8 .1 Қышқыл-негіздік индикаторлар

Қышқыл-негіздік индикаторлар- әлсіз органикалық қышқылдар не негіздер. Олардың иондары мен молекулалары әр түрлі түсті болады(боялады).

Егер қышқыл индикаторды HInd деп, негіз индикаторды IndOH деп белгілесек:

HInd↔ H⁺ + Ind^- - лакмус

NaOH қосса → қызыл түс көкке; HCl қосса,көк түс қызылға ауысады, сондықтан лакмустің судағы ерітіндісі күлгін түсті (қызыл+көк).

Егер индикатордың ионы да, молекуласы да боялатын болса, ондай индикаторларды екі түсті деп атайды, егер не молекуласы, не ионы ғана боялатын болса, ондай индикаторлар бір түсті деп аталады.

Сонымен, индикаторлардың молекуласы мен иондарының әр түсті болғандығы, олардың түсінің ерітіндінің рН-на байланысты өзгеретіндігін түсіндіреді

Сонымен, қышқылдық индикатор үшін HInd↔ H⁺ + Ind^-, негіздік индикатор үшін IndOH Ind⁺ + OH^- тепе-тендіктерін жазуға болады. Бұл тепе-теңдіктер үшін әрекеттесуші массалар заңын қолданса,

К_дисс =[ H⁺][ Ind^-]/[ HInd], К_дисс =[ Ind⁺][ OH^- ]/ [ IndOH^- ]

Қышқылдық индикаторлардың молекулалары қышқыл ортада, ал сілтілік ортада ион күйінде Ind^- жүретіндіктен [ Ind^-] – сілтілік түрі (С_с.т) [ HInd] – қышқылдық түрі (С_қ.т) деп белгілесе: К_дисс =[ H⁺] С_с.т / С_қ.т, одан

[ H⁺]= С_қ.т/ С_с.т рН = рК - lg С_қ.т/ С_с.т (1) рК = - lgК – индикатор көрсеткіші.

Әр индикатор үшін рК – тұрақты шама, тек температураға байланысты ғана өзгереді. Олай болса, ерітіндінің рН-ның өзгерісі С_қ.т/ С_с.т қатынасы өзгеруіне әкеледі, яғни индикатор түсі өзгереді, себебі оның молекуласы мен ионының түсі әр түрлі. Адамның көзі индикатордың түсінің өзгергенін С_қ.т мен С_с.т екеуінің концентрациялары бір-бірінен тек он есеге айырмашылығы болса ғана, ажырата алады.

рН₁ = рК- lg10/1 = рК-1; рН₂ = рК- lg1/10 = рК+1

Сонымен, индикатор түсі кез-келген ерітіндінің рН-ның өзгерісіне байланысты өзгермейді, тек индикатордың өзгеру интервалында ғана түсін өзгертеді, яғни мынандай формула қолданылады рН = рК1 .

Мысалы, фенолфталеиннің К_дисс =10^-9 , яғни рК=9. Олай болса, оның түсі рН = 9+1 не рН = 9 – 1, яғни 8-10-да арасында, яғни рН = 8-10-да өзгереді. Практикада индикатордың көрсеткіші деген түсінік қолданылады. Ол индикатор түсі өзгеретін интервал ортасына сәйкес келеді, мысалы ол фенолфталеин үшін рТ = 9. Неге индикаторлардың молекуласы және ионы әр түрлі түске боялады? Оған индикаторлардың хромофорлық теориясы жауап береді. Бұл теория бойынша органикалық қосылыстар, яғни индикаторлардың түсінің өзгеруі – олардың молекуласының құрылысына байланысты, яғни олардың молекулаларында хромофорлар деген ерекше атомдық топтар болады, солардың молекула ішінде құрылыстарының өзгертуіне байланысты индикатор түсі де өзгереді. Мысалы, метилоранж (м.о.) формуласы: (СН₃)₂ N - N=N- SO₃^- (Ind^-) +H₂O pH>7 сары

(СН₃)₂ N⁺ = N-NH-SO₃^- (HInd ) +OH^- pH<7 қызыл

Титриметриялық әдістің нәтижесінің дұрыс болуы индикаторды дұрыс таңдағанда көп байланысты. Ол үшін: 1) индикатордың рТ-сы эквивалент нүкте болатын рН-тың мәніне жақын болуы керек; 2) индикатордың түсі өзгеретін интервал шамасы титрлеу шегіне өте жақын болуы керек не соның мәніне кіруі керек; 3) индикаторлардың өздеріде қышқыл не негіз болғандықтан қышқыл-негіздік титрлеу кезінде оның көп мөлшерін алуға болмайды, себебі титранттың артық мөлшері жұмсалуы мүмкін, сондықтан 1-2 тамшы ғана тамызу керек және параллель жүргізілген тәжірибелерде әрқашан индикатордың бірдей мөлшерін алу керек;

4)индикатор концентрациясы да оның түсіне әсер етеді.

Егер осы талаптар орындалмаса, анализ нәтижесінде қате кетуі мүмкін, ондай қателерді индикаторлық қате деп атайды. Оны анықтау үшін мынандай формулалар қолданылады:

∆Н⁺ =10^-рТ V₂ /C_н V₁ 100% - титрлеудің сутектік қатесі, егер күшті қышқыл аяғына дейін титрленбесе, не әлсіз не күшті негіздерді күшті қышқылмен артық титрлесе.

∆ОН^- =10^{-(14- рТ)} V₂ / C_н V₁100% - титрлеудің гидроксильдік қатесе, егер күшті негіз аяғына дейін титрленбесе не күшті не әлсіз қышқыл күшті негізбен артық титрленсе.

∆_НА =10^{рК – рТ} /1+10^{рК – рТ} 100% -қышқылдық қате, егер әлсіз қышқыл НА молекуласы аяғына дейін титрленбесе.

∆_МОН = 10^{рК + рТ-14}/ 1+10 ^{рК + рТ-14}100% -сілтілік қате, егер әлсіз негіз МОН молекуласы аяғына дейін титрленбесе.

V₁ – титрлеуге алынған анализге түсетін заттың көлемі ,мл;

V₂ –титрлеудің аяғындағы ерітінді көлемі,мл;

Сн – анализге түсетін заттың нормальды концентрациясы;

рК – әлсіз электролиттің диссоциация константасы;

рТ – индикатор көрсеткіші. Мысалы:

1. 0,1н құмырсқа қышқылын 0,1н NaOH титрлегенде м.о. индикаторын қолданған. Оның рТ=4 болса, рН = 8,22 эквивалент нүктеде (э.н.), олай болса, титрлеу рН=4-те бітеді, сондықтан титрленбеген НСООН ерітіндіде қалады. Сонда қышқылдық қате ∆_НА =10^3,75-4 /1+10^3,75-4 100=64%, рК = 3,75.

2. Ал егер индикатор ретінде фенолфталеин қолданылса, рТ=9, онда э.н. үшін рН=8,22 болғандықтан әлсіз қышқыл аяғына дейін титрленбеді, олай болса, гидроксильдік қате кетеді, ол 0,022% болады.