Индикаторы кислотно-основного титрования

Реакция кислоты с основанием (реакция нейтрализации) не сопровождается внешним эффектом, поэтому момент окончания реакции (точку эквивалентности) устанавливают с помощью индикаторов.

Индикаторами кислотно-основного титрования являются слабые органические кислоты или основания, молекулы и ионы которых имеют различную окраску.

Индикаторы, отдающие протоны, называются кислотными индикаторами.

Они диссоциируют по схеме:

H Jnd H⁺ + Jnd^–

^{донор протона}

Индикаторы, присоединяющие протоны, называются основными индикаторами.

Они диссоциируют по схеме:

J ndOH + H⁺ Jnd⁺ + H₂O

^{акцептор протона}

Согласно ионно-хромофорной теории, молекулы кислотно-основных индикаторов содержат носители цветности (хромофоры) – особые группы с сопряженными двойными связями и неподеленными парами электронов: =С=О; –N=N– и др.

Если индикатор одноцветный, то у него окрашенной является одна форма, а другая является бесцветной.

У фенолфталеина бесцветной является молекулярная форма, а ионная форма - малиновая:

H Jnd H⁺ + Jnd^–

^{бесцветный малиновый}

У двухцветных индикаторов окрашены обе формы. Например, у метилового оранжевого молекулярная форма имеет красный цвет, а ионная – желтый. При нейтрализации происходит постепенное изменение pH среды, постепенный переход молекулярной формы в ионную, поэтому постепенно изменяется окраска раствора. Человеческий глаз способен заметить изменение окраски, если концентрация ионной формы в 10 раз (и более) превысит концентрацию молекулярной формы.

Интервал значений pH, в котором индикатор изменяет свою окраску, называется областью перехода окраски индикатора.

Чем меньше область перехода, тем выше его качество.

Внутри области перехода находится значение pH, при котором наблюдается резкое, отчетливое изменение окраски индикатора. Это значение pH называется показателем титрования и обозначается pT.

Таблица 9

Кислотно-основные индикаторы

Индикатор	pKинд= –lgKинд	Область перехода pH	Показатель титрования pT	Окраска молекулярной формы	Окраска ионной формы
Метиловый оранжевый	3,6	3,1-4,4	4,0	красная	желтая
Фенолфталеин	9,1	8,0-10,0	9,0	бесцветная	малиновая
Лакмус	8,0	5,0-8,0	7,0	красная	синяя

При работе с индикаторами следует иметь в виду, что на интервал перехода окраски индикатора влияет температура, присутствие нейтральных электролитов, концентрация индикатора.

Переход окраски индикатора может не совпадать с точкой эквивалентности, т.е. с концом реакции. Если окраска индикатора изменилась раньше точки эквивалентности, то раствор будет недотитрован, если позже – перетитрован.

Таким образом, могут возникнуть систематические погрешности, называемые индикаторными погрешностями. Их можно рассчитать и внести поправку в результат анализа.

Кривые титрования. Выбор индикатора

При проведении кислотно-основного титрования в точке эквивалентности заканчивается реакция между кислотой и основанием, и образуются продукты реакции – соль и вода.

Если образовавшаяся соль не подвергается гидролизу, то раствор продукта реакции в точке эквивалентности будет нейтральным (pH=7). Это имеет место, если сильную кислоту титровали сильным основанием и продуктом реакции является соль, образованная катионом сильного основания и анионом сильной кислоты, которая не гидролизуется.

Но если сильным основанием титровали слабую кислоту, то образуется соль, которая гидролизуется по аниону слабой кислоты, в результате чего возникает щелочная среда.

Если сильной кислотой титровали слабое основание, то образуется соль, которая гидролизуется по катиону слабого основания, в результате чего возникает кислая среда.

В таких случаях титрование заканчивают не при pH=7, а при значениях pH, соответствующих реакции раствора образовавшейся соли (больше 7 или меньше 7).

При проведении титрования следует правильно выбрать индикатор, учитывая интервал перехода и показатель индикатора.

Выбор индикатора осуществляется с помощью кривых титрования.

Кривая кислотно-основного титрования – это графически изображенная зависимость pH раствора от объема прибавленного титранта.

Вблизи точки эквивалентности происходит резкое изменение pH раствора, которая называется скачком титрования.

Начало скачка титрования – это значение раствора, в который добавлено 99,9% объема титранта, необходимого для достижения точки эквивалентности.

Конец скачка титрования – это значение pH раствора, в который добавим избыток титранта, равный 0,1%.

Скачок титрования зависит от природы взаимодействующих кислоты и основания, а также от их концентраций и температуры.