Кислотно-основные индикаторы

для определения среды водных растворов

Кислотно-основными индикаторами называют вещества, меняющие свою окраску в определенной области значений рН раствора. Индикаторами могут быть слабые органические кислоты (HInd) и основания (IndOH), молекулы и ионы которых имеют разную окраску. При введении в исследуемый раствор индикаторы диссоциируют по одному из механизмов соответственно:

а) HInd H⁺ + Ind^- ;

б) IndОН Ind^- + ОН^- .

Так как процессы диссоциации а) и б) обратимы, положение равновесия зависит от кислотности исследуемого раствора. В кислой среде индикаторы типа HInd в соответствии с принципом Ле-Шателье находятся преимущественно в виде молекул, и окраска соответствует молекулярной форме. Индикаторы-основания (IndОН) в кислой среде, напротив, будут присутствовать в своей ионной форме, которая обусловливает их соответствующую окраску, а в щелочной среде – в молекулярном виде.

Выражение для константы диссоциации кислотного индикатора имеет вид:

(40)

откуда , (41)

где - равновесные активности (концентрации) ионов Н⁺, кислотного индикатора в ионной форме и индикатора в молекулярной форме соответственно.

1.Если > , > , то раствор имеет окраску иона.

 

2.Если < < , то раствор имеет окраску недиссоциированной кислоты.

3.Если = = , то происходит смена окраски.

Из уравнения (41) после логарифмирования и перемены знаков можно прийти к выражению для рН в состоянии равновесия:

(42)

где .

 

. (43)

Из уравнения (43) следует, что изменение рН приводит к изменению соотношения основной и кислотной форм индикатора, а следовательно и к изменению цвета. Интервал, в котором глаз воспринимает переходный цвет, называется интервалом перехода индикатора. Он находится в границах рН:

рН = рК_дис.HInd 1. (44)

 

Например, если константа индикатора К_Hind ≈ 10^-7, то рК_Hind = 7, а интервал воспринимаемого перехода цвета находится в пределах значений рН от 6 до 8.

Таблица 16

 

Характерная окраска и интервалы перехода некоторых индикаторов

 

Индикатор	Интервал перехода рН	Окраска в более кислом растворе	Окраска в более щелочном растворе
Метиловый оранжевый	0,0 ÷ 2,0	Красная	Желтая
Метиловый красный	3,1 ÷ 4,4	Красная	Желтая
Лакмус	6,0 ÷ 8,0	Красная	Синяя
Фенолфталеин	8,2 ÷ 10,0	Бесцветная	Малиновая
Ализариновый желтый	10,1 ÷ 12,1	Желтая	Оранжевая

 

Окраска универсального индикатора (смеси индикаторов) изменяется от красной (при рН<3,4) через оранжевую (рН 3,4 – 4,7), желтую (рН 4,7 – 6,2), зеленую (рН 6,2 – 7,2), голубую (рН 7,2 – 8,5) до фиолетовой ( рН >8,5) (табл.16).

Для того, чтобы можно было пренебречь влиянием на рН реакционной среды самих индикаторов, их используют в очень небольших количествах .

Для более точных измерений рН среды используют приборы - рН-метры, с помощью которых можно определить рН растворов в диапазоне от 0 до 14 с точностью до 0.01 единицы рН.

Водные буферные растворы

Растворы, рН которых относительно мало изменяется при добавлении небольших количеств кислоты или основания, называются буферными растворами.

Они обычно содержат либо слабую кислоту и её соль, например, CH₃COOH + NaCH₃COO, либо слабое основание и его соль, например, NH₄OH + NH₄Cl.

В смесях водных растворов слабых кислот и их солей, а также в смесях слабых оснований и их солей концентрации ионов Н⁺ и ОН^- зависят не от абсолютных количеств, а от соотношений кислоты или основания и их солей.

; (45)

. (46)

Это значит, что Сн⁺ (и рН) в таких смесях не зависит от разбавления.

Рассмотрим процессы диссоциации в растворе слабой кислоты и её соли: CH₃COOH ⇄ CH₃COO^- + H⁺,

CH₃COONa → CH₃COO^- + Na⁺.

При добавлении к буферной смеси небольших количеств сильной кислоты анионы CH₃COO^- стягиваются в молекулы слабой кислоты по реакции:

CH₃COO^- + Н⁺ ⇄ CH₃COOН.

При добавлении в буферный раствор небольших количеств щелочи произойдет образование слабого электролита – воды:

ОН^- + Н⁺ ⇄ Н₂О

Образование слабых электролитов при добавлении в буферный раствор кислоты или основания обусловливает устойчивость рН.

При необходимости с помощью буферных смесей можно поддерживать рН растворов на нужном практически постоянном уровне.

; (47)

, (48)

 

где K_дис - константа диссоциации слабой кислоты или слабого основания.

Читайте также:

1. Индикационная роль почв (педоиндикаторы)