3.2. Визначення точки еквівалентності в методі нейтралізації

Кислотно-основні індикатори

Індикатори, які використовують у методі нейтралізації, є органічні речовини, що мають властивості слабких кислот або основ, у яких недисоційовані молекули та іони, що утворюються при дисоціації цих молекул, мають різне забарвлення.

Наприклад, забарвлення молекул метилового червоного, що мають основну природу, жовте, а іонів (катіонів) – червоне; молекули фенолфталеїну, у яких кисла природа, безбарвні, а іони (аніони) – малинові, У методах нейтралізації найчастіше використовують індикатори, що є слабкими кислотами. У водних розчинах цих індикаторів існує рівновага:

HInd H⁺ + Ind‾.

Використовуючи закон діючих мас для хімічної рівноваги, записуємо константу дисоціації індикатора:

. (3.1)

Рівняння (3.1) можна перетворити:

. (3.2)

З рівняння (3.2) випливає, що відношення молярних концентрацій молекулярної та іонної форми індикатора (при постійній температурі) залежить тільки від молярної концентрації іонів водню. При великій концентрації іонів водню (у кислому розчині) переважає молекулярна форма індикатора (HInd), яка визначає забарвлення розчину. У лужному середовищі (при малій концентрації іонів водню) переважає іонна форма індикатора (Ind‾), і саме вона зумовлює забарвлення розчину. Тому, наприклад, фенолфталеїн, що має кислу природу, молекули якого безбарвні, у кислому розчині безбарвний, а у лужному – малиновий, бо його іони мають малинове забарвлення.

При певному співвідношенні концентрацій молекулярної та іонної форм індикатора розчин може набувати перехідне (проміжне) забарвлення. Наші очі мають обмежену здатність до сприйняття забарвлення і, як правило, перестають помічати присутність однієї з забарвлених форм індикатора, якщо концентрація її у 10 разів менша, ніж концентрація іншої форми. Тому зміна забарвлення будь-якого індикатора стає помітною для очей не при всякій зміні рН, а лише в певному проміжку рН, який називають інтервалом переходу індикатора. Інтервал переходу індикатора – проміжок рН, в якому стає помітною для очей зміна забарвлення індикатора.

Для визначення меж інтервалу рН, в якому індикатор помітно для очей змінює забарвлення, необхідно прологарифмувати рівняння (3.2):

. (3.3)

Враховуючи, що – lg[H⁺] = pH, а – lgK = pK, можна записати:

.

Значення рН, при якому стає помітною для очей забарвлення молекулярної форми індикатора, знаходять за умов, що : . Значення рН, при якому зникає помітно для очей забарвлення іонної форми індикатора, знаходять за умов, що : .

Таким чином, зміна забарвлення індикатора помітна для очей відбувається в інтервалі рН від рК –1 до рК +1, тобто при зміні на дві одиниці: рН = рК ± 1; середина цього інтервалу – при рН = рК.

Наприклад, інтервал переходу фенолфталеїну лежить у межах значень рН (8 – 10). При цьому до рН = 8 спостерігається забарвлення молекулярної форми фенолфталеїну (розчин безбарвний), а починаючи з рН = 10, – забарвлення тільки іонної форми (розчин малиновий). В інтервалі рН 8÷10 безбарвний розчин стає рожевим.

У методах нейтралізації найбільш часто використовують такі індикатори: метиловий червоний (інтервал переходу 4,2 – 6,2), фенолфталеїн (інтервал переходу 8 – 10).

Для правильного підбору індикатора в методі нейтралізації недостатньо тільки знати інтервал переходу індикатора, необхідно також мати відомості про зміну рН розчину під час титрування. Це питання вирішують за допомогою кривих титрування.