Кислотно-основні індикатори

Точка еквівалентності при реакції нейтралізації не супроводжується будь-якими змінами, тому для визначення кінця реакції застосовуються спеціальні індикатори. В точці еквівалентності відбувається зміна рН розчину. Тому індикатори, які застосовуються при кислотно-основному титруванні, являють собою органічні сполуки, забарвлення яких змінюється в залежності від концентрації йонів гідрогену у розчині. Це так звані кислотно-основні індикатори або рН-індикатори. Для пояснення зміни забарвлення індикаторів є декілька теорій.

Теорія Освальда була запропонована в 1891р. Згідно цієї теорії, кожний рН-індикатор повинен дисоціювати як слабка кислота або слабка основа; крім того один з йонів, який утворюється при дисоціації індикатора, повинен бути забарвленим, причому його забарвлення повинно бути іншим, ніж забарвлення не дисоційованої молекули.

Уявімо собі, що індикатор HInd володіє властивостями слабкої кислоти і дисоціює за рівнянням:

HІnd → H⁺+ Ind^-

Оскільки індикатор являється слабкою кислотою, при невеликих значеннях рН він буде знаходитись в розчині в недисоційованому стані і мати забарвлення, яке відповідає забарвленню недисоційованих молекул. Якщо додати до водного розчину індикатора трохи сильної основи, наприклад NaOH, Йони ОН^- будуть з'єднуватись з йонами Н⁺ індикатора,утворюючи молекули води. Внаслідок зміни концентрації йонів Н⁺рівновага дисоціації індикатори зміщується вправо,в бік утворення вільних йонів. При додаванні деякої кількості лугу концентрація недисоційованих молекул HІnd буде такою малою, що їх забарвлення стане непомітним і розчин забарвиться в інший колір – колір вільних йонів Іnd^-.

Додавання до отриманого розчину кислоти приведе до підвищення концентрації йонів H⁺ і переходу рівноваги вліво, в сторону утворення недисоційованих молекул. У звʼязку з цим зникає забарвлення недисоційованих молекул HІnd.

Хромофорна теорія.В дійсності механізм зміни забарвлення індикаторів більш складний,ніж вважав Освальд. Подальші дослідження ряду вчених показали,що забарвлення органічних сполук (а індикатори являються складними органічними сполуками )обумовлене наявністю в його молекулі певних груп, так званих хромофорів. До хромофорних груп належить: азогрупа –N=N-, нітрогрупа ― NO₂, нітрозогрупа ―NO, хіноїдна група .

Крім хроматофорів, в забарвленні органічних сполук відіграють важливу роль ауксохроми. Це групи, присутність яких в молекулі органічної сполуки підсилює його забарвлення. До ауксохромів належать групи –NН₂ , -ОН і інші.

Згідно хромофорної теорії забарвлення органічних сполук залежить від будови молекули. Внаслідок внутрішньо молекулярною перегрупування змінюється будова молекули індикатора, а внаслідок цього змінюється і забарвлення сполуки. Бензольна система переходить в хіноїдну:

Азогрупа –N=N- в певних умовах переходить в групу –N-NН і т.д.

Це перегрупування всередині молекули стає причиною зміни забарвлення індикатора.

Перетворення таутомерних форм одна в одну у індикаторів – оборотній процес. В розчині будь-якого індикатора присутні різні його форми , які знаходяться в рівновазі одна з одною. Зміна будови індикаторів відбувається при додаванні до розчинів кислот чи лугів, то при зміні концентрації йонів гідрогену.

Це відбувається тому ,що хоч індикатори не являються електролітами, як вважав Освальд, вони можуть дисоціювати з утворенням йонів Н⁺(або ОН^-).

Таким чином в розчині індикатора, поряд з рівновагою між таутомерними формами

( І ) існує рівновага дисоціації( ІІ ):

_{І ІІ}

RH → HR` → H⁺ + R`^-

Радикали R і R` відрізняються один від одного внутрішньою будовою, вони містять різноманітні хромофорні групи і форми RH і R`H відрізняються забарвленням. Причому забарвлення йона R` - таке ж, як і молекули HR`, так як при дисоціації внутрішня будова не змінюється.

Додавання лугу викликає зменшення концентрації йонів Н⁺. Внаслідок цього відбувається зміщення рівноваги зліва на право і перетворення форми RH в форму HR`, а отже, зміну забарвлення.

Додавання кислоти викликає збільшення концентрації йонів Н⁺, рівновага зміщується вліво, відбувається перетворення форми HR` в RH і зміна забарвлення. В якості прикладу наведемо зміну будови і забарвлення індикаторів фенолфталеїну:

Червоне забарвлення

Жовте забарвлення

В розчині індикаторів, як вказано вище, існує рівновага. В кислому середовищі в розчині знаходиться таутомерна форми, яку ми назвемо кислотною формою, а в лужній – лужна форма. Ці форми мають різне забарвлення.

Інтервал переходу забарвлення індикатора у різних індикаторів знаходиться при різних концентраціях йонів гідрогену. Область рН розчину, в якій відбувається помітна зміна забарвлення індикатора - область переходу індикатора .Наприклад, область переходу індикатора метилового оранжевого знаходиться в межах рН від 3.1 до 4.4. При рН ≥ 4.4 метиловий оранжевий- жовтий, при рН ≤ 3.1 – рожевий, в інтервалі від рН 3.1 до рН 4.4 забарвлення його поступово змінюється з рожевого в жовте. Інший індикатор фенолфталеїн при рН ≤ 8 безбарвний, в інтервалі рН від 8.0 до 10.0 забарвлення з блідо-рожевого переходить у яскраво-малинове. Область переходу індикатора метилового червоного від рН 4.4 до рН 6.2. При рН ≤ 4.4 цей індикатор червоний, а при рН ≥ 6.2 – жовтий.

У кожному випадку титрування закінчується в момент різкої зміни забарвлення індикатора. Значення рН, при якому відбувається найбільш різка зміна забарвлення індикатора називається показником титрування. Отже, показник титрування – це значення рН, від якого ми титруємо розчин з даним індикатором. Так, показник титрування для фенолфталеїну приблизно рівний 9.0, тобто при цьому значенні рН ми особливо чітко помічаємо зміну забарвлення і закінчуємо титрування. Показник титрування метилового оранжевого рівний 4.0.

Так як кінець реакції визначається за допомогою індикаторів, необхідно для кожного визначення правильно вибрати індикатор, так щоб його показник титрування був як можна ближче до рН точки еквівалентності в даному визначенні. Необхідно пам'ятати, що якщо визначають вміст будь-якої речовини методом нейтралізації, титр робочого розчину повинен бути встановлений з тим індикатором, з яким буде проводитись визначення.

Необхідно також пам'ятати ,що на показники індикаторів впливає ряд факторів :

1) температура – із збільшенням температури у індикатора змінюється область переходу і може змінюватись інтенсивність забарвлення, тому всі визначення по методу нейтралізації проводять при кімнатній температурі;

2) сторонні домішки - помітна кількість нейтральних солей речовин, що легко переходять в колоїдний стан, деяких органічних розчинників спотворюють результати титрування;

3) концентрація індикатора ― чим вища концентрація індикатора, тим інтенсивніше забарвлення;

Із наведених чинників можна зробити висновок:

При проведенні титриметричних визначень встановлювати титр робочих розчинів слід при тих же умовах ,при яких буде проводитись визначення.

Читайте також:

<== попередня сторінка	\|	наступна сторінка ==>
Метод кислотно-основного титрування	\|	Вибір індикатора . Криві титрування

Не знайшли потрібну інформацію? Скористайтесь пошуком google:

Генерація сторінки за: 0.007 сек.