هنگام انجام یک فرآیند شیمیایی، نظارت بر شرایط برای سیر واکنش یا تعیین دستیابی به تکمیل آن بسیار مهم است. گاهی اوقات می توان این را با برخی از علائم خارجی مشاهده کرد: توقف تکامل حباب های گاز، تغییر رنگ محلول، بارش، یا برعکس، انتقال یکی از اجزای واکنش به محلول و غیره. در مواردی، از معرف های کمکی برای تعیین پایان واکنش استفاده می شود که اصطلاحاً اندیکاتور نامیده می شود که معمولاً در مقادیر کم وارد محلول تجزیه و تحلیل می شوند.

شاخص هاترکیبات شیمیایی نامیده می شوند که می توانند رنگ محلول را بسته به شرایط محیطی تغییر دهند، بدون اینکه تأثیر مستقیمی بر محلول آزمایش و جهت واکنش داشته باشند. بنابراین، نشانگرهای اسید-باز بسته به pH محیط تغییر رنگ می دهند. شاخص های ردوکس - از پتانسیل محیط. شاخص های جذب - در مورد میزان جذب و غیره.

شاخص ها به ویژه در عمل تحلیلی برای تجزیه و تحلیل تیتریمتری به طور گسترده مورد استفاده قرار می گیرند. آنها همچنین به عنوان مهمترین ابزار برای کنترل فرآیندهای فناوری در صنایع شیمیایی، متالورژی، نساجی، مواد غذایی و سایر صنایع هستند. در کشاورزی به کمک شاخص ها، تجزیه و تحلیل و طبقه بندی خاک ها انجام می شود، ماهیت کودها و مقدار مورد نیاز آنها برای استفاده در خاک مشخص می شود.

تمیز دادن نشانگرهای اسید-باز، فلورسنت، ردوکس، جذب و نورتابی شیمیایی.

اندیکاتورهای اسید و باز (PH).

همانطور که از تئوری تفکیک الکترولیتی مشخص است، ترکیبات شیمیایی حل شده در آب به یون های دارای بار مثبت - کاتیون ها و بار منفی - آنیون ها تجزیه می شوند. آب همچنین به میزان بسیار کمی به یون های هیدروژن با بار مثبت و یون های هیدروکسیل با بار منفی تجزیه می شود:

غلظت یون های هیدروژن در محلول با علامت نشان داده می شود.

اگر غلظت یون های هیدروژن و هیدروکسید در محلول یکسان باشد، چنین محلول هایی خنثی هستند و pH = 7. در غلظت یون های هیدروژن مربوط به pH از 7 تا 0، محلول اسیدی است، اما اگر غلظت هیدروکسید باشد. یون ها بالاتر است (pH = از 7 تا 14)، محلول قلیایی است.

روش های مختلفی برای اندازه گیری مقدار pH استفاده می شود. از نظر کیفی، واکنش محلول را می توان با استفاده از شاخص های ویژه ای تعیین کرد که بسته به غلظت یون های هیدروژن، رنگ آنها را تغییر می دهد. این شاخص‌ها شاخص‌های اسید-بازی هستند که به تغییرات pH محیط پاسخ می‌دهند.

اکثریت قریب به اتفاق شاخص های اسید-باز رنگ ها یا سایر ترکیبات آلی هستند که مولکول های آنها بسته به واکنش محیط دچار تغییرات ساختاری می شوند. آنها در آنالیز تیترومتری در واکنش های خنثی سازی و همچنین برای تعیین رنگ سنجی pH استفاده می شوند.

نشانگر	محدوده pH انتقال رنگ	تغییر رنگ
متیل ویولت	0,13-3,2	زرد - بنفش
تیمول آبی	1,2-2,8	قرمز - زرد
تروپئولین 00	1,4-3,2	قرمز - زرد
- دینیتروفنول	2,4-4,0	بی رنگ - زرد
متیل اورنج	3,1-4,4	قرمز - زرد
قرمز نفتیل	4,0-5,0	پرتقال خونی
متیل رد	4,2-6,2	قرمز - زرد
بروموتیمول آبی	6,0-7,6	زرد آبی
فنل قرمز	6,8-8,4	زرد قرمز
متاکرسول بنفش	7,4-9,0	زرد - بنفش
تیمول آبی	8,0-9,6	زرد آبی
فنل فتالئین	8,2-10,0	بی رنگ - قرمز
تیمولفتالئین	9,4-10,6	بی رنگ - آبی
آلیزارین زرد پی	10,0-12,0	زرد کم رنگ - قرمز نارنجی
تروپئولین 0	11,0-13,0	زرد - متوسط
مالاکیت سبز	11,6-13,6	آبی مایل به سبز - بی رنگ

در صورت نیاز به بهبود دقت اندازه گیری pH، از شاخص های ترکیبی استفاده می شود. برای انجام این کار، دو نشانگر با فواصل pH نزدیک از انتقال رنگ انتخاب می شوند که دارای رنگ های اضافی در این فاصله هستند. با این نشانگر مخلوط می توان با دقت 0.2 واحد pH تعیین کرد.

همچنین به طور گسترده از شاخص های جهانی استفاده می شود که می توانند بارها و بارها رنگ را در طیف گسترده ای از مقادیر pH تغییر دهند. اگرچه دقت تعیین توسط چنین شاخص هایی از 1.0 واحد pH تجاوز نمی کند، آنها امکان تعیین در محدوده وسیع pH را فراهم می کنند: از 1.0 تا 10.0. نشانگرهای جهانی معمولاً ترکیبی از چهار تا هفت نشانگر دو رنگ یا تک رنگ با محدوده pH انتقال رنگ متفاوت هستند که به گونه ای طراحی می شوند که با تغییر pH محیط، تغییر رنگ محسوسی رخ دهد.

به عنوان مثال، نشانگر جهانی PKC که به صورت تجاری در دسترس است، ترکیبی از هفت شاخص است: بروموکرزول بنفش، بروموکرزول سبز، متیل نارنجی، تروپئولین 00، فنل فتالئین، تیمول آبی و برموتیمول آبی.

این شاخص بسته به pH دارای رنگ زیر است: در pH = 1 - تمشک، pH = 2 - صورتی مایل به نارنجی، pH = 3 - نارنجی، pH = 4 - زرد نارنجی، pH = 5 - زرد، pH = 6 - زرد مایل به سبز، pH = 7 - زرد-سبز،. pH = 8 - سبز، pH = 9 - سبز آبی، pH = 10 - آبی مایل به خاکستری.

نشانگرهای اسید-باز فردی، مخلوط و جهانی معمولاً در اتانول حل می شوند و چند قطره به محلول آزمایش اضافه می شوند. با تغییر رنگ محلول، مقدار pH قضاوت می شود. علاوه بر شاخص های محلول در الکل، اشکال محلول در آب نیز تولید می شود که نمک های آمونیومی یا سدیمی این اندیکاتورها هستند.

در بسیاری از موارد، استفاده از راه حل های نشانگر، بلکه از کاغذهای شاخص راحت تر است. دومی به شرح زیر تهیه می شود: کاغذ صافی از طریق یک محلول نشانگر استاندارد عبور داده می شود، محلول اضافی از کاغذ خارج می شود، خشک می شود، به نوارهای باریک و کتابچه ها بریده می شود. برای انجام آزمایش، یک کاغذ نشانگر را در محلول آزمایش فرو می کنند یا یک قطره از محلول را روی نوار کاغذ نشانگر قرار می دهند و تغییر رنگ آن مشاهده می شود.

اندیکاتورهای فلورسنت

برخی از ترکیبات شیمیایی هنگامی که در معرض اشعه ماوراء بنفش قرار می گیرند، این توانایی را دارند که در یک مقدار pH مشخص، باعث فلورسانس محلول یا تغییر رنگ یا سایه آن شوند.

این خاصیت برای تیتراسیون اسید-باز روغن ها، محلول های کدر و رنگی قوی استفاده می شود، زیرا شاخص های معمولی برای این اهداف نامناسب هستند.

کار با نشانگرهای فلورسنت با روشن کردن محلول آزمایش با نور ماوراء بنفش انجام می شود.

نشانگر	محدوده pH فلورسانس (زیر نور ماوراء بنفش)	تغییر رنگ فلورسانس
4-اتوکسی کریدون	1,4-3,2	سبز آبی
2-نفتیلامین	2,8-4,4	افزایش فلورسانس بنفش
دیمتنل نفتیرودین	3,2-3,8	یاس بنفش - نارنجی
1-نفتیلام	3,4-4,8	افزایش فلورسانس آبی
آکریدین	4,8-6,6	سبز - بنفش
3،6-دیوکسی فتالیمید	6,0-8,0	زرد-سبز - زرد
2،3-دیسیان هیدروکینون	6,8-8,8	سبز آبی
اوکریسین	8,4-10,4	نارنجی - سبز
1،5-نفتیلامین سولفامید	9,5-13,0	زرد سبز
CC-اسید (1،8-آمینونفتول 2،4-دی سولفونیک اسید)	10,0-12,0	بنفش - سبز

اندیکاتورهای رداکس

اندیکاتورهای ردوکس- ترکیبات شیمیایی که رنگ محلول را بسته به مقدار پتانسیل ردوکس تغییر می دهند. آنها در روش های تیترومتری آنالیز و همچنین در تحقیقات بیولوژیکی برای تعیین رنگ سنجی پتانسیل ردوکس استفاده می شوند.

نشانگر	پتانسیل ردوکس طبیعی (در pH=7)، V	رنگ آمیزی ملات
		فرم اکسید کننده	فرم بازیابی شده
قرمز خنثی	-0,330	قرمز بنفش	بی رنگ
سافرانین تی	-0,289	رنگ قهوه ای	بی رنگ
ایندی هومونوسولفونات پتاسیم	-0,160	آبی	بی رنگ
ایندیگودی سولفونات پتاسیم	-0,125	آبی	بی رنگ
ایندیگوتری سولفونات پتاسیم	-0,081	آبی	بی رنگ
پتاسیم شامل تترا سولفونات	-0,046	آبی	بی رنگ
تولویدین آبی	+0,007	آبی	بی رنگ
تونین	+0,06	رنگ بنفش	بی رنگ
سدیم o-cresolindofenolate	+0,195	آبی مایل به قرمز	بی رنگ
سدیم 2،6-Dnchlorophenolindophenolate	+0,217	آبی مایل به قرمز	بی رنگ
m-بروموفنولیندوفنولات سدیم	+0,248	آبی مایل به قرمز	بی رنگ
دیفین بنزیدین	+0.76 (محلول اسید)	رنگ بنفش	بی رنگ

شاخص های جذب

شاخص های جذب- موادی که در حضور آنها رنگ رسوب تشکیل شده در طی تیتراسیون به روش بارش تغییر می کند. بسیاری از شاخص‌های اسید-باز، برخی رنگ‌ها و سایر ترکیبات شیمیایی می‌توانند رنگ رسوب را در یک مقدار pH مشخص تغییر دهند، که آنها را برای استفاده به عنوان شاخص‌های جذب مناسب می‌سازد.

نشانگر	یون تعریف شده	رسوب دهنده یونی	تغییر رنگ
آلیزارین رد سی			زرد - قرمز گل رز
بروموفنول آبی			زرد - سبز
			یاسی - زرد
			بنفش - سبز آبی
دی فنیل کاربازید	, ,		بی رنگ - بنفش
قرمز کنگو	, ,		قرمز آبی
			آبی - قرمز
فلورسئین	,		زرد-سبز - صورتی
ائوزین	,		زرد-قرمز - قرمز-بنفش
اریتروزین			قرمز-زرد - قرمز تیره

اندیکاتورهای شیمیایی لومینسنت

این گروه از نشانگرها شامل موادی است که قادر به انتشار نور مرئی در مقادیر pH خاص هستند. هنگام کار با مایعات تیره استفاده از نشانگرهای شیمیتابی راحت است، زیرا در این حالت درخشندگی در نقطه پایانی تیتراسیون ظاهر می شود.

شاخص ها(از زبان lat. نشانگر - اشاره گر) - موادی که به شما امکان می دهد ترکیب محیط یا پیشرفت یک واکنش شیمیایی را نظارت کنید. یکی از رایج ترین نشانگرهای اسید و باز است که بسته به اسیدیته محلول تغییر رنگ می دهد. این به این دلیل اتفاق می افتد که در یک محیط اسیدی و قلیایی، مولکول های شاخص ساختار متفاوتی دارند. یک مثال نشانگر رایج فنولفتالئین است که قبلاً به عنوان ملین به نام purgen نیز استفاده می شد. در محیط اسیدی این ترکیب به صورت مولکول های جدا نشده و محلول بی رنگ و در محیط قلیایی به صورت آنیون های تک باردار و محلول به رنگ زرشکی است. سانتی متر. تفکیک الکترولیتی. الکترولیت ها). با این حال، در یک محیط به شدت قلیایی، فنل فتالئین دوباره بی رنگ می شود! این به دلیل تشکیل شکل بی رنگ دیگری از نشانگر - به شکل یک آنیون سه باردار اتفاق می افتد. در نهایت، در یک محیط حاوی اسید سولفوریک غلیظ، یک رنگ قرمز دوباره ظاهر می شود، البته نه به شدت. مقصر آن کاتیون فنل فتالئین است. این واقعیت کمتر شناخته شده می تواند منجر به خطا در تعیین واکنش محیط شود.

شاخص های اسید-باز بسیار متنوع هستند. بسیاری از آنها به راحتی قابل دسترسی هستند و بنابراین بیش از یک قرن است که شناخته شده اند. اینها جوشانده یا عصاره گل های رنگی، انواع توت ها و میوه ها هستند. پس جوشانده زنبق، پنسی، لاله، زغال اخته، تمشک، تمشک، انگور فرنگی سیاه، کلم قرمز، چغندر و سایر گیاهان در محیط اسیدی قرمز و در محیط قلیایی سبز-آبی می شود. اگر قابلمه را با بقایای گل گاوزبان با آب صابون (یعنی قلیایی) بشویید، به راحتی قابل مشاهده است. با استفاده از یک محلول اسیدی (سرکه) و یک محلول قلیایی (نوشیدنی، یا بهتر است نوشابه)، می توانید روی گلبرگ ها با رنگ های مختلف قرمز یا آبی کتیبه هایی ایجاد کنید.

چای معمولی نیز یک شاخص است. اگر آب لیمو را بریزید یا چند کریستال اسید سیتریک را در یک لیوان چای غلیظ حل کنید، چای بلافاصله سبک تر می شود. اگر جوش شیرین را در چای حل کنید، محلول تیره می شود (البته نباید چنین چای بنوشید). چای ساخته شده از گل ("karkade") رنگ های بسیار روشن تری می دهد.

احتمالاً قدیمی ترین نشانگر اسید-باز تورنسل است. در سال 1640، گیاه شناسان هلیوتروپ (Heliotropium Turnesole) را توصیف کردند - یک گیاه معطر با گل های بنفش تیره، که رنگ از آن جدا شد. این رنگ همراه با آب بنفشه توسط شیمیدانان به عنوان یک شاخص به طور گسترده مورد استفاده قرار گرفت که در محیط اسیدی قرمز و در محیط قلیایی آبی بود. این را می توان در نوشته های رابرت بویل فیزیکدان و شیمیدان مشهور قرن هفدهم خواند. در ابتدا با کمک یک شاخص جدید، آبهای معدنی مورد بررسی قرار گرفت و از حدود سال 1670 شروع به استفاده از آن در آزمایشات شیمیایی کردند. شیمیدان فرانسوی پیر پومت در سال 1694 در مورد تورنسول نوشت: «به محض اینکه مقدار کمی اسید اضافه کنم، قرمز می شود، بنابراین اگر کسی بخواهد بداند که آیا چیزی حاوی اسید است، می توان از آن استفاده کرد.» در سال 1704، دانشمند آلمانی M. Valentin این رنگ را لیتموس نامید، این کلمه در تمام زبان های اروپایی به جز فرانسوی باقی مانده است، در فرانسه تورنسل است که در لغت به معنای "چرخش پس از خورشید" است، همان چیزی است که فقط در یونانی است. به زودی مشخص شد که تورنسل را می توان از مواد خام ارزان تر، به عنوان مثال، از انواع خاصی از گلسنگ ها استخراج کرد.

متأسفانه، تقریباً همه شاخص های طبیعی یک اشکال جدی دارند: جوشانده های آنها به سرعت خراب می شوند - ترش یا کپک می شوند (محلول های الکلی پایدارتر هستند). یکی دیگر از معایب، دامنه بسیار گسترده تغییر رنگ است. در این مورد، تشخیص، برای مثال، یک محیط خنثی از یک محیط کمی اسیدی یا یک محیط کمی قلیایی از یک محیط قوی قلیایی دشوار یا غیرممکن است. بنابراین، در آزمایشگاه های شیمیایی، از شاخص های مصنوعی استفاده می شود که به شدت رنگ خود را در محدوده های pH نسبتاً باریک تغییر می دهد. از این دست شاخص ها زیاد است و هر کدام دامنه خاص خود را دارد. به عنوان مثال، متیل ویولت رنگ را از زرد به سبز در محدوده pH 0.13 - 0.5 تغییر می دهد. متیل نارنجی - از قرمز (pH< 3,1) до оранжево-желтой (рН 4); бромтимоловый синий – от желтой (рН < 6,0) до сине-фиолетовой (рН 7,0); фенолфталеин – от бесцветной (рН < 8,2) до малиновой (рН 10); тринитробензол – от бесцветной (pH < 12,2) до оранжевой (рН 14,0).

در آزمایشگاه ها، اغلب از شاخص های جهانی استفاده می شود - مخلوطی از چندین شاخص جداگانه، انتخاب شده به گونه ای که محلول آنها به طور متناوب تغییر رنگ می دهد، هنگامی که اسیدیته محلول در محدوده وسیعی از pH تغییر می کند، از تمام رنگ های رنگین کمان عبور می کند (به عنوان مثال، از 1 تا 11). نوارهای کاغذ اغلب با محلول یک نشانگر جهانی آغشته می شوند، که به شما امکان می دهد با مقایسه رنگ نوار مرطوب شده با محلول با مقیاس رنگ مرجع، PH محلول تجزیه و تحلیل شده را به سرعت (البته با دقت نه چندان بالا) تعیین کنید. .

علاوه بر نشانگرهای اسید و باز از انواع دیگری از اندیکاتورها نیز استفاده می شود. بنابراین، اندیکاتورهای ردوکس بسته به اینکه یک عامل اکسید کننده یا کاهنده در محلول وجود داشته باشد، رنگ خود را تغییر می دهند. به عنوان مثال، شکل اکسید شده دی فنیل آمین بنفش است، در حالی که شکل احیا شده بی رنگ است. برخی از عوامل اکسید کننده می توانند خود به عنوان یک شاخص عمل کنند. به عنوان مثال، هنگام تجزیه و تحلیل ترکیبات آهن (II) در جریان واکنش

10FeSO4 + 2KMnO4 + 8H2SO4؟ 5Fe 2 (SO 4) 3 + 2MnSO 4 + K 2 SO 4 + 8H 2 O

محلول پرمنگنات اضافه شده تا زمانی که یونهای Fe 2+ در محلول وجود داشته باشد بی رنگ می شود. به محض ظاهر شدن کوچکترین مقدار اضافی پرمنگنات، محلول رنگ صورتی به دست می آورد. با مقدار پرمنگنات مصرفی، محاسبه میزان آهن موجود در محلول آسان است. به طور مشابه، در تجزیه و تحلیل های متعدد با استفاده از روش یدومتری، ید خود به عنوان یک شاخص عمل می کند. برای افزایش حساسیت تجزیه و تحلیل، از نشاسته استفاده می شود که امکان تشخیص کوچکترین مقدار اضافی ید را فراهم می کند.

شاخص های کمپلسونومتری به طور گسترده ای مورد استفاده قرار می گیرند - موادی که ترکیبات پیچیده رنگی را با یون های فلزی (که بسیاری از آنها بی رنگ هستند) تشکیل می دهند. یک مثال T اریوکروم سیاه است. محلول این ترکیب آلی پیچیده رنگ آبی دارد و در حضور منیزیم، کلسیم و برخی یون‌های دیگر کمپلکس‌هایی به وجود می‌آید که به رنگ قرمز شرابی تند رنگ می‌شوند. تجزیه و تحلیل به شرح زیر انجام می شود: یک محلول حاوی کاتیون های تجزیه و تحلیل شده و یک نشانگر به صورت قطره ای به یک عامل کمپلکس قوی تر از اندیکاتور، اغلب Trilon B اضافه می شود. به محض اینکه Trilon به طور کامل همه کاتیون های فلزی را متصل کرد، یک انتقال متمایز وجود خواهد داشت. از قرمز به آبی از مقدار تریلون اضافه شده، به راحتی می توان محتوای کاتیون های فلزی را در محلول محاسبه کرد.

انواع دیگر شاخص ها نیز شناخته شده اند. به عنوان مثال، برخی از مواد روی سطح رسوب جذب می شوند و رنگ آن را تغییر می دهند. چنین شاخص هایی جذب نامیده می شوند. هنگام تیتراسیون محلول های ابری یا رنگی، که در آن تقریباً غیرممکن است تغییر رنگ نشانگرهای اسید-باز معمولی را مشاهده کنید، از نشانگرهای فلورسنت استفاده می شود. آنها بسته به pH محلول در رنگ های مختلف می درخشند (فلورسانس). به عنوان مثال، فلورسانس آکریدین از سبز در pH = 4.5 به آبی در pH = 5.5 تغییر می کند. مهم است که لومینسانس نشانگر به شفافیت و رنگ ذاتی محلول بستگی نداشته باشد.

ایلیا لینسون

تغییر رنگ نشانگرها بسته به pH

نشانگرهای اسید-باز ترکیباتی هستند که رنگ آنها بسته به اسیدیته محیط تغییر می کند.

برای مثال تورنسل در محیط اسیدی قرمز و در محیط قلیایی آبی است. از این ویژگی می توان برای ارزیابی سریع pH محلول ها استفاده کرد.

شاخص های اسید-باز به طور گسترده ای در شیمی استفاده می شود. برای مثال، مشخص است که بسیاری از واکنش ها در محیط های اسیدی و قلیایی به طور متفاوتی انجام می شوند. با تنظیم pH می توان جهت واکنش را تغییر داد. شاخص ها را می توان نه تنها برای ارزیابی کیفی، بلکه برای ارزیابی کمی محتوای اسید در محلول (روش تیتراسیون اسید-باز) استفاده کرد.

استفاده از شاخص ها به شیمی "خالص" محدود نمی شود. اسیدیته محیط باید در بسیاری از فرآیندهای تولید، هنگام ارزیابی کیفیت محصولات غذایی، در پزشکی و غیره کنترل شود.

که در میز 1"محبوب ترین" شاخص ها نشان داده شده است و رنگ آنها در محیط های خنثی، اسیدی و قلیایی ذکر شده است.

میز 1

متیل اورنج

فنل فتالئین

در واقع، هر شاخص با فاصله pH خاص خود مشخص می شود که در آن تغییر رنگ رخ می دهد (فاصله انتقال). تغییر رنگ به دلیل تبدیل یک شکل از نشانگر (مولکولی) به شکل دیگر (یونی) رخ می دهد. با کاهش اسیدیته محیط (با افزایش pH)، غلظت شکل یونی افزایش و فرم مولکولی کاهش می یابد. جدول 2 برخی از شاخص های اسید-باز و محدوده های انتقال مربوطه آنها را فهرست می کند.

جدول 2

موادی که با تغییر واکنش محیط تغییر رنگ می دهند، شاخص هستند - اغلب ترکیبات آلی پیچیده - اسیدهای ضعیف یا بازهای ضعیف. از نظر شماتیک، ترکیب شاخص ها را می توان با فرمول های НInd یا IndOH بیان کرد، که در آن Ind یک آنیون آلی پیچیده یا کاتیون نشانگر است.

در عمل، شاخص ها برای مدت طولانی مورد استفاده قرار گرفته اند، اما اولین تلاش برای توضیح عملکرد آنها در سال 1894 توسط استوالد انجام شد که به اصطلاح نظریه یونی را ایجاد کرد. بر اساس این نظریه، مولکول های نشانگر تفکیک نشده و یون های Ind آن در محلول دارای رنگ های متفاوتی هستند و رنگ محلول بسته به موقعیت تعادل تفکیک نشانگر تغییر می کند. به عنوان مثال، فنل فتالئین (شاخص اسید) دارای مولکول های بی رنگ و آنیون های زرشکی است. متیل نارنجی (شاخص اصلی) - مولکول های زرد و کاتیون های قرمز.

فنل فتالئین متیل اورنج

HIndH + + Ind–IndOH
Ind + +OH-

بی رنگ تمشک رنگ زرد قرمز

تغییر مطابق با اصل لو شاتلیه منجر به تغییر تعادل به راست یا چپ می شود.

با توجه به نظریه کروموفور (هانچ) که بعداً ظاهر شد، تغییر رنگ شاخص ها با بازآرایی برگشت پذیر اتم ها در مولکول یک ترکیب آلی همراه است. چنین بازآرایی برگشت پذیری در شیمی آلی، توتومریسم نامیده می شود. اگر در اثر تغییر توتومر در ساختار، گروه های خاصی به نام کروموفورها در مولکول یک ترکیب آلی ظاهر شوند، آنگاه ماده آلی رنگ می گیرد. کروموفورها گروه‌هایی از اتم‌ها هستند که حاوی یک یا چند پیوند هستند که باعث جذب انتخابی ارتعاشات الکترومغناطیسی در ناحیه UV می‌شوند. گروه بندی اتم ها و پیوندها، مانند −N=N−، =C=S، −N=O، ساختارهای کینوئید و غیره، می توانند به عنوان گروه های کروموفور عمل کنند.

هنگامی که یک تبدیل توتومریک منجر به تغییر در ساختار کروموفور می شود، رنگ تغییر می کند. اگر بعد از بازآرایی، مولکول دیگر حاوی کروموفور نباشد، رنگ ناپدید می شود.

ایده های مدرن مبتنی بر نظریه کروموفور یونی است که بر اساس آن تغییر رنگ نشانگرها به دلیل انتقال از شکل یونی به مولکولی و بالعکس همراه با تغییر در ساختار نشانگرها است. . بنابراین، یک شاخص می تواند به دو شکل با ساختارهای مولکولی متفاوت وجود داشته باشد و این اشکال می توانند یکی را به دیگری تبدیل کنند و بین آنها در محلول تعادل برقرار شود.

به عنوان مثال، می‌توانیم تغییرات ساختاری در مولکول‌های شاخص‌های اسید-باز معمولی - فنل فتالئین و متیل اورانژ را تحت تأثیر محلول‌های قلیایی و اسیدی (در مقادیر مختلف pH) در نظر بگیریم.

واکنشی که در نتیجه آن به دلیل بازآرایی توتومری ساختار مولکول فنل فتالئین، یک گروه کروموفور در آن ایجاد می شود که باعث ظاهر شدن رنگ می شود، طبق رابطه زیر پیش می رود:

بی رنگ بی رنگ بی رنگ

زرشکی

اندیکاتورها به عنوان الکترولیت های ضعیف دارای ثابت تفکیک کوچکی هستند. به عنوان مثال، Kd فنل فتالئین 2 ∙ 10 -10 است و در محیط های خنثی عمدتاً به شکل مولکول های آن به دلیل غلظت بسیار کم یون ها یافت می شود و به همین دلیل بی رنگ می ماند. هنگامی که قلیایی اضافه می شود، یون های H + فنل فتالئین متصل می شوند، با یون های قلیایی OH "سفت" می شوند و مولکول های آب را تشکیل می دهند و موقعیت تعادل تفکیک نشانگر به سمت راست - به سمت افزایش غلظت یون های Ind- تغییر می کند. در یک محیط قلیایی، نمک دی سدیم تشکیل می شود که دارای ساختار کینوئیدی است که باعث رنگ نشانگر می شود. تغییر در تعادل بین اشکال توتومر به تدریج رخ می دهد. بنابراین، رنگ نشانگر بلافاصله تغییر نمی کند، بلکه از یک رنگ مخلوط به رنگ آنیون ها عبور می کند. هنگامی که اسید به همان محلول به طور همزمان با خنثی سازی قلیایی اضافه می شود - در غلظت کافی از یون های H + - - موقعیت تعادل تفکیک نشانگر به سمت چپ تغییر می کند، به سمت مولار شدن، محلول دوباره تغییر رنگ می دهد.

به طور مشابه، رنگ متیل اورانژ تغییر می کند: مولکول های خنثی متیل اورانژ به محلول رنگ زرد می دهند که در نتیجه پروتونه شدن به قرمز تبدیل می شود که مطابق با ساختار کینوئید است. این انتقال در محدوده pH 4.4-3.1 مشاهده می شود:

زرد قرمز

بنابراین، رنگ نشانگرها به pH محیط بستگی دارد. شدت رنگ چنین شاخص هایی بسیار زیاد است و حتی با وارد کردن مقدار کمی از نشانگر به وضوح قابل مشاهده است که قادر به تأثیر قابل توجهی بر pH محلول نیست.

محلول حاوی نشانگر به طور مداوم با تغییر pH تغییر رنگ می دهد. چشم انسان اما به چنین تغییراتی حساسیت چندانی ندارد. محدوده ای که در آن تغییر رنگ نشانگر مشاهده می شود با محدودیت های فیزیولوژیکی درک رنگ توسط چشم انسان تعیین می شود. با دید طبیعی، چشم تنها در صورتی قادر به تشخیص وجود یک رنگ در مخلوط آن با رنگ دیگر است که حداقل تراکم آستانه رنگ اول وجود داشته باشد: تغییر در رنگ نشانگر فقط در رنگ نشانگر درک می شود. ناحیه ای که در آن 5-10 برابر یک فرم نسبت به شکل دیگر زیاد است. HInd را به عنوان مثال در نظر بگیرید و وضعیت تعادل را مشخص کنید

هند
H + + Ind-

ثابت مربوطه

,

می توان نوشت که نشانگر رنگ کاملاً اسیدی خود را که معمولاً توسط ناظر گرفته می شود، نشان می دهد

,

و یک رنگ کاملا قلیایی در

در فاصله زمانی تعیین شده توسط این مقادیر، یک رنگ ترکیبی از نشانگر ظاهر می شود.

بنابراین، چشم ناظر تنها زمانی تغییر رنگ را تشخیص می دهد که واکنش محیط در محدوده حدود 2 واحد pH تغییر کند. به عنوان مثال، برای فنل فتالئین، این محدوده pH از 8.2 تا 10.5 است: در pH = 8.2، چشم شروع به ظهور یک رنگ صورتی را مشاهده می کند که تا pH = 10.5 تشدید می شود و در pH = 10.5 افزایش قرمز است. رنگ از قبل نامرئی است این محدوده از مقادیر pH که در آن چشم تغییر رنگ نشانگر را تشخیص می دهد، فاصله انتقال رنگ نشانگر نامیده می شود. برای متیل اورنج، KD = 1.65 10 -4 و pK = 3.8. این بدان معنی است که در pH = 3.8، اشکال خنثی و تفکیک شده در غلظت های تقریباً مساوی در تعادل هستند.

محدوده pH مشخص شده تقریباً 2 واحد برای شاخص های مختلف در یک منطقه از مقیاس pH قرار نمی گیرد، زیرا موقعیت آن به مقدار خاص ثابت تفکیک هر نشانگر بستگی دارد: هرچه اسید HInd قوی تر باشد، انتقال اسیدی تر است. فاصله اندیکاتور است. روی میز. 18 فواصل انتقال و رنگ رایج ترین نشانگرهای اسید-باز را نشان می دهد.

برای تعیین دقیق تر مقدار pH محلول ها، از مخلوط پیچیده ای از چندین شاخص اعمال شده بر روی کاغذ فیلتر (به اصطلاح "شاخص جهانی Kolthoff") استفاده می شود. نواری از کاغذ نشانگر در محلول آزمایش آغشته می شود، روی یک بستر سفید ضد آب قرار می گیرد و رنگ نوار به سرعت با مقیاس مرجع برای pH مقایسه می شود.

جدول 18

فواصل انتقال و رنگ آمیزی در رسانه های مختلف

رایج ترین شاخص های اسید-باز

نام	رنگ نشانگر در محیط های مختلف
فنل فتالئین	بی رنگ	زرشکی 8.0 < pH < 9.8	زرشکی
		رنگ بنفش 5 < рН < 8
متیل نارنجی		نارنجی
		3.1< рН < 4.4
متیل رنگ بنفش		رنگ بنفش
بروموکرزول
بروموتیمول
تیمول		2,5 < pH < 7,9

شاخص ها- ترکیبات آلی که می توانند در محلول با تغییر اسیدیته (pH) تغییر رنگ دهند. اندیکاتورها به طور گسترده ای در تیتراسیون در شیمی تجزیه و بیوشیمی استفاده می شود. مزیت آنها هزینه پایین، سرعت و دید مطالعه است.
اندیکاتورها معمولاً با افزودن چند قطره محلول آبی یا الکلی یا کمی پودر به نمونه محلول آزمایش استفاده می شوند. بنابراین، در طول تیتراسیون، یک شاخص به مقدار کمی از محلول آزمایش اضافه می شود و تغییرات رنگ در نقطه هم ارزی مشاهده می شود.

فواصل انتقال رنگ نشانگر

شکل داده های تقریبی را در مورد وجود اشکال رنگی مختلف شاخص ها در محلول های آبی نشان می دهد.
برای اطلاعات دقیق تر (انتقال های متعدد، مقدار pH عددی)، بخش بعدی را ببینید.

جدول مقادیر انتقال pH برای رایج ترین شاخص ها

شاخص های اسید-باز رایج در عمل آزمایشگاهی به ترتیب صعودی مقادیر pH داده می شود که باعث تغییر رنگ می شود. اعداد رومی در پرانتز مربع با عدد انتقال رنگ (برای نشانگرهایی با نقاط انتقال چندگانه) مطابقت دارد.

نشانگر و شماره انتقال	ایکس	بیشتر رنگ کنید فرم اسیدی		فاصله pH و شماره انتقال	بیشتر رنگ کنید فرم قلیایی
متیل ویولت			رنگ زرد	0.13-0.5 [I]		سبز
کرزول قرمز [I]			قرمز	0.2-1.8 [I]		رنگ زرد
متیل ویولت			سبز	1,0-1,5		آبی
تیمول آبی [I]	به		قرمز	1.2-2.8 [I]		رنگ زرد
تروپئولین 00	o		قرمز	1,3-3,2		رنگ زرد
متیل ویولت			آبی	2,0-3,0		رنگ بنفش
(دی) متیل زرد	o		قرمز	3,0-4,0		رنگ زرد
بروموفنول آبی	به		رنگ زرد	3,0-4,6		آبی-بنفش
قرمز کنگو			قرمز	3,0-5,2		آبی
متیل اورنج	o		قرمز	3,1-(4,0)4,4		(نارنجی-) زرد
بروموکرزول سبز	به		رنگ زرد	3,8-5,4		آبی
بروموکرزول آبی			رنگ زرد	3,8-5,4		آبی
لاکموئید	به		قرمز	4,0-6,4		آبی
متیل رد	o		قرمز	4,2(4,4)-6,2(6,3)		رنگ زرد
کلروفنل قرمز	به		رنگ زرد	5,0-6,6		قرمز
تورنسل (آزولیتین)			قرمز	5,0-8,0 (4,5-8,3)		آبی
بروموکرزول بنفش	به		رنگ زرد	5,2-6,8(6,7)		قرمز روشن
بروموتیمول آبی	به		رنگ زرد	6,0-7,6		آبی
قرمز خنثی	o		قرمز	6,8-8,0		زرد کهربایی
فنل قرمز	در باره		رنگ زرد	6,8-(8,0)8,4		قرمز روشن
کرزول قرمز	به		رنگ زرد	7,0(7,2)-8,8		قرمز تیره
α-نفتولفتالئین	به		زرد صورتی	7,3-8,7		آبی
تیمول آبی	به		رنگ زرد	8,0-9,6		آبی
فنل فتالئین [I]	به		بی رنگ	8.2-10.0 [I]		قرمز پررنگ
تیمولفتالئین	به		بی رنگ	9,3(9,4)-10,5(10,6)		آبی
آلیزارین زرد ال جی	به		زرد لیمویی کم رنگ	10,1-12,0		زرد قهوه ای
آبی نیل			آبی	10,1-11,1		قرمز
دیازو بنفش			رنگ زرد	10,1-12,0		رنگ بنفش
کارمین نیل			آبی	11,6-14,0		رنگ زرد
اپسیلون آبی			نارنجی	11,6-13,0		بنفش تیره