivery, electroplating, printing, the activity of enzymes, blood oxygen
carrying capacity need specific hydrogen ion concentration (pH).

4

Buffer Solution Banchert Chaimongkol

Sanpatongwittayakom School

การพิจารณา วา สารผสมในขอ ใดเปน สารละลายบฟั เฟอร หรือ ไม

ท่ี องคป ระกอบ 1 องคป ระกอบ 2 เปนหรือไมเ ปน บฟั เฟอร
1
เปนบฟั เฟอร เพราะ
ประกอบดว ยกรดออนกบั

เกลอื ของกรดออ น

CH3COOH กรดออน CH3COONa เกลอื
2
ไมเ ปนบัฟเฟอร เพราะ
ประกอบดว ยกรดแกก บั

เกลอื ของกรดแก

HCl กรดแก NaCl เกลอื
3
เปนบฟั เฟอร เพราะ
ประกอบดวยเบสออ นกับ

เกลือของเบสออ น

NH3 เบสออน NH4Cl เกลอื เปน บฟั เฟอร เพราะ
4 Na2HPO4 เกลือ ประกอบดว ยไอออนทเ่ี ปน

NaH2PO4 เกลือ NaF เกลือ สารคกู รดเบสกนั คอื
5 H2PO4- กบั HPO42-

HCN กรดออ น ไมเ ปน บัฟเฟอร เพราะ
ประกอบดว ยกรดออน แต
ไมใ ชเ กลือของกรดออ น
(ไมเปนสารคกู รดเบสกัน)

5

Buffer Solution Banchert Chaimongkol

Sanpatongwittayakom School

กรณีสารละลายกรดและเบสทำปฏกิ ริ ิยากัน(หรือกรณีปฏิกิรยิ ากับเกลอื )

จะเกดิ สารละลายบัฟเฟอรหรือไม ตอ งเปนกรณีทำปฏกิ ริ ยิ าไมพ อดกี ัน

แนะนำ ใหนกั เรียนใชค วามรเู รือ่ ง โมล เพื่อตรวจเช็ค จาก mol = MV/1000

 สารที่ถูกใชหมด (สารกำหนดปริมาณ)

 สารท่ีเหลือ(สารท่ีมีปรมิ าณมากเกินพอ)

 สารทเ่ี กิดจากปฏกิ ริ ยิ า (สารผลติ ภัณฑ)

กรณีท่ี 1 ปฏกิ ิรยิ าระหวางกรดแกก ับเบสแก จะไมเกดิ คุณสมบตั ขิ องบัฟเฟอรขึ้นเลย

กรณที ี่ 2 ปฏิกิริยาระหวา ง กรดออน กบั เบสแก  จะเปนบัฟเฟอรได เมอื่ กรดออนเหลอื

(มสี ว นที่ hilight)

เชน

CH3COOH + NaOH  CH3COONa + H2O

 0.1 M, 100 ml 0.1 M, 100 mL

เรมิ่ mole 0.01 mole 0.01 mole

หมด หมด เกิดเกลอื 0.01 mole

ดงั น้ันจึงไมม ีคณุ สมบตั บิ ฟั เฟอร

6

Buffer Solution Banchert Chaimongkol

Sanpatongwittayakom School

CH3COOH + NaOH  CH3COONa + H2O

 0.1 M, 100 ml 0.1 M, 50 mL

เริม่ mole 0.01 mole 0.005 mole

เหลือ 0.005 mol หมด เกิดเกลอื 0.005 mole

ดังนัน้ จึงมคี ุณสมบัตบิ ฟั เฟอร

CH3COOH + NaOH  CH3COONa + H2O

 0.1 M, 50 ml 0.1 M, 100 mL

เรม่ิ mole 0.005 mole 0.01 mole

หมด เหลือ 0.005 mole เกดิ เกลือ 0.005 mole

ดงั นัน้ จงึ ไมม ีคณุ สมบัตบิ ฟั เฟอร

 กรณีที่โมลของการทำปฏิกริ ยิ า ไมเ ทากบั 1 ตอ 1 ตอ งพจิ ารณาใหรอบคอบ เชน

2CH3COOH + Ca(OH)2  (CH3COO)2Ca + H2O

 0.1 M, 100 ml 0.1 M, 100 mL

เริม่ mole 0.01 mole 0.01 mole

หมด ใช - 0.005 mole เกดิ เกลอื 0.005 mole

เหลอื 0.005 mole

ดงั น้นั จึงไมม คี ุณสมบตั ิบฟั เฟอร

7

Buffer Solution Banchert Chaimongkol

Sanpatongwittayakom School

2CH3COOH + Ca(OH)2  (CH3COO)2Ca + H2O
เกดิ เกลือ 0.01 mole
 0.1 M, 300 ml 0.1 M, 100 mL

เร่ิม mole 0.03 mole 0.01 mole

ใช -0.02 mole หมด

เหลอื 0.01 mole

ดงั น้ันมีคุณสมบัติบัฟเฟอร

8

Buffer Solution Banchert Chaimongkol

Sanpatongwittayakom School

การคำนวณ คา pH ของสารละลายบัฟเฟอรและการเตรียมสารละลายบฟั เฟอร

กรณี buffer ระบบกรด เชน CH3OOH 0.1 M กับ CH3COONa 0.1 M

 เกลือ CH3COONa แตกตัว 100 %

CH3COONa  CH3COO- + Na+

0.1 M 0.1 M 0.1 M

 กรดออ น CH3COOH แตกตัวเกดิ สมดลุ โดยมี CH3COO- จากเกลอื มารวม

CH3COOH  CH3COO- + H3O+

0.1 M 0.1 M -

ในระบบบฟั เฟอรท่เี กดิ ภาวะสมดลุ

Ka = [CH3COO- ] [H3O+]

[CH3COOH]

[H3O+] = Ka [CH3COOH] [H3O+] = Ka [กรดออ น]

[CH3COO-] [เกลือ]

Take -log  pH = Pka + log [salt]
[acid]

9

Buffer Solution Banchert Chaimongkol

Sanpatongwittayakom School

การคำนวณ คา pH ของสารละลายบัฟเฟอรแ ละการเตรยี มสารละลายบฟั เฟอร

กรณี buffer ระบบเบส เชน NH3 0.1 M กบั NH4Cl 0.1 M

 เกลอื NH4Cl แตกตวั 100 %

NH4Cl  NH4+ + Cl-

0.1 M 0.1 M 0.1 M

 เบสออน NH3 แตกตัวเกิดสมดุล โดยมี NH4+ จากเกลอื มารวม

NH3  NH4+ + OH-

0.1 M 0.1 M -

ในระบบบฟั เฟอรท ่เี กดิ ภาวะสมดลุ

Kb = [NH4+] [OH-]

[NH3]

[OH-] = Kb [NH3] [OH-] = Kb [เบสออ น]

[NH4+] [เกลือ]

Take -log  pOH = Pkb + log [salt]
[base]

10

Buffer Solution Banchert Chaimongkol

Sanpatongwittayakom School

ตวั อยางการคำนวณ pH สารละลายบัฟเฟอร

1. จงคำนวณ pH ของสารละลายบัฟเฟอรซ่งึ ประกอบดว ย
1.1 NH3 0.06 M และ NH4Cl 0.06 M กำหนด Kb ของ NH3 = 1.8 x10-5
วิธกี าร เปน buffer เบส

[OH-] = Kb [NH3] แทนคา [OH-] = 1.8x10-5 x (0.06 M)

[NH4Cl] (0.06 M)

[OH-] = 1.8x10-5 M

pOH = 5-log 1.8

= 5 – 2.6

pOH = 4.74

so that pH = 14-4.74 = 9.26 Ans

1.2 CH3COOH 0.30 M และ CH3COONa 0.30 M
กำหนด Ka ของ CH3COOH= 1.8 x10-5
วิธีการ เปน buffer กรด

[H3O+-] = Ka [CH3COOH] แทนคา [H3O+-] = 1.8x10-5 x (0.30 M)

[CH3COONa] (0.30 M)

[H3O+-] = 1.8x10-5 M

pH = 5 - log 1.8

= 5 – 2.6

pH = 4.74 Ans

11

Buffer Solution Banchert Chaimongkol

Sanpatongwittayakom School

1.3 H2S 0.20 M และ NaHS 0.30 M กำหนด Ka1 ของ H2S= 1.1 x10-7

วิธกี าร เปน buffer กรด

[H3O+-] = Ka [H2S] แทนคา [H3O+-] = 1.1x10-7 x (0.20 M)

[NaHS] (0.30 M)

[H3O+-] = 7.3x10-8

pH = 8 - log 7.3

= 8 – 0.86

pH = 7.14 Ans

1.4 H3PO4 0.25 M และ Na2HPO4 0.15 M
กำหนด Ka1 ของ H3PO4 = 7.5 x10-3
วิธกี าร เปน buffer กรด

[H3O+-] = Ka [H3PO4] แทนคา [H3O+-] = 7.5x10-3 x (0.25 M)

[Na2HPO4] (0.15 M)

[H3O+-] = 7.5x10-3 x 1.67 M = 1.25 x 10-2 M

pH = 2 - log 1.25

= 2 – 0.10

pH = 1.90 Ans

12

Buffer Solution Banchert Chaimongkol

Sanpatongwittayakom School

 การเตรียม สารละลายบฟั เฟอรใ ชค วามสมั พันธ

และ

1. จงหาอตั ราสว นของ HCOONa และ HCOOH ที่ใชใ นการเตรียมสารละลายบฟั เฟอร
pH =4 กำหนด Ka HCOOH = 1.8x10-4
 สารละลายบัฟเฟอร pH = 4 so that  [H3O+] = 1.0x10-4 M

[H3O+] = Ka [HCOOH] แทนคา 1.0x10-4 = 1.8x10-4 x [HCOOH]

[HCOONa] [HCOONa]

ดังน้ัน [HCOONa] = 1.8x10-4 = 1.8 : 1 Ans
[HCOOH] 1.0x10-4

2. อัตราสว นของ NH4Cl : NH3 ท่ีใชใ นการเตรยี มสารละลายบัฟเฟอร pH = 9.0 กำหนด
Kb NH3 = 1.8 x 10-5

pH = 9 ดังน้นั [H3O+] = 1.0x10-9 so that [OH-] = 1.0 x 10-5

จาก [OH-] = Kb x [NH3] แทนคา 1.0x10-5 = 1.8x10-5 [NH3]

[NH4Cl] [NH4Cl]

[NH4Cl] : [NH3] = 1.8 : 1 Ans

13

Buffer Solution Banchert Chaimongkol

Sanpatongwittayakom School

3. ตอ งการเตรยี ม สารละลายบฟั เฟอรท่มี ี pH 5.6 โดยผสมสารละลายกรดอะซิติก
เขมขน 0.30 mol/dm3 กบั สารละลายโซเดียมอะซเิ ตรต 0.30 mol/dm3
จะตอ งผสมสารละลายทงั้ สองในอัตราสวนเทา ใด กำหนด Ka CH3COOH = 1.74x10-5

บัฟเฟอรกรด [H3O+] = Ka [CH3COOH] pH 5.6  [H3O+] = 10-5.6 M
[CH3COONa]
= 2.51x10-6 M

2.51x 10-6 = 1.74x10-5 [CH3COOH]
[CH3COONa]

1.74x10-5 = [CH3COONa] = 6.93
2.51x 10-6 [CH3COOH]

 ดังน้นั อัตราสวนของปรมิ าณเกลอื กับกรด เทา กบั 6.93 : 1

วิธีเตรียมbuffer การเตรียมสารละลายบฟั เฟอร pH 5.6 โดยการผสม

สารละลาย sodium acetate, CH3COONa เขมขน 0.30 mol/dm3 ปรมิ าตร 6.93 mL
ผสมกับ สารละลาย กรด acetic, CH3COOH เขม ขน 0.30 mol/dm3 ปรมิ าตร 1.00 mL

14

Buffer Solution Banchert Chaimongkol

Sanpatongwittayakom School

4. จงคำนวณนำ้ หนกั ของ โซเดยี มอะซเิ ตตทใี่ ชในการเตรียมสารละลายบฟั เฟอร
กรดอะซิตกิ /โซเดียมอะซิเตต ปริมาตร 50 mL pH 4.5 จากสารละลายกรดอะซติ ิก
0.1 mol/dm3 (กำหนด มวลโมเลกลุ CH3COONa = 82 g/mol และ Ka CH3COOH
= 1.75x10-5

จากสตู ร [H3O+] = Ka [CH3COOH] Buffer pH=4.5 [H3O+] = 10-4.5 M

[CH3COONa] = 100.5x10-5 M

100.5 = 3.16 = 3.16x10-5 M

แทนคา 3.16x10-5 = 1.75x10-5 x 0.1

[CH3COONa]

[CH3COONa] = 1.75x10-5 x 0.1 = 0.055 M

3.16x10-5

ตอ งใชสารละลายเกลอื CH3COONa เขม ขน 0.055 mol/dm3

ในสารละลาย 1000 mL นำเกลือ CH3COONa มา 0.055 mol

ดงั น้นั ในสารละลาย 50 mL นำเกลอื CH3COONa มา 0.055x50 mol

1000

= 0.00275 mol CH3COONa

= 0.00275 x 82 g CH3COONa

= 0.2255 g CH3COONa Ans

การเตรียมbuffer โดย ชงั่ 0.2255 g CH3COONa มาละลายในสารละลายกรด CH3COOH
เขม ขน 0.1 mol/dm3 ปรมิ าตร 50 mL

15

Buffer Solution Banchert Chaimongkol

Sanpatongwittayakom School

การเตรียมสารละลายบฟั เฟอรตอ งพจิ ารณาปจ จัยตอ ไปนี้

1. เลอื ก สารทจี่ ะมาเตรยี มบฟั เฟอร ท่เี หมาะสมกับ pH ที่ตองการ โดยพิจารณาคา
pKa ของกรดออน หรือ pKb ของเบสออ น ใหม คี า ใกลเ คยี งกบั pH ท่ีตอ งการ เชน
- ตอ งการเตรยี มสารละลายบฟั เฟอรท ชี่ ว ง pH 4.5 – 5.0 ควรเลอื กใชก รดออ น
ทม่ี คี า pKa ใหใกลเ คยี งมากท่ีสุด เชน
กรด CH3COOH มคี า Ka CH3COOH 1.8x10-5  pKa = 5-log 1.8 = 4.74

จาก pH = pKa + log [salt] buffer ทม่ี ี capacity สงู

[acid] [salt] = [acid]

ดงั น้ัน pH ของบัฟเฟอร = pka ของกรดออ นทใ่ี ช

ตัวอยา งสารละลายบฟั เฟอร

16

Buffer Solution Banchert Chaimongkol

Sanpatongwittayakom School

 กลไกการควบคุม pH ของสารละลายบัฟเฟอร เม่อื เตมิ กรดแกหรอื เบสแกป รมิ าณเลก็ นอ ย

ตวั อยาง1. สารละลายบัฟเฟอร CH3COOH 0.10 M และ CH3COONa 0.10 M

กำหนด Ka ของ CH3COOH= 1.8 x10-5 วิธกี าร เปน buffer กรด

[H3O+] = Ka [CH3COOH] แทนคา [H3O+] = 1.8x10-5 x (0.10 M)

[CH3COONa] (0.10 M)

[H3O+] = 1.8x10-5 M

pH = 5 - log 1.8

= 5 – 2.6

pH = 4.74 Ans

CH3COOH และ CH3COO- ใน buffer เปน ตวั ที่คอยควบคมุ ปรมิ าณ H3O+ และ OH-

 เมอื่ เติมกรดแก HCl ลงไป 0.001 mol  H3O+ = 0.001 mol

Buffer จะสง CH3COO- เขา มาทำปฏิกิริยาดงั สมการ  ตอ งระบสุ มการได

CH3COO- + H3O+  CH3COOH + H2O

ลดลง 0.001 mol เพิ่มข้ึน

0.001 mol 0.001 mol

[H3O+] = Ka [CH3COOH] [CH3COOH] เพิ่มขน้ึ 0.001

[CH3COONa] [CH3COONa] ลดลง 0.001

คำนวณคาpH ใหม จาก pH = 1.8 x 10-5 x 0.101 = 4.73 pH ลดลงเล็กนอย

0.099

17

Buffer Solution Banchert Chaimongkol

Sanpatongwittayakom School

 เมอ่ื เติมเบสแก NaOH ลงไป 0.001 mol  OH- = 0.001 mol

Buffer จะสง CH3COOH เขามาทำปฏกิ ิริยาดังสมการ  ตอ งระบสุ มการได

CH3COOH + OH-  CH3COO- + H2O

ลดลง 0.001 mol เพ่มิ ขน้ึ

0.001 mol 0.001 mol

[H3O+] = Ka [CH3COOH] [CH3COOH] ลดลง 0.001

[CH3COONa] [CH3COONa] เพิม่ ขนึ้ 0.001

 คำนวณคาpH ใหม จาก pH = 1.8 x 10-5 x 0.099 = 4.75 pH เพมิ่ ขน้ึ เลก็ นอย

0.101

18

Buffer Solution Banchert Chaimongkol

Sanpatongwittayakom School

 บฟั เฟอรเบส

ตัวอยาง2 . สารละลายบฟั เฟอรเบส NH3 0.10 M และ NH4Cl 0.10 M
กำหนด Kb ของ NH3= 1.8 x10-5

[OH-] = Kb [NH3] แทนคา [OH-] = 1.8x10-5 x (0.10 M)

[NH4Cl] (0.10 M)

[OH-] = 1.8x10-5 M

pOH = 5 - log 1.8

= 4.74

pOH = 14 – 9.26 = Ans

NH3 และ NH4+ ใน buffer เปน ตวั ทีค่ อยควบคุมปรมิ าณ H3O+ และ OH-

 เมื่อเติมกรดแก HCl ลงไป 0.001 mol  H3O+ = 0.001 mol

Buffer จะสง NH3 เขา มาทำปฏกิ ริ ยิ าดังสมการ  ตอ งระบสุ มการได

NH3 + H3O+  NH4+ + H2O

ลดลง 0.001 mol เพ่มิ ขนึ้

0.001 mol 0.001 mol

[OH-] = Kb [NH3] [NH3] ลดลง 0.001

[NH4Cl] [NH4Cl] เพิม่ ขนึ้ 0.001

คำนวณคา pH ใหม จาก pOH = 1.8 x 10-5 x 0.099 = 4.75  pH = 9.25

0.101 ลดลงเลก็ นอย

19

Buffer Solution Banchert Chaimongkol

Sanpatongwittayakom School

 เม่อื เตมิ เบสแก NaOH ลงไป 0.001 mol  OH- = 0.001 mol

Buffer จะสง NH4+ เขามาทำปฏิกริ ยิ าดังสมการ  ตอ งระบุสมการได

NH4+ + OH-  NH3 + H2O

ลดลง 0.001 mol เพิม่ ข้ึน

0.001 mol 0.001 mol

[OH-] = Kb [NH3] [NH3] เพม่ิ ข้นึ 0.001

[NH4Cl] [NH4Cl] ลดลง 0.001

 คำนวณคา pH ใหม จาก pOH = 1.8 x 10-5 x 0.101 = 4.73  pH = 9.27

0.099 เพ่มิ ข้นึ เลก็ นอ ย