Интервал значений, в котором индикатор изменяет свою окраску, называют интервалом перехода окраски индикатора (ИП).

Каждый индикатор имеет свой интервал перехода, который зависит от особенностей структуры индикатора. Чтобы его найти подставим предельные значения отношения [Ind^–]/[HInd], равные 10/1 и 1/10 в последнее уравнение:

Полученная формула показывает, что интервал перехода индикатора составляет примерно две единицы рН.

Например: ИП

1) метиловый оранжевый 3, 1 – 4, 4

2) лакмус 5 – 8

3) фенолфталеин 8 – 10

Кроме интервала перехода индикаторы обычно характеризуют величиной показателя титрования р T. Это середина интервала перехода, когда 50% молекул индикатора перешло из одной формы в другую, и концентрация ионизированной и неионизированной форм уравнялась. Другими словами, рТ – это рН, при котором заканчивается титрование с данным индикатором.

рН = рК = рТ

Хромофорная теория индикаторов

Изменение цвета индикатора связано с существенным изменением его молекулярной структуры. Окраска соединения связана с наличием в его молекуле так называемых хромофорных групп. Присоединение или отщепление протона по этой теории вызывает перестройку молекулы индикатора, в результате которой появляются новые или исчезают существовавшие ранее хромофорные группы и таким образом происходит изменение цвета индикатора. Хромофорные группы – это группы, обычно содержащие двойные связи, которые обуславливают окраску органических молекул.

Хромофорные группы и их превращения

 

нитрогруппа

 

диазогруппа

 

бензольная хиноидная

(обычно придает малиновый цвет)

 

карбонильная

 

Ауксохромы – сами не способны сообщать окраску соединению, но усиливают действия хромофоров, углубляя вызванную ими интенсивность окраски. Ауксохромы – OH, –NH₂, –OCH₃, –N(CH₃)₂, –N(C₂H₅)₂

Изменение окраски индикатора происходит благодаря изомерному превращению в молекуле индикатора, т.е. состав один и тот же, а структура – другая. Причем это превращение – обратимое. Такая изомерия называется таутомерией. Если при таутомерной перегруппировке возникают (или исчезают) хромофорные группы, влияющие на окраску, то окраска изменяется.

Метиловый оранжевый – амфотерен, так как его молекулы содержат одновременно кислотную –SO₃H и основную –N(CH₃)₂ группы:

 

Фенолфталеин

бесцветный красный

красный карбинольное основание –

снова бесцветный в сильно

щелочной среде

Принцип выбора индикатора

Интервал перехода окраски индикатора должен полностью или частично перекрываться скачком титрования. Если такого перекрывания нет, то индикатор для данного титрования не подходит.

На кривой титрования HCl раствором NaOH на рис. 12.1 интервалы перехода нескольких индикаторов перекрываются скачком титрования. Это титрование можно проводить с бромтимоловым синим (интервал перехода pH 6, 0 – 7, 6), с фенолфталеином, метиловым оранжевым, лакмусом, а также с другими индикаторами (метиловый красный ИП =4, 5 – 6, 5, феноловый красный ИП = 6, 7 – 8). Дело в том, что здесь очень широкий скачок, подходят многие индикаторы. А вот тропеолин 00, интервал перехода окраски которого рН от 3, 1 до 4, 4, для данного титрования не подходит.

В случае титрования уксусной кислоты раствором гидроксида натрия (рис. 12.2) интервалы перехода бромтимолового синего и метилового оранжевого не перекрываются скачком титрования уксусной кислоты и, следовательно, для данного титрования непригодны. Наиболее подходящим индикатором является фенолфталеин.

Интервалы перехода метилового оранжевого и фенолфталеина, нанесенные на кривую титрования фосфорной кислоты раствором NaOH (рис. 12.3), показывают, что метиловый оранжевый изменяет свой цвет в области первой точки эквивалентности, а фенолфталеин – в области второй. В области третьей точки эквивалентности скачка не наблюдается, так как константа диссоциации фосфорной кислоты по третьей ступени очень мала (4, 2·10^-13).

Карбонат натрия можно титровать кислотой до NaHCO₃ с фенолфталеином и до H₂CO₃ с метиловым оранжевым (рис. 12.4).

 

Пригодность того или иного индикатора для данного титрования можно количественно охарактеризовать индикаторной ошибкой титрования, возникающей вследствие несовпадения рТ и рН в точке эквивалентности. Ведь индикатор изменяет окраску при pH = pT, а точка эквивалентности может не совпадать с этим значением. В этом случае может остаться недоттитрованная кислота или основание (как слабые, так и сильные). Или при перетитровании в растворе могут появляться избыточные протоны H⁺ или OH^– - ионы. Разделяют:

1) Водородная ошибка

Н⁺ – ошибка = , где С и V₁ – концентрация и объем титруемой сильной кислоты.

2) Гидроксильная ошибка

ОН^– – ошибка =

3) Кислотная или НА-ошибка =

4) Щелочная или МеОН-ошибка =

⇐ Предыдущая12345

Поделиться: