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 = рКдис.HInd
1. (44)
Например, если константа индикатора КHind ≈ 10-7, то рКHind = 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 Kдис - константа диссоциации слабой кислоты или слабого основания.
Читайте также: