2.4. Кислотно-основные индикаторы

Индикаторы – химические вещества, изменяющие свое строение и физические свойства при изменении свойств среды.

Кислотно-основные индикаторы – это слабые органические кислоты или основания, изменяющие свой цвет в зависимости от кислотности среды (рН). Изменение окраски индикатора обусловлено тем, что одновременно с присоединением или отдачей протона происходит существенное изменение химической структуры (формы) молекулы или иона индикатора. При этом исчезают старые и (или) появляются новые хромофорные группы, обусловленные образованием системы сопряженных -связей.

Метилоранж (метиловый оранжевый) – из группы азосоединений.

Основная желтая форма с хромофорной азогруппой рН  4,0

Кислая красная форма с хиноидной хромофорной группой рН  3,1

Известно более 200 кислотно-основных индикаторов, относящихся к различным классам органических соединений (в основном групп трифенилметана и азосоединений). Одноцветные и двухцветные индикаторы.

В общем виде можно представить равновесие двух форм индикатора в растворе:

HInd = H⁺ + Ind^-

(цвет 1) (цвет 2)

,

где – показатель индикатора.

В случае равенства [HInd] = [Ind^-], значение рН = рК_HInd. При данном значении рН наблюдается смешанная окраска. Из эмпирических (физиологических) данных следует, что если окраска обеих форм равноинтенсивна и восприятие глазом обеих окрасок одинаково, то

при [Ind^-]  0,1[HInd] воспринимается чистая окраска [HInd];

при [Ind^-]  10[HInd] воспринимается чистая окраска [Ind^-].

Следовательно, в интервале рН = (рК_HInd  1), который называется интервалом перехода, происходит постепенное изменение цвета индикатора.

В зависимости от интенсивности окраски и цвета форм индикатора, значение рН, при котором переход цвета наиболее отчетлив, может отличаться от рК_HInd. Именно это значение называется показателем титрования рТ. Так для метилоранжа рК_HInd = 3,5, а рТ = 4,0.

Обычно четкий переход окраски индикатора наблюдается в интервале рН = рТ  (0,30,5).

Выбор индикатора (общие требования).

1. Цвет разных форм индикатора (при различных рН) должен ясно отличаться. Лучшие цветовые переходы: красный – зеленый и фиолетовый – желтый, т.е. два дополнительных цвета, которые при смешивании дают нейтральный серый цвет. Для улучшения цветового перехода используют смешанные индикаторы с дополнительным красителем.

2. Показатель титрования рТ индикатора должен быть близок к рН_ТЭ соответствующей реакции титрования, т.е. лежать в области рН скачка титрования.

3. Индикатор должен давать интенсивное окрашивание раствора при его малом содержании (~ 10^-4–10^-5 моль/л). Для того чтобы обеспечить погрешность титрования  1% содержание индикатора в растворе должно быть как минимум в 100 раз меньше, чем концентрация определяемого протолита: С_HInd  0,01C_A. Если, например, титруется сильная кислота, а концентрация HInd высока, то фактически титруется смесь двух кислот, кривая титрования усложняется (см. рис. 2.3 раздел 2.6.1).

4. Индикаторы должны быть доступны, хорошо растворимы в воде, устойчивы к свету и воздуху, желательна обратимость окраски.

Следует отметить, что на поведение индикатора в растворах влияет ряд факторов, которые необходимо учитывать: присутствие посторонних электролитов, характер и природа растворителя, температура, окислительно-восстановительные реакции с участием индикатора (метилоранж может окисляться азотной кислотой, образуя бесцветную форму) и т.д.