กรด-เบส (สารละลายบัฟเฟอร์)

12.สารละลายบัฟเฟอร์

               สารละลายบัฟเฟอร์  หมายถึง  สารละลายที่ได้จากการผสมของกรดอ่อนกับคู่เบส ของกรดนั้น  หรือเบสอ่อนกับคู่กรดของเบสนั้น   จะได้สารละลายที่มีไอออนร่วม   
หน้าที่สำคัญของสารละลายบัฟเฟอร์  คือเป็นสารละลายที่ใช้ควบคุม  ความเป็นกรดและเบสของสารละลาย  เพื่อไม่ให้เปลี่ยนแปลงมาก  เมื่อเติมกรดหรือเบสลงไปเล็กน้อย  นั่นคือสามารถ  รักษาระดับ pH ของสารละลายไว้ได้เกือบคงที่เสมอ  แม้ว่าจะเติมน้ำหรือเติมกรดหรือเบสลงไปเล็กน้อย  ก็ไม่ทำให้ pH ของสารละลายเปลี่ยนแปลงไปมากนัก  เราเรียกความสามารถในการต้านทานการเปลี่ยนแปลง pH นี้ว่า  buffer capacity                 สารละลายบัฟเฟอร์มี 2 ประเภท 1)  สารละลายของกรดอ่อนกับเกลือของกรดอ่อน  (Acid buffer solution)        สารละลายบัฟเฟอร์แบบนี้มี pH < 7  เป็นกรด  เช่น
                                                กรดอ่อน  +  เกลือของกรดอ่อนนั้น                                               CH3COOH  +  CH3COONa
                                              HCN  +  KCN
                                              H2S  +  Na2S 
                                              H2CO3  +  NaHCO3
 2)  สารละลายของเบสอ่อนกับเกลือของเบสอ่อน  (Basic buffer solution) 
สารละลายบัฟเฟอร์แบบนี้ มี pH  >  7  เป็นเบส  เช่น
                                                เบสอ่อน  +  เกลือของเบสอ่อนนั้น                                                 NH3  +  NH4Cl
                              NH3  +  NH4NO3
                              Fe(OH)2  +  FeCl2
                              Fe(OH)3  +  FeCl3

กรด-เบส(วิธีเตรียมสารละลายบัฟเฟอร์)

 วิธีเตรียมสารละลายบัฟเฟอร์    1.  เตรียมโดยตรงโดยการผสมกรดอ่อนกับคู่เบสของกรดนั้นหรือผสมเบสอ่อนกับคู่กรดของเบสนั้นก็จะได้เกลือของกรดอ่อนและเกลือของเบสอ่อน
2.  เตรียมจากปฏิกิริยาระหว่างกรดกับเบส ดังนี้
     1)  บัฟเฟอร์กรด  เตรียมโดยใช้กรดอ่อน( แตกตัวบางส่วน )ทำปฏิกิริยากับเบส (แก่หรืออ่อน)
 เช่น  HF(aq)  +  NaOH(aq)  -----------------> NaF(aq)  +  H2O(l)
  ถ้าใช้ HF มากเกินพอ เมื่อเกิดปฏิกิริยาจนสมบูรณ์แล้ว NaOH จะหมดไปจากระบบดังนั้นในระบบจะเป็นสารละลายผสมระหว่าง HF กับ NaF ซึ่งเป็นบัฟเฟอร์กรด (กรดอ่อน+เกลือของมัน)
2)  บัฟเฟอร์เบส  เตรียมโดยใช้เบสอ่อน( แตกตัวบางส่วน )  ทำปฎิกิริยากับกรด  (แก่หรืออ่อน)  เช่น
          HCl(aq)  +   NH4OH(aq)   ---------------->   NH4Cl(aq)  +    H2O(l)  
         ถ้าใช้  NH4OH มากเกินพอ เมื่อเกิดปฏิกิริยาสมบูรณ์แล้ว HCl จะหมดไปจากระบบดังนั้นในระบบจะเป็นสารละลายผสมระหว่าง NH4OH กับ  NH4Cl  ซึ่งเป็นบัฟเฟอร์เบส  (เบสอ่อน + เกลือของมัน)
 การควบคุมค่า pH  ของสารละลายบัฟเฟอร์ 
                ถ้าบัฟเฟอร์มีสาร CH3COO-  กับ CH3COOH  อยู่ในระบบ         ถ้าเติมกรด เช่น HCl ลงไป  H+  ในกรดจะถูกสะเทินด้วยคู่เบสดังนี้
                         CH3COO-  +  H+        ↔       CH3COOH
 ถ้าเติมเบส เช่น  KOH  ลงไป  OH-  ในเบสจะถูกสะเทินด้วยคู่กรณีดังนี้
                            CH3COOH  +  OH-      ↔        CH3COO-  +  H2O     
 สรุปได้ว่า   -  ถ้าเติมกรดลงไป  H+  ในกรดจะถูกสะเทินด้วยเบส
                     -  ถ้าเติมเบสลงไป  OH-  ในเบสจะถูกสะเทินด้วยกรด          
-  กรดแก่  เบสแก่  เป็นบัฟเฟอร์ไม่ได้เพราะสารพวกนี้แตกตัวได้  100% ไม่มีโอกาสเกิดคู่กรดคู่เบส

ชนิดของ Buffer
1.คู่เหมือนไม่ทำปฏิกิริยากัน เช่น CH3COOH กับ CH3COONa
2.บัฟเฟอร์คู่กรด คู่เบส ของกรดอ่อนกับเกลือของกรดอ่อน
3. บัฟเฟอร์คู่กรด คู่เบส ของเบสอ่อนกับเกลือของเบสอ่อนหลักการการดูสารว่าเป็น Buffer หรือไม่ 1.ถ้าไม่ทำปฏิกิริยากัน(คู่เหมือน)ตัดแก่ออกจะต้องมี H+ ต่างกัน 1ตัว
2.ถ้าทำปฏิกิริยากันอ่อนต้องเหลือการดูค่า pH ของ สารละลายBuffer      1.บัฟเฟอร์ที่เกิดจากกรดอ่อนคู่กับเกลือของกรดอ่อน มี pH <7   เป็นกรด
     2.บัฟเฟอร์ที่เกิดจากเบสอ่อนคู่กับเกลือของเบสอ่อน มี pH >7    เป็นเบส

สูตรที่ใช้ในการหาค่า PH และ POH
pHของ Buffer ใช้สูตร
                                            <열ɪ>
                                                                  เมื่อ  A-     = ความเข้มข้นของเกลือ
                                                                          HA   = ความเข้มข้นเริ่มต้นของกรด
pOHของ Buffer ใช้สูตร pOH = -logKb + log [เกลือ]/[เบส]
**** สารละลายบัฟเฟอร์จะมีประสิทธิภาพดีที่สุดเมื่อ [HA] = [A-] ซึ่งจะทำให้ [H+] = Ka ด้วยเหตุนี้จึงเลือกใช้บัฟเฟอร์ที่มีค่า pKaใกล้เคียงกับ pH ที่ต้องการเตรียม****