การไทเทรต (titration) เป็นกระบวนการวิเคราะห์ทางเคมีเพื่อคำนวณหาปริมาณกรดและเบสที่ทำปฏิกิริยาพอดีกัน แล้วนำไปคำนวณหาความเข้มข้นของกรดหรือเบสที่ต้องการทราบ ซึ่งการหาปริมาณกรดหรือเบสที่ไม่ทราบค่าความเข้มข้น ทำได้โดยการนำมาทำปฏิกิริยากับสารละลายมาตรฐานที่ทราบความเข้มข้น ซึ่งอาจเป็นสารละลายกรดหรือสารละลายเบสก็ได้ ซึ่งในการทดลองจะพิจารณาจุดยุติ ซึ่งหมายถึง จุดที่อินดิเคเตอร์เปลี่ยนสี ส่วนจุดสมมูล คือ จุดที่สารละลายกรดและเบสทำปฏิกิริยาพอดีกัน โดยจุดสมมูลมจะมีค่าใกล้เคียงจุดยิตุเมื่อเลือกใช้อินดิเคเตอร์ที่เหมาะสมในการไทเทรต

ในการทำปฏิกิริยาระหว่าง HCl และ NaOH ในตอนเริ่มต้นปฏิกิริยา สารละลาย HCl มีสมบัติเป็นกรด เมื่อหยดฟีนอล์ฟทาลีนลงไปจึงไม่เกิดการเปลี่ยนสี แต่เมื่อหยด NaOH ลงไป OH- จาก NaOH จะไปทำปฏิกิริยากับ H3O+ จาก HCl ส่งผลให้ pH ของสารละลายเพิ่มขึ้นเรื่อย ๆ จนในตอนท้ายของปฏิกิริยา อินดิเคเตอร์จะเปลี่ยนเป็นสีชมพูอ่อน เรียกภาวะนี้ว่า จุดยุติ (end point) หรือจุดที่สิ้นสุดการทดลอง ซึ่งจะทราบปริมาตรของ NaOH ที่ทำปฏิกิริยาพอดีกับ HCl

จากปฏิกิริยาสามารถคำนวณหาความเข้มข้นของสารละลายกรดที่ไม่ทราบค่า โดยเทียบหาเนื้อโมลของเบสและกรดที่เข้าทำปฏิกิริยาเคมีกัน โดยใช้ความสัมพันธ์ ดังนี้

            mol        =      CV
  1000

mol    =    จำนวนโมลของกรดหรือเบส

C    =    ความเข้มข้นของกรดหรือเบส มีหน่วยเป็น โมล/ลูกบาศก์เดซิเมตร (mol/dm3)

V    =    ปริมาตรของกรดหรือเบส มีหน่วยเป็นลูกบาศก์เซนติเมตร (cm3)

ปฏิกิริยาที่เกิดขึ้นระหว่างสารละลาย HCl และสารละลาย NaOH เป็นดังนี้

        HCl (aq)  +  NaOH (aq)------> NaCl (aq)  +  H2O (l)

จากสมการ จะเห็นว่า สารละลาย HCl 1 โมล ทำปฏิกิริยาพอดีกับสารละลาย NaOH 1 โมล ดังนั้น จะได้ว่า

                CกรดVกรด    =    Cเบส Vเบส
  1000              1000

สำหรับปฏิกิริยาข้างต้นเป็นวิธีหาปริมาณของสารในสารละลายตัวอย่าง โดยให้ทำปฏิกิริยากับสารละลายที่ทราบความเข้มข้น และวัดปริมาตรของสารละลายทั้งสองที่ทำปฏิกิริยากันพอดี กระบวนการหาปริมาณของสารโดยวิธีการนี้ เรียกว่า การไทเทรต และการทดลองดังกล่าวใช้การเปลี่ยนสีของอินดิเคเตอร์ในการระบุจุดยุติของการไทเทรต

ในการไทเทรตจำเป็นต้องทราบความเข้มข้นของสารละลายหนึ่ง แล้วคำนวณหาความเข้มข้นของสารละลายอีกชนิดหนึ่ง ซึ่งเรียกสารละลายที่ทราบความเข้มข้นแน่นอนนี้ว่า สารละลายมาตรฐาน นอกจากนี้ ต้องการทราบภาวะที่กรดกับเบสทำปฏิกิริยาพอดีกัน ซึ่งพิจารณาจากการเปลี่ยนสีของอินดิเคเตอร์ที่เติมลงไป ดังนั้น การเลือกใช้อินดิเคเตอร์ที่เหมาะสมจะช่วยให้การไทเทรตได้ผลที่ถูกต้องมากที่สุด

การไทเทรตระหว่างสารละลาย HCl กับสารละลาย NaOH จะเกิดสารละลาย NaCl และ H2O เป็นผลิตภัณฑ์ โดยภาวะที่กรดกับเบสทำปฏิกิริยากันพอดี เรียกว่า จุดสมมูล (equivalent point) และจากผลิตภัณฑ์ที่เกิดขึ้น คือ สารละลาย NaCl ซึ่งมีสมบัติเป็นกลาง ดังนั้น เมื่อสิ้นสุดการไทเทรตสารละลายผสมจึงควรมี pH เท่ากับ 7 แต่จากปฏิกิริยาพบว่า ที่จุดยุติซึ่งเป็นภาวะที่อินดิเคเตอร์ คือ ฟีนอล์ฟทาลีน เปลี่ยนสี มีค่า pH มากกว่า 8.3

ในการไทเทรตกรดกับเบสจะต้องทราบจุดที่กรดและเบสทำปฏิกิริยาพอดีกัน หรือจุดสมมูล ซึ่งสามารถติดตามได้โดยใช้อินดิเคเตอร์ช่วยบอกจุดยุติของการไทเทรต ดังนั้น จึงจำเป็นต้องเลือกใช้อินดิเคเตอร์ให้เหมาะสม เพื่อให้ pH ที่จุดยุติและจุดสมมูลมีค่าใกล้เคียงกันมากที่สุด 

ซึ่งหากเป็นการไทเทรตกรดอ่อนกับเบสแก่ ถ้าใช้กรดอ่อนเข้มข้น 0.1 โมล/ลูกบาศก์เดซิเมตร ปริมาตร 10 ลูกบาศก์เซนติเมตร จะทำปฏิกิริยาพอดีกับสารละลายเบสแก่ เข้มข้น 0.1 โมล/ลูกบาศก์เดซิเมตร ปริมาตร 10 ลูกบาศก์เซนติเมตร ได้สารละลายที่มีสมบัติเป็นเบส และ pH ที่จุดสมมูลมีค่าประมาณ 8.7

ในการไทเทรตกรดและเบสคู่นี้ เมื่อใช้ฟีนอล์ฟทาลีนเป็นอินดิเคเตอร์ สารละลายจะเปลี่ยนสีที่ค่า pH 8.3 – 10.0 เมื่อถึงจุดยุติใช้สารละลายเบสแก่ ประมาณ 9.8 ลูกบาศก์เซนติเมตร แต่เมื่อใช้เมทิลออเรนจ์เป็นอินดิเคเตอร์ สารละลายจะเปลี่ยนสีที่ค่า pH 3.2 – 4.4 เมื่อถึงจุดยุติใช้สารละลาย NaOH ไปประมาณ 3.6 ลูกบาศก์เซนติเมตร แสดงว่า การใช้ฟีนอล์ฟทาลีนเป็นอินดิเคเตอร์จะสามารถบอกจุดยุติได้ใกล้เคียงกับจุดสมมูลมากกว่า ดังนั้น ฟีนอล์ฟทาลีนจึงเป็นอินดิเคเตอร์ที่เหมาะสมมากกว่าในการไทเทรตกรดกับเบสคู่นี้

การเลือกใช้อินดิเคเตอร์ที่เหมาะสมสำหรับการไทเทรตกรด - เบส ต้องเลือกใช้อินดิเคเตอร์ที่มีการเปลี่ยนสีของ pH ในช่วงที่กราฟการไทเทรตมีความชันมากที่สุด ตัวอย่างเช่น การไทเทรตกรดแก่ด้วยเบสแก่ เช่น HCl กับ NaOH ซึ่งพบว่า หากนำไปวาดกราฟจะได้กราฟที่มีช่วงความชันมากที่สุดมีค่า pH 3 – 11 จึงสามารถเลือกอินดิเคเตอร์ที่เปลี่ยนสีในช่วง pH 3 – 11 ได้หลายชนิด ได้แก่ เมทิลออเรนจ์ (ช่วง pH 3.2 – 4.4) เมทิลเรด (ช่วง pH 4.2 – 6.3) โบรโมไทมอลบลู (ช่วง pH 6.0 – 7.6) และฟีนอล์ฟทาลีน (ช่วง pH 8.3 – 10.0) 

การไทเทรตระหว่างกรดและเบสในรูปแบบต่าง ๆ แบ่งเป็น

1. การไทเทรตระหว่างกรดแก่กับเบสแก่ : ที่จุดสมมูล pH ของสารละลายมีค่าประมาณ 7 ความชันของกราฟมีค่า pH 3 - 11 เลือกใช้อินดิเคเตอร์ที่เปลี่ยนสีในช่วงนี้ได้หลายชนิด คือ เมทิลออเรนจ์ เมทิลเรด โบรโมไทมอลบลู และฟีนอล์ฟทาลีน

2. การไทเทรตระหว่างกรดอ่อนกับเบสแก่ : ที่จุดสมมูล pH ของสารละลายมีค่ามากกว่า 7 ความชันของกราฟมีค่า pH 7 - 11 เลือกใช้อินดิเคเตอร์ที่เปลี่ยนสีในช่วงนี้ได้ คือ ฟีนอล์ฟทาลีน 

3. การไทเทรตระหว่างกรดแก่กับเบสอ่อน : ที่จุดสมมูล pH ของสารละลายมีค่าน้อยกว่า 7 ความชันของกราฟมีค่า pH 3 - 7 เลือกใช้อินดิเคเตอร์ที่เปลี่ยนสีในช่วงนี้ได้ คือ เมทิลออเรนจ์ เมทิลเรด

ปิตุพร  พิมพาเพชร