Кислотно-основные индикаторы – синтетические органические красители, являющиеся слабыми кислотами или основаниями, меняющие видимую окраску в зависимости от рН раствора.
Требования, предъявляемые к КО индикаторам: Окраска индикатора должна быть интенсивной и различаться в кислой и щелочной среде. Изменение окраски должно быть быстрым, четким и обратимым. Окраска индикатора должна меняться в узком интервале изменения рН раствора, в присутствии минимального избытка кислоты или щелочи.Индикатор должен быть стабильным, не разлагаться в водном растворе и на воздухе.
Интервал перехода – это зона между двумя значениями рН, соответствующими границам зоны, внутри которой наблюдается смешанная окраска индикатора.
Правила при выборе индикатора: Интервал перехода индикатора должен лежать в области скачка на кривой титрования. Для титрования слабых кислот используют индикаторы, меняющие свою окраску в слабощелочной среде (Пр: фенолфталеин, рТ = 9). Для титрования слабых оснований берут индикаторы, меняющие окраску в слабокислой среде (Пр: метиловый оранжевый, рТ = 4).
Показатель титрования кислотно-основного индикатора (рТ) – это значение рН, при котором наблюдатель наиболее отчетливо замечает изменение окраски индикатора и в этот момент считает титрование законченным. рТ = рН (в КТТ)
Теории индикаторов: Ионная, Хромофорная, Ионно-хромофорная.
Ионная теория Теория предложена В. Оствальдом в 1894 г. и основана на теории электролитической диссоциации С. Арениуса. Кислотно-основные индикаторы рассматриваются как слабые органические кислоты, основания и амфотерные соединения, подвергающиеся ионизации в водных растворах, причем нейтральная и ионизированная формы индикатора обладают различной окраской.
Индикаторы-кислоты диссоциируют по уравнению: .JPG)
В кислой среде (рН < 7), равновесие в уравнении смещается влево, в сторону кислой формы индикатора НInd, окраска раствора красная.
В щелочной среде (рН > 7), равновесие смещается вправо, в сторону основной формы индикатора Ind–, окраска раствора синяя.
В нейтральной среде (рН = 7) число молекул НInd и ионов Ind–одинаково, смесь красной и синей окраски даст фиолетовый оттенок раствора.
Недостатки ионной теории индикаторов Ионная теория констатирует различие окрасок кислой и основной форм, но не объясняет природы и причины изменения самой окраски. -Ионная теория не связывает окраску индикаторов с их строением.-Ионные реакции являются мгновенными, а изменение окраски во многих случаях протекает сравнительно медленно.
Хромофорная теория Наличие окраски индикаторов, обусловлено присутствием в молекулах органических веществ хромофорных групп и ауксохромных групп.
Хромофорные группы (хромофоры) содержат кратные связи и обеспечивают поглощение видимого света из-за сравнительно легкого возбуждения электронов π-связи.
Ауксохромные группы сами по себе не придают окраску молекуле органического соединения, но влияют на свойства хромофоров (усиливают или ослабляют интенсивность окраски). Ауксохромные группы влияют на распределение электронной плотности в молекуле, что приводит к изменению оттенка или интенсивность окраски. Индикаторы в растворе могут присутствовать в виде разных таутомерных форм, находящихся в равновесии.
Таутомерия (греч. таутис – тот же самый, мерос - мера) - явление обратимой изомерии, при которой два или более изомера легко переходят друг в друга.
Достоинства хромофорной теории Хромофорная теория объясняет наличие окраски разных форм индикаторов и связывает цвет индикатора с его строением. Хромофорная теория объясняет, почему изменение цвета индикатора может происходить не мгновенно, а во времени.
- Таутомерные превращения – это внутримолекулярные перегруппировки, которые протекают с участием молекул, а не ионов, и потому осуществляются медленнее во времени, чем мгновенные ионные реакции.
Недостатки хромофорной теории Хромофорная теория не объясняет, почему таутомерные превращения и изменение окраски индикатора происходят при изменении рН раствора. -Иногда изменение окраски индикатора происходит мгновенно, по типу ионных реакций, что не укладывается в рамки хромофорной теории.-Хромофорная теория не дает количественной оценки процессу изменения окраски.
Ионно-хромофорная теория Теория, созданная Исааком Кольтгофом в 20-х гг. ХХ века, объединила представления ионной и хромофорной теорий.
Кислотно-основные индикаторы – это слабые кислоты и основания, при этом нейтральная молекула индикатора и ее ионизированная форма содержат разные хромофорные группы.Молекулы индикатора в водном растворе способны либо отдавать ионы водорода (индикатор – слабая кислота), либо принимать их (индикатор – слабое основание), подвергаясь при этом таутомерным превращениям.
Индикатор – слабая одноосновная кислота HInd. В водном растворе устанавливается равновесие:
НInd – кислая форма I индикатора, Ind– – анион кислой формы I индикатора,
Изменение окраски кислотно-основных индикаторов происходит не мгновенно, так как переход индикатора из одной таутомерной формы в другую требует времени.
.JPG)
В кислой среде (рН < 7) равновесие смещается влево, в сторону кислой формы I (НInd), раствор принимает окраску молекул НInd.
В щелочной среде (рН > 7) равновесие смещается вправо, в сторону основной формы II (Ind*–) и в щелочной среде раствор принимает окраску анионов (Ind*–).
В интервале рН в районе величины показателя титрования рТ, когда в растворе существуют обе формы I и II, наблюдается переход окраски индикатора из одной формы в другую.
Фенолфталеин.
Фенолфталеин- кислотно-основной индикатор (интервал перехода окраски при рН 8,2-9,8). При растворении фенолфталеина в разб. р-рах щелочей он приобретает пурпурный цвет и обесцвечивается при прибавлении к-ты, а также в сильно щелочном р-ре.
Метиловый Оранжевый.
Применяют как кислотно-основной индикатор при титровании растворами сильных кислот, а также для определения водородного показателя (pH) среды. Переход окраски метилового оранжевого от красной к оранжево-жёлтой наблюдается в интервале значений pH 3,1—4,4
