HCl ก่อน ตามด้วย H2SO4 แล้วจึงเป็น HNO3 MO Memoir : Friday 11 September 2558

"อย่ามองแต่เพียงแค่สิ่งที่ต้องการเห็น แต่ต้องมองสิ่งอื่น ๆ ที่อยู่ร่วมด้วย"

มีคนเคยถามผมว่า "ในการขยายขนาดปฏิกิริยาเคมีที่มีคนทำได้ในห้องทดลองมาเป็นระดับโรงงาน มีปัจจัยใดบ้างที่ต้องพิจารณา" ปัจจัยหนึ่งที่ผมบอกเขาไปก็คือข้อความข้างบน
  

การทดลองในห้องปฏิบัติการมักจะใช้สารเคมีความบริสุทธิ์สูง ผลิตภัณฑ์ที่เกิดจากปฏิกิริยาข้างเคียงนั้นอาจจะน้อยมากจนตรวจไม่พบหรือไม่ก่อให้เกิดปัญหาในการกำจัดหรือการแยก แต่ในการผลิตในระดับอุตสาหกรรมนั้นจะใช้สารเคมีที่มีความบริสุทธิ์ที่ต่ำกว่า ผลิตภัณฑ์ที่เกิดจากปฏิกิริยาข้างเคียงที่ไม่ต้องการจะเกิดขึ้นในปริมาณมาก และก่อให้เกิดปัญหาในกระบวนการต่าง ๆ ตามมา ไม่ว่าจะเป็นการแยกออกจากผลิตภัณฑ์ที่ต้องการ การหาทางใช้ประโยชน์ หรือการกำจัดทิ้ง
  

เพื่อให้เห็นภาพดังกล่าวผมก็เลยยกคำถามง่าย ๆ คำถามหนึ่งในเรื่องพื้นฐานที่ผู้เรียนสายวิทยาศาสตร์นั้นเรียนรู้กันมาตั้งแต่ระดับมัธยมปลาย คือเรื่องการไทเทรตกรด-เบส คำถามก็คือ

"ในการไทเทรตหาความเข้มข้นสารละลายเบสนั้น โดยหลักการแล้วควรใช้กรดแก่ที่แตกตัวให้โปรตอนตัวเดียวเป็นสารมาตรฐ,าน และกรดที่นิยมเลือกใช้คือกรด HCl อันดับรองลงไปคือกรด H₂SO₄ (ที่แตกตัวให้โปรตอนได้สองตัว) ส่วนกรด HNO₃ นั้นแม้ว่าจะเป็นกรดแก่ที่แตกตัวให้โปรตอนได้ต้วเดียว (เช่นเดียวกับdif HCl) กลับไม่เป็นที่นิยมกัน เหตุผลคืออะไร"
  

ถ้าลองค้นทางอินเทอร์เน็ตหรือตำราเคมีวิเคราะห์ในเรื่องเกี่ยวกับการไทเทรตกรด HNO₃ ก็มักจะพบตัวอย่างเกี่ยวกับการหาความเข้มข้นที่แน่นอนของกรด HNO₃ ที่เป็นสารตัวอย่างโดยใช้สารละลายมาตรฐาน NaOH เต็มไปหมด แต่การไทเทรตหาความเข้มข้นที่แน่นอนของสารตัวอย่างที่เป็นเบสโดยใช้สารละลายกรด HNO₃ เป็นสารมาตรฐาน กลับไม่ปรากฏตัวอย่างการไทเทรตดังกล่าว สำหรับผู้ที่เรียนโดยอิงจากสิ่งที่ตำราเขียนไว้ก็คงจะมองไม่เห็นประเด็นนี้ แต่ถ้าเราลองตั้งคำถามาด้วยการเอาหลักการมาเป็นตัวตั้ง (คือใช้กรดแก่ที่แตกตัวให้โปรตอนได้ตัวเดียว) แต่เปลี่ยนตัวอย่าง (ในกรณีนี้คือจาก HCl เป็น HNO₃) เราก็จะมองเห็นปัญหาในสิ่งที่ตำราไม่ได้เขียนไว้

ถ้าเราต้องการไทเทรตหาความเข้มข้นของตัวอย่างที่เป็นเบสด้วยการหยดสารละลายมาตรฐานกรดจากบิวเรตลงไปในสารละลายตัวอย่างนั้น สิ่งที่เราใส่ลงไปในสารละลายตัวอย่างไม่ได้มีเพียงแค่ H⁺ แต่ยังมีส่วนที่เป็นไอออนลบของกรดด้วย และตัวไอออนลบของกรดตัวนี้แหละที่อาจเป็นตัวก่อปัญหา ในกรณีของการไทเทรตกรด-เบสนั้น เราไม่ต้องการให้ส่วนที่เป็นไอออนลบของกรดเข้าร่วมทำปฏิกิริยาใด ๆ (กับทุกสิ่งที่อยู่ในสารละลายที่หยดกรดลงไป) ดังนั้นกรดที่มีไอออนลบที่เฉื่อยจะเป็นตัวที่เหมาะสมมาก และไอออนลบตัวที่เฉื่อยมากที่สุดตัวหนึ่งก็คือ Cl^- และนี่ก็เป็นเหตุผลหนึ่งที่ทำให้นิยมใช้สารละลายกรด HCl เป็นสารมาตรฐานในการไทเทรต SO₄^2- ก็จัดเป็นไอออนลบที่เฉื่อยตัวหนึ่งเช่นกัน
  

ในกรณีของกรด HNO₃ นั้น ส่วนที่เป็นไอออนลบซึ่งคือคือ NO₃^- นั้นไม่ได้เป็นไอออนที่เฉื่อย แต่ยังมีความสามารถในการทำปฏิกิริยาอยู่ด้วย (NO₃^- มันเป็นตัวออกซิไดซ์ตัวหนึ่ง) ด้วยเหตุนี้จึงมีโอกาสที่ NO₃^- จะเข้าทำปฏิกิริยากับสารอื่นที่ปนเปื้อนอยู่ในตัวอย่าง ทำให้ผลการวิเคราะห์ที่ได้นั้นคลาดเคลื่อนไปจากที่ควรเป็น
  

รูปทั้งสองที่นำมาประกอบเป็นบรรยากาศการทำการทดลองในห้องปฏิบัติการเคมีพื้นฐาน ภาควิชาวิศวกรรมเคมี ของนิสิตชั้นปีที่ ๒ วันเวลาที่บันทึกภาพนั้นก็ปรากฏอยู่ในรูปภาพเรียบร้อยแล้ว