Veicot ķīmisko procesu, ir ārkārtīgi svarīgi uzraudzīt reakcijas apstākļus vai noteikt, vai tā ir pabeigta. Dažreiz to var novērot pēc dažām ārējām pazīmēm: gāzes burbuļu veidošanās pārtraukšana, šķīduma krāsas maiņa, nokrišņi vai, gluži pretēji, vienas reakcijas komponentu pāreja šķīdumā utt. gadījumos reakcijas beigu noteikšanai tiek izmantoti palīgreaģenti, ts indikatori, kurus analizējamajā šķīdumā parasti ievada nelielos daudzumos.
rādītājiem sauc par ķīmiskiem savienojumiem, kas var mainīt šķīduma krāsu atkarībā no vides apstākļiem, tieši neietekmējot testa šķīdumu un reakcijas virzienu. Tātad skābju-bāzes indikatori maina krāsu atkarībā no vides pH; redox indikatori - no vides potenciāla; adsorbcijas rādītāji - par adsorbcijas pakāpi utt.
Indikatorus īpaši plaši izmanto analītiskajā praksē titrimetriskajai analīzei. Tie kalpo arī kā svarīgākais instruments tehnoloģisko procesu kontrolei ķīmijas, metalurģijas, tekstila, pārtikas un citās nozarēs. Lauksaimniecībā ar indikatoru palīdzību tiek veikta augšņu analīze un klasifikācija, tiek noteikts mēslošanas līdzekļu veids un nepieciešamais to daudzums, kas jāievieto augsnē.
Atšķirt skābju-bāzes, fluorescējošie, redoks-, adsorbcijas un hemiluminiscējošie indikatori.
SKĀBES BĀZES (PH) INDIKATORI
Kā zināms no elektrolītiskās disociācijas teorijas, ūdenī izšķīdušie ķīmiskie savienojumi disociējas pozitīvi lādētos jonos – katjonos un negatīvi lādētos – anjonos. Ūdens arī ļoti nelielā mērā sadalās pozitīvi lādētos ūdeņraža jonos un negatīvi lādētos hidroksiljonos:
Ūdeņraža jonu koncentrācija šķīdumā ir apzīmēta ar simbolu .
Ja ūdeņraža un hidroksīda jonu koncentrācija šķīdumā ir vienāda, tad šādi šķīdumi ir neitrāli un pH = 7. Pie ūdeņraža jonu koncentrācijas, kas atbilst pH no 7 līdz 0, šķīdums ir skābs, bet, ja hidroksīda koncentrācija joni ir augstāki (pH = no 7 līdz 14), šķīdums ir sārmains.
PH vērtības mērīšanai tiek izmantotas dažādas metodes. Kvalitatīvi šķīduma reakciju var noteikt, izmantojot īpašus indikatorus, kas maina to krāsu atkarībā no ūdeņraža jonu koncentrācijas. Šādi indikatori ir skābju-bāzes indikatori, kas reaģē uz vides pH izmaiņām.
Pārsvarā lielākā daļa skābju-bāzes indikatoru ir krāsvielas vai citi organiskie savienojumi, kuru molekulās notiek strukturālas izmaiņas atkarībā no vides reakcijas. Tos izmanto titrimetriskajā analīzē neitralizācijas reakcijās, kā arī pH kolorimetriskai noteikšanai.
| Indikators | Krāsu pārejas pH diapazons | Krāsu maiņa |
|---|---|---|
| metilviolete | 0,13-3,2 | Dzeltens - violets |
| timola zils | 1,2-2,8 | Sarkans - dzeltens |
| Tropeolīns 00 | 1,4-3,2 | Sarkans - dzeltens |
| - Dinitrofenols | 2,4-4,0 | Bezkrāsains - dzeltens |
| metiloranžs | 3,1-4,4 | Sarkans - dzeltens |
| Naftilsarkans | 4,0-5,0 | Sarkans - oranžs |
| metilsarkans | 4,2-6,2 | Sarkans - dzeltens |
| Bromtimola zils | 6,0-7,6 | Dzeltens - zils |
| Fenola sarkans | 6,8-8,4 | Dzeltens - sarkans |
| Metakrezola violets | 7,4-9,0 | Dzeltens - violets |
| timola zils | 8,0-9,6 | Dzeltens - zils |
| Fenolftaleīns | 8,2-10,0 | Bezkrāsains - sarkans |
| timolftaleīns | 9,4-10,6 | Bezkrāsains - zils |
| Alizarīna dzeltenais P | 10,0-12,0 | Gaiši dzeltens - sarkanoranžs |
| Tropeolīns 0 | 11,0-13,0 | Dzeltens - vidējs |
| Malahīta zaļš | 11,6-13,6 | Zaļgani zils - bezkrāsains |
Ja nepieciešams uzlabot pH mērīšanas precizitāti, tad tiek izmantoti jaukti indikatori. Lai to izdarītu, tiek atlasīti divi indikatori ar tuvu krāsu pārejas pH intervāliem, kuriem šajā intervālā ir papildu krāsas. Izmantojot šo jaukto indikatoru, noteikšanu var veikt ar precizitāti līdz 0,2 pH vienībām.
Plaši tiek izmantoti arī universālie indikatori, kas var atkārtoti mainīt krāsu plašā pH vērtību diapazonā. Lai gan noteikšanas precizitāte ar šādiem indikatoriem nepārsniedz 1,0 pH vienības, tie ļauj noteikt plašā pH diapazonā: no 1,0 līdz 10,0. Universālie indikatori parasti ir četru līdz septiņu divu krāsu vai vienas krāsas indikatoru kombinācija ar dažādiem krāsu pārejas pH diapazoniem, kas veidoti tā, lai, mainoties vides pH, notiktu manāma krāsas maiņa.
Piemēram, komerciāli pieejamais universālais indikators PKC ir septiņu indikatoru maisījums: bromkrezola violets, bromkrezola zaļš, metiloranžs, tropeolīns 00, fenolftaleīns, timolzilais un bromtimolzilais.
Šim indikatoram atkarībā no pH ir šāda krāsa: pie pH = 1 - aveņu, pH = 2 - sārti oranža, pH = 3 - oranža, pH = 4 - dzelteni oranža, pH = 5 dzeltena, pH = 6 - zaļgani dzeltens, pH = 7 - dzeltenzaļš,. pH = 8 - zaļš, pH = 9 - zili zaļš, pH = 10 - pelēcīgi zils.
Atsevišķus, jauktos un universālos skābju-bāzes indikatorus parasti izšķīdina etanolā un pievieno dažus pilienus testa šķīdumam. Mainot šķīduma krāsu, tiek novērtēta pH vērtība. Papildus spirtā šķīstošajiem indikatoriem tiek ražotas arī ūdenī šķīstošas formas, kas ir šo indikatoru amonija vai nātrija sāļi.
Daudzos gadījumos ērtāk ir izmantot nevis indikatoru risinājumus, bet gan indikatorpapīrus. Pēdējos sagatavo šādi: filtrpapīru izlaiž caur standarta indikatora šķīdumu, lieko šķīdumu izspiež no papīra, nosusina, sagriež šaurās strēmelītēs un bukletos. Lai veiktu testu, testa šķīdumā iemērc indikatorpapīru vai vienu pilienu šķīduma uzliek uz indikatorpapīra sloksnes un novēro tā krāsas izmaiņas.
fluorescences INDIKATORI
Daži ķīmiskie savienojumi, pakļaujoties ultravioletajiem stariem, pie noteiktas pH vērtības var izraisīt šķīduma fluorescēšanu vai mainīt tā krāsu vai nokrāsu.
Šo īpašību izmanto eļļu, duļķainu un ļoti krāsainu šķīdumu skābju bāzes titrēšanai, jo parastie indikatori šiem nolūkiem nav piemēroti.
Darbs ar fluorescējošiem indikatoriem tiek veikts, izgaismojot testa šķīdumu ar ultravioleto gaismu.
| Indikators | Fluorescences pH diapazons (ultravioletā gaismā) | Fluorescences krāsas maiņa |
| 4-etoksiakridons | 1,4-3,2 | Zaļš - zils |
| 2-naftilamīns | 2,8-4,4 | Violetās fluorescences palielināšanās |
| Dimetnnafteirodīns | 3,2-3,8 | Ceriņi - oranži |
| 1-naftilāms | 3,4-4,8 | Zilās fluorescences palielināšanās |
| Akridīns | 4,8-6,6 | Zaļš - violets |
| 3,6-dioksiftalimīds | 6,0-8,0 | dzeltenzaļš - dzeltens |
| 2,3-Dicianhidrohinons | 6,8-8,8 | Zils zaļš |
| Eurizīns | 8,4-10,4 | Oranžs - zaļš |
| 1,5-naftilamīnsulfamīds | 9,5-13,0 | Dzelteni zaļš |
| CC-skābe (1,8-aminonaftol-2,4-disulfonskābe) | 10,0-12,0 | Violeta - zaļa |
REDOKSU INDIKATORI
Redox indikatori- ķīmiskie savienojumi, kas maina šķīduma krāsu atkarībā no redokspotenciāla vērtības. Tos izmanto titrimetriskajās analīzes metodēs, kā arī bioloģiskajos pētījumos redokspotenciāla kolorimetriskai noteikšanai.
| Indikators | Normāls redoks potenciāls (pie pH = 7), V | Javas krāsošana | |
| oksidējoša forma | atjaunota forma | ||
| Neitrāls sarkans | -0,330 | Sarkanvioleti | Bezkrāsains |
| Safranīns T | -0,289 | brūns | Bezkrāsains |
| Kālija indihomonosulfonāts | -0,160 | Zils | Bezkrāsains |
| Kālija indigodisulfonāts | -0,125 | Zils | Bezkrāsains |
| Kālija indigotrisulfonāts | -0,081 | Zils | Bezkrāsains |
| Kālija tetrasulfonāts | -0,046 | Zils | Bezkrāsains |
| Toluidīna zils | +0,007 | Zils | Bezkrāsains |
| Tnonin | +0,06 | violets | Bezkrāsains |
| o-krezolindofenolāta nātrija sāls | +0,195 | sarkanīgi zils | Bezkrāsains |
| Nātrija 2,6-Dnhlorfenolindofenolāts | +0,217 | sarkanīgi zils | Bezkrāsains |
| m-bromfenolindofenolāta nātrija sāls | +0,248 | sarkanīgi zils | Bezkrāsains |
| difeinlbenzidīns | +0,76 (skābes šķīdums) | violets | Bezkrāsains |
ADSORBCIJAS INDIKATORI
Adsorbcijas indikatori- vielas, kuru klātbūtnē mainās nogulšņu krāsa, kas veidojas titrējot ar nogulsnēšanas metodi. Daudzi skābju-bāzes indikatori, dažas krāsvielas un citi ķīmiskie savienojumi spēj mainīt nogulšņu krāsu pie noteiktas pH vērtības, kas padara tos piemērotus lietošanai kā adsorbcijas indikatorus.
| Indikators | Definēts jons | Jonu nogulsnētājs | Krāsu maiņa |
| Alizarīna sarkanais C | Dzeltens - rožu sarkans | ||
| Bromfenola zils | Dzeltens - zaļš | ||
| Ceriņi - dzelteni | |||
| Violeta - zili zaļa | |||
| Difenilkarbazīds | , , | Bezkrāsains - violets | |
| Kongo sarkans | , , | Sarkans - zils | |
| Zils - sarkans | |||
| Fluoresceīns | , | dzeltenzaļš - rozā | |
| Eozīns | , | dzeltensarkans - sarkanviolets | |
| Eritrozīns | Sarkandzeltens - tumši sarkans |
ĶĪMIMISCENAS INDIKATORI
Šajā indikatoru grupā ietilpst vielas, kas pie noteiktām pH vērtībām spēj izstarot redzamu gaismu. Ķīmiluminiscējošie indikatori ir ērti lietojami, strādājot ar tumšiem šķidrumiem, jo šajā gadījumā titrēšanas beigu punktā parādās mirdzums.
RĀDĪTĀJI(no lat. indikators - rādītājs) - vielas, kas ļauj uzraudzīt vides sastāvu vai ķīmiskās reakcijas gaitu. Viens no izplatītākajiem ir skābju-bāzes indikatori, kas maina krāsu atkarībā no šķīduma skābuma. Tas notiek tāpēc, ka skābā un sārmainā vidē indikatormolekulām ir atšķirīga struktūra. Piemērs ir parastais indikators fenolftaleīns, ko iepriekš izmantoja arī kā caurejas līdzekli, ko sauca par purgenu. Skābā vidē šis savienojums ir nedisociētu molekulu veidā, un šķīdums ir bezkrāsains, bet sārmainā vidē - atsevišķi uzlādētu anjonu veidā, un šķīdumam ir tumšsarkana krāsa ( cm. ELEKTROLĪTISKĀ DISOCIĀCIJA. ELEKTROLĪTI). Taču stipri sārmainā vidē fenolftaleīns atkal kļūst bezkrāsains! Tas notiek, jo veidojas cita bezkrāsaina indikatora forma - trīs uzlādēta anjona formā. Visbeidzot, koncentrētas sērskābes vidē atkal parādās sarkana krāsa, lai gan ne tik intensīva. Tās vaininieks ir fenolftaleīna katjons. Šis maz zināmais fakts var izraisīt kļūdu, nosakot vides reakciju.
Skābju-bāzes rādītāji ir ļoti dažādi; daudzas no tām ir viegli pieejamas un tāpēc zināmas jau vairāk nekā vienu gadsimtu. Tie ir krāsainu ziedu, ogu un augļu novārījumi vai ekstrakti. Tātad īrisu, pansiju, tulpju, melleņu, kazeņu, aveņu, upeņu, sarkano kāpostu, biešu un citu augu novārījums skābā vidē kļūst sarkans, bet sārmainā - zaļi zils. Tas ir viegli pamanāms, ja katlu ar boršča paliekām nomazgā ar ziepjūdeni (t.i., sārmainu). Ar skāba šķīduma (etiķa) un sārma šķīduma (dzeramā vai labāk - mazgāšanas soda) palīdzību jūs varat arī izdarīt uzrakstus uz dažādu sarkanu vai zilu krāsu ziedlapiņām.
Parastā tēja arī ir rādītājs. Ja glāzē stipras tējas pilināt citrona sulu vai izšķīdināt dažus citronskābes kristālus, tēja uzreiz kļūs gaišāka. Ja tējā izšķīdināsiet cepamo sodu, šķīdums kļūs tumšāks (protams, šādu tēju nevajadzētu dzert). Tēja no ziediem (“karkade”) piešķir daudz košākas krāsas.
Iespējams, vecākais skābju-bāzes indikators ir lakmuss. Jau 1640. gadā botāniķi aprakstīja heliotropu (Heliotropium Turnesole) - smaržīgu augu ar tumši purpursarkaniem ziediem, no kura tika izdalīta krāsviela. Šo krāsvielu kopā ar vijolīšu sulu ķīmiķi plaši izmantoja kā indikatoru, kas skābā vidē bija sarkana, bet sārmainā - zila. To var izlasīt slavenā 17. gadsimta fiziķa un ķīmiķa Roberta Boila rakstos. Sākotnēji ar jauna indikatora palīdzību tika pētīti minerālūdeņi, un aptuveni no 1670. gada tos sāka izmantot ķīmiskajos eksperimentos. “Tiklīdz pievienoju nedaudz skābes,” par “turnezolu” 1694. gadā rakstīja franču ķīmiķis Pjērs Pomē, “tas kļūst sarkans, tāpēc, ja kāds vēlas zināt, vai kaut kas satur skābi, to var izmantot.” 1704. gadā vācu zinātnieks M. Valentīns šo krāsu nosauca par lakmusu, šis vārds ir palicis visās Eiropas valodās, izņemot franču valodu, franču valodā lakmuss ir tournesol, kas burtiski nozīmē "griezties pēc saules". tas pats, tikai grieķu valodā. Drīz vien izrādījās, ka lakmusu var iegūt no lētākām izejvielām, piemēram, no noteikta veida ķērpjiem.
Diemžēl gandrīz visiem dabiskajiem rādītājiem ir nopietns trūkums: to novārījumi diezgan ātri sabojājas - saskābst vai sapelē (spirta šķīdumi ir stabilāki). Vēl viens trūkums ir pārāk plaša krāsu maiņa. Šajā gadījumā ir grūti vai neiespējami atšķirt, piemēram, neitrālu vidi no viegli skābas vai viegli sārmainu no stipri sārmainas. Tāpēc ķīmiskajās laboratorijās tiek izmantoti sintētiskie indikatori, kas krasi maina to krāsu diezgan šaurās pH robežās. Šādu rādītāju ir daudz, un katram no tiem ir sava darbības joma. Piemēram, metilviolete maina krāsu no dzeltenas uz zaļu pH diapazonā no 0,13 - 0,5; metiloranžs - no sarkana (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).
Laboratorijās bieži tiek izmantoti universālie indikatori - vairāku atsevišķu indikatoru maisījums, kas atlasīts tā, lai to šķīdums pārmaiņus mainītu krāsu, izejot cauri visām varavīksnes krāsām, kad šķīduma skābums mainās plašā pH diapazonā (piemēram, no plkst. 1 līdz 11). Papīra sloksnes bieži tiek piesūcinātas ar universāla indikatora šķīdumu, kas ļauj ātri (kaut arī ar ne pārāk augstu precizitāti) noteikt analizējamā šķīduma pH, salīdzinot ar šķīdumu samitrinātās lentes krāsu ar atsauces krāsu skalu. .
Papildus skābju-bāzes indikatoriem tiek izmantoti arī cita veida indikatori. Tātad redoks indikatori maina savu krāsu atkarībā no tā, vai šķīdumā ir oksidētājs vai reducētājs. Piemēram, difenilamīna oksidētā forma ir purpursarkana, bet reducētā forma ir bezkrāsaina. Daži oksidētāji paši var kalpot kā indikators. Piemēram, analizējot dzelzs(II) savienojumus reakcijas gaitā
10FeSO4 + 2KMnO4 + 8H2SO4? 5Fe 2 (SO 4) 3 + 2 MnSO 4 + K 2 SO 4 + 8H 2 O
pievienotais permanganāta šķīdums kļūst bezkrāsains, kamēr šķīdumā atrodas Fe 2+ joni. Tiklīdz parādās mazākais permanganāta pārpalikums, šķīdums iegūst rozā krāsu. Pēc patērētā permanganāta daudzuma ir viegli aprēķināt dzelzs saturu šķīdumā. Tāpat daudzās analīzēs, izmantojot jodometrijas metodi, pats jods kalpo kā indikators; lai palielinātu analīzes jutību, tiek izmantota ciete, kas ļauj noteikt mazāko joda pārpalikumu.
Plaši tiek izmantoti komplesonometriskie indikatori - vielas, kas veido krāsainus kompleksos savienojumus ar metālu joniem (no kuriem daudzi ir bezkrāsaini). Piemērs ir eriohroma melnais T; šī kompleksā organiskā savienojuma šķīdumam ir zila krāsa, un magnija, kalcija un dažu citu jonu klātbūtnē veidojas kompleksi, kas iekrāsojas intensīvi vīna sarkanā krāsā. Analīze tiek veikta šādi: šķīdumu, kas satur analizētos katjonus un indikatoru, pa pilienam pievieno spēcīgākam kompleksveidotājam par indikatoru, visbiežāk Trilon B. Tiklīdz Trilons pilnībā saistās visus metāla katjonus, notiks izteikta pāreja. no sarkanas uz zilu. No pievienotā trilona daudzuma ir viegli aprēķināt metāla katjonu saturu šķīdumā.
Ir zināmi arī citi indikatoru veidi. Piemēram, dažas vielas adsorbējas uz nogulumu virsmas, mainot to krāsu; šādus rādītājus sauc par adsorbciju. Titrējot duļķainus vai krāsainus šķīdumus, kuros ir gandrīz neiespējami pamanīt parasto skābju-bāzes indikatoru krāsas izmaiņas, tiek izmantoti fluorescējošie indikatori. Tās mirdz (fluorescē) dažādās krāsās atkarībā no šķīduma pH. Piemēram, akridīna fluorescence mainās no zaļas, ja pH = 4,5, līdz zilai, ja pH = 5,5; ir svarīgi, lai indikatora luminiscence nebūtu atkarīga no šķīduma caurspīdīguma un raksturīgās krāsas.
Iļja Lensons
Indikatoru krāsas maiņa atkarībā no pH
Skābju-bāzes indikatori ir savienojumi, kuru krāsa mainās atkarībā no barotnes skābuma.
Piemēram, lakmuss ir sarkans skābā vidē un zils sārmainā vidē. Šo īpašību var izmantot, lai ātri novērtētu šķīdumu pH.
Skābju-bāzes indikatorus plaši izmanto ķīmijā. Ir zināms, piemēram, ka daudzas reakcijas skābā un sārmainā vidē norit atšķirīgi. Regulējot pH, var mainīt reakcijas virzienu. Indikatorus var izmantot ne tikai kvalitatīvam, bet arī kvantitatīvam skābes satura novērtējumam šķīdumā (skābes-bāzes titrēšanas metode).
Indikatoru izmantošana neaprobežojas tikai ar "tīru" ķīmiju. Vides skābums jākontrolē daudzos ražošanas procesos, novērtējot pārtikas produktu kvalitāti, medicīnā u.c.
IN 1. tabula ir norādīti "populārākie" indikatori un atzīmēta to krāsa neitrālā, skābā un sārmainā vidē.
1. tabula
Metiloranžs
Fenolftaleīns
Faktiski katram indikatoram ir savs pH diapazons, kurā notiek krāsas maiņa (pārejas intervāls). Krāsas izmaiņas rodas, mainoties vienai indikatora formai (molekulārai) citā (jonu) formā. Samazinoties barotnes skābumam (palielinoties pH), jonu formas koncentrācija palielinās, bet molekulārās formas koncentrācija samazinās. 2. tabulā ir uzskaitīti daži skābju-bāzes indikatori un to attiecīgie pārejas diapazoni.
2. tabulaVielas, kas maina krāsu, mainoties vides reakcijai, ir indikatori - visbiežāk sarežģīti organiskie savienojumi - vājas skābes vai vājas bāzes. Shematiski indikatoru sastāvu var izteikt ar formulām НInd vai IndOH, kur Ind ir komplekss organiskais anjons vai indikatorkatjons.
Praksē indikatori tiek izmantoti jau ilgu laiku, bet pirmo mēģinājumu izskaidrot to darbību 1894. gadā veica Ostvalds, kurš radīja tā saukto jonu teoriju. Saskaņā ar šo teoriju nedisociētām indikatormolekulām un to Ind joniem šķīdumā ir dažādas krāsas, un šķīduma krāsa mainās atkarībā no indikatora disociācijas līdzsvara stāvokļa. Piemēram, fenolftaleīnam (skābes indikatoram) ir bezkrāsainas molekulas un sārtināti anjoni; metiloranžs (galvenais indikators) - dzeltenas molekulas un sarkanie katjoni.
fenolftaleīns metiloranžs
HIndH + + Ind–IndOH 
Ind + +OH-
bezkrāsains avenes. dzeltens sarkans
Izmaiņas saskaņā ar Le Chatelier principu noved pie līdzsvara nobīdes pa labi vai pa kreisi.
Saskaņā ar hromoforu teoriju (Hanch), kas parādījās vēlāk, indikatoru krāsas maiņa ir saistīta ar atgriezenisku atomu pārkārtošanos organiskā savienojuma molekulā. Šādu atgriezenisku pārkārtošanos organiskajā ķīmijā sauc par tautomērismu. Ja struktūras tautomēru izmaiņu rezultātā organiskā savienojuma molekulā parādās īpašas grupas, ko sauc par hromoforiem, tad organiskā viela iegūst krāsu. Hromofori ir atomu grupas, kas satur vienu vai vairākas vairākas saites, kas izraisa selektīvu elektromagnētisko vibrāciju absorbciju UV apgabalā. Kā hromoforu grupas var darboties atomu un saišu grupas, piemēram, −N=N−, =C=S, −N=O, hinoīdu struktūras utt.
Kad tautomēra transformācija izraisa izmaiņas hromofora struktūrā, mainās krāsa; ja pēc pārkārtošanās molekula vairs nesatur hromoforu, krāsa pazudīs.
Mūsdienu idejas balstās uz jonu hromoforu teoriju, saskaņā ar kuru indikatoru krāsas izmaiņas ir saistītas ar pāreju no jonu formas uz molekulāro un otrādi, ko pavada indikatoru struktūras izmaiņas. . Tādējādi viens un tas pats indikators var pastāvēt divās formās ar atšķirīgām molekulārām struktūrām, un šīs formas var pārveidoties par otru, un šķīdumā starp tām tiek izveidots līdzsvars.
Kā piemēru varam aplūkot strukturālās izmaiņas tipisko skābju-bāzes indikatoru - fenolftaleīna un metiloranža molekulās sārmu un skābju šķīdumu iedarbībā (pie dažādām pH vērtībām).
Reakcija, kuras rezultātā fenolftaleīna molekulas struktūras tautomēriskās pārkārtošanās dēļ tajā rodas hromoforu grupa, kas izraisa krāsas parādīšanos, notiek saskaņā ar šādu vienādojumu:
bezkrāsains bezkrāsains bezkrāsains
sārtināts
Indikatoriem kā vājiem elektrolītiem ir nelielas disociācijas konstantes. Piemēram, fenolftaleīna K d ir 2 ∙ 10 -10, un neitrālā vidē tas ir atrodams galvenokārt tā molekulu veidā ļoti zemas jonu koncentrācijas dēļ, tāpēc tas paliek bezkrāsains. Pievienojot sārmu, fenolftaleīna H + -joni saistās, "savelkas" ar OH - sārmu joniem, veidojot ūdens molekulas, un indikatora disociācijas līdzsvara stāvoklis nobīdās pa labi - uz Ind - jonu koncentrācijas palielināšanos. Sārmainā vidē veidojas dinātrija sāls, kam ir hinoīda struktūra, kas izraisa indikatora krāsu. Līdzsvara maiņa starp tautomēru formām notiek pakāpeniski. Tāpēc indikatora krāsa nemainās uzreiz, bet caur jauktu krāsu pāriet uz anjonu krāsu. Pievienojot skābi vienam un tam pašam šķīdumam vienlaikus ar sārmu neitralizāciju - pietiekamā H + -jonu koncentrācijā - indikatora disociācijas līdzsvara stāvoklis nobīdās pa kreisi, molarizācijas virzienā, šķīdums atkal maina krāsu.
Līdzīgi mainās metiloranža krāsa: neitrālas metiloranža molekulas piešķir šķīdumam dzeltenu krāsu, kas protonēšanas rezultātā pārvēršas sarkanā krāsā, kas atbilst hinoīda struktūrai. Šī pāreja tiek novērota pH diapazonā 4,4–3,1:
dzeltens Sarkans
Tādējādi indikatoru krāsa ir atkarīga no pH vides. Krāsas intensitāte šādiem indikatoriem ir diezgan augsta un ir skaidri redzama pat ieviešot nelielu daudzumu indikatora, kas nespēj būtiski ietekmēt šķīduma pH.
Šķīdums, kas satur indikatoru, nepārtraukti maina krāsu, mainoties pH. Tomēr cilvēka acs nav īpaši jutīga pret šādām izmaiņām. Diapazonu, kurā tiek novērotas indikatora krāsas izmaiņas, nosaka cilvēka acs krāsu uztveres fizioloģiskās robežas. Ar normālu redzi acs spēj atšķirt vienas krāsas klātbūtni tās maisījumā ar citu krāsu tikai tad, ja ir vismaz kāds pirmās krāsas sliekšņa blīvums: indikatora krāsas izmaiņas tiek uztvertas tikai apgabals, kurā ir 5-10 reižu pārsniegums vienai formai attiecībā pret otru. Ņemot par piemēru HInd un raksturojot līdzsvara stāvokli
Hind 
H + + Ind-
atbilstošā konstante
,
var rakstīt, ka indikators parāda savu tīri skābo krāsu, ko parasti uztver novērotājs, kad
,
un tīri sārmainā krāsā plkst
Šo vērtību noteiktajā intervālā parādās jaukta indikatora krāsa.
Tādējādi novērotāja acs atšķir krāsas maiņu tikai tad, kad vides reakcija mainās aptuveni 2 pH vienību diapazonā. Piemēram, fenolftaleīnam šis pH diapazons ir no 8,2 līdz 10,5: pie pH = 8,2 acs novēro rozā krāsas parādīšanās sākumu, kas pastiprinās līdz pH = 10,5, un pie pH = 10,5 palielinās sarkanā krāsa. krāsa jau ir neredzama. Šo pH vērtību diapazonu, kurā acs atšķir indikatora krāsas izmaiņas, sauc par indikatora krāsas pārejas intervālu. Metilapelsīnam K D = 1,65 10 -4 un pK = 3,8. Tas nozīmē, ka pie pH = 3,8 neitrālā un disociētā forma ir līdzsvarā aptuveni vienādās koncentrācijās.
Norādītais pH diapazons aptuveni 2 vienības dažādiem indikatoriem neietilpst vienā pH skalas apgabalā, jo tā atrašanās vieta ir atkarīga no katra indikatora disociācijas konstantes īpašās vērtības: jo spēcīgāka ir skābe HInd , jo skābāka ir pāreja. indikatora intervāls ir . Tabulā. 18 parāda visbiežāk sastopamo skābju-bāzes indikatoru pārejas intervālus un krāsas.
Šķīdumu pH vērtības precīzākai noteikšanai tiek izmantots vairāku filtrpapīram uzliktu indikatoru komplekss maisījums (tā sauktais "Kolthoff universālais indikators"). Indikatora papīra sloksni iemērc testa šķīdumā, novieto uz baltas ūdensnecaurlaidīgas pamatnes, un sloksnes krāsu ātri salīdzina ar pH atsauces skalu.
18. tabula
Pārejas intervāli un krāsošana dažādos medijos
visizplatītākie skābju-bāzes rādītāji
|
Vārds |
Indikatora krāsa dažādās vidēs |
||
|
Fenolftaleīns |
bezkrāsains |
sārtināts 8.0 < pH < 9.8 |
sārtināts |
|
violets 5 < рН < 8 | |||
|
Metil apelsīns |
apelsīns | ||
|
3.1< рН < 4.4 | |||
|
Metil violets |
violets | ||
|
Bromkrezols | |||
|
Bromtimols | |||
|
timols |
2,5 < pH < 7,9 | ||
Rādītāji- organiskie savienojumi, kas var mainīt krāsu šķīdumā, mainoties skābumam (pH). Indikatorus plaši izmanto titrēšanai analītiskajā ķīmijā un bioķīmijā. To priekšrocība ir pētījuma zemās izmaksas, ātrums un redzamība.
Indikatorus parasti izmanto, pievienojot testa šķīduma paraugam dažus pilienus ūdens vai spirta šķīduma vai nedaudz pulvera. Tātad titrēšanas laikā testa šķīduma alikvotai daļai pievieno indikatoru un tiek novērotas krāsas izmaiņas ekvivalences punktā.
Indikatora krāsu pārejas intervāli
Attēlā parādīti aptuveni dati par dažādu indikatoru krāsu formu esamību ūdens šķīdumos.
Precīzāku informāciju (vairākas pārejas, skaitliskā pH vērtība) skatiet nākamajā sadaļā.
Visbiežāk sastopamo indikatoru pH pārejas vērtību tabula
Laboratorijas praksē izplatītie skābes bāzes indikatori ir norādīti augošā secībā pēc pH vērtībām, kas izraisa krāsas izmaiņas. Romiešu cipari kvadrātiekavās atbilst krāsu pārejas skaitlim (rādītājiem ar vairākiem pārejas punktiem).
| Indikators un pārejas numurs | X | Krāsojiet vairāk skābes forma | pH intervāls un pārejas numurs | Krāsojiet vairāk sārmainā formā |
||
|---|---|---|---|---|---|---|
| metilviolete | dzeltens | 0,13-0,5 [I] | zaļš | |||
| Cresol Red [I] | sarkans | 0,2–1,8 [I] | dzeltens | |||
| metilviolete | zaļš | 1,0-1,5 | zils | |||
| Timola zils [I] | uz | sarkans | 1,2–2,8 [I] | dzeltens | ||
| Tropeolīns 00 | o | sarkans | 1,3-3,2 | dzeltens | ||
| metilviolete | zils | 2,0-3,0 | violets | |||
| (Di)metildzeltens | o | sarkans | 3,0-4,0 | dzeltens | ||
| Bromfenola zils | uz | dzeltens | 3,0-4,6 | zili violets | ||
| Kongo sarkans | sarkans | 3,0-5,2 | zils | |||
| metiloranžs | o | sarkans | 3,1-(4,0)4,4 | (oranža-)dzeltena | ||
| Bromkrezola zaļš | uz | dzeltens | 3,8-5,4 | zils | ||
| Bromkrezola zils | dzeltens | 3,8-5,4 | zils | |||
| Lakmoid | uz | sarkans | 4,0-6,4 | zils | ||
| metilsarkans | o | sarkans | 4,2(4,4)-6,2(6,3) | dzeltens | ||
| Hlorfenola sarkans | uz | dzeltens | 5,0-6,6 | sarkans | ||
| lakmuss (azolitīns) | sarkans | 5,0-8,0 (4,5-8,3) | zils | |||
| Bromkrezola violets | uz | dzeltens | 5,2-6,8(6,7) | spilgti sarkans | ||
| Bromtimola zils | uz | dzeltens | 6,0-7,6 | zils | ||
| Neitrāls sarkans | o | sarkans | 6,8-8,0 | dzintara dzeltens | ||
| Fenola sarkans | par | dzeltens | 6,8-(8,0)8,4 | spilgti sarkans | ||
| Krezola sarkans | uz | dzeltens | 7,0(7,2)-8,8 | Tumši sarkans | ||
| α-naftolftaleīns | uz | dzelteni rozā | 7,3-8,7 | zils | ||
| timola zils | uz | dzeltens | 8,0-9,6 | zils | ||
| Fenolftaleīns [I] | uz | bezkrāsains | 8,2-10,0 [I] | sārtināti sarkans | ||
| timolftaleīns | uz | bezkrāsains | 9,3(9,4)-10,5(10,6) | zils | ||
| Alizarīna dzeltenais LJ | uz | gaiši citrondzeltens | 10,1-12,0 | brūni dzeltens | ||
| Nīlas zils | zils | 10,1-11,1 | sarkans | |||
| diazoviolete | dzeltens | 10,1-12,0 | violets | |||
| indigo karmīns | zils | 11,6-14,0 | dzeltens | |||
| Epsilon Blue | apelsīns | 11,6-13,0 | tumši violets | |||
