индикатор pH

Эта статья требует дополнительных ссылок для проверки . Пожалуйста, помогите улучшить эту статью , добавив цитаты из надежных источников . Материал, не полученный от источника, может быть оспорен и удален Поиск источников:  «Индикатор PH»  -  новости  · газеты  · книги  · ученый  · JSTOR ( май 2012 г. ) ( Узнайте, как и когда удалить этот шаблон сообщения )

Кислоты и основания
Кислота Кислотно-основная реакция Кислотно-щелочной гомеостаз Кислотная сила Функция кислотности Амфотеризм Основание Буферные растворы Константа диссоциации Равновесная химия Добыча Функция кислотности Гаммета pH Протонное сродство Самоионизация воды Титрование Кислотный катализ Льюиса Разочарованная пара Льюиса Хиральная кислота Льюиса
Кислотные типы
Бронстед – Лоури Льюис Акцептор Минеральная Органический Окись Сильный Суперкислоты Слабый Твердый
Базовые типы
Бронстед – Лоури Льюис Донор Органический Окись Сильный Супербазы Ненуклеофильный Слабый
v т е

Индикатор pH - это галохромное химическое соединение, добавляемое в небольших количествах к раствору, поэтому pH ( кислотность или основность ) раствора можно определить визуально. Следовательно, индикатор pH является химическим детектором ионов гидроксония (H ₃ O ⁺ ) или ионов водорода (H ⁺ ) в модели Аррениуса . Обычно индикатор вызывает изменение цвета раствора в зависимости от pH. Индикаторы также могут отображать изменение других физических свойств; например, обонятельные индикаторы показывают изменение ихзапах . Значение pH нейтрального раствора составляет 7,0 при 25 ° C ( стандартные лабораторные условия ). Растворы со значением pH ниже 7,0 считаются кислыми, а растворы со значением pH выше 7,0 - основными (щелочными). Поскольку большинство встречающихся в природе органических соединений представляют собой слабые протолиты, карбоновые кислоты и амины , индикаторы pH находят множество применений в биологии и аналитической химии. Кроме того, индикаторы pH образуют один из трех основных типов индикаторных соединений, используемых в химическом анализе. Для количественного анализа катионов металлов предпочтительным является использование комплексометрических индикаторов ^{[1] [2],} тогда как третий класс соединений, индикаторы окислительно-восстановительного потенциала., используются при титровании, включающем окислительно-восстановительную реакцию в качестве основы анализа.

Теория [ править ]

Сами по себе индикаторы pH часто представляют собой слабые кислоты или слабые основания. Общая схема реакции индикатора pH может быть сформулирована как:

HInd + H
₂O ⇌ H
₃О⁺
+ Ind^-

Здесь HInd обозначает кислотную форму, а Ind ^- сопряженное основание индикатора. Их соотношение определяет цвет раствора и связывает цвет со значением pH. Показатели pH, являющиеся слабыми протолитами, уравнение Хендерсона – Хассельбаха для них можно записать в виде:

pH = p K _a + log 10  [ Ind^-
] / [HInd] 

Уравнение, полученное из константы кислотности , утверждает, что, когда pH равен значению p K _a индикатора, оба вещества присутствуют в соотношении 1: 1. Если pH выше значения p K _a , концентрация основания конъюгата больше, чем концентрация кислоты, и преобладает цвет, связанный с основанием конъюгата. Если pH ниже значения p K _a , верно обратное.

Обычно изменение цвета не происходит мгновенно при значении p K _a , но существует диапазон pH, в котором присутствует смесь цветов. Этот диапазон pH варьируется от одного индикатора к другому, но, как показывает опыт, он находится между p K _и значением плюс или минус один. Это предполагает, что растворы сохраняют свой цвет, пока сохраняется не менее 10% других видов. Например, если концентрация основания конъюгата в 10 раз больше, чем концентрация кислоты, их соотношение будет 10: 1, и, следовательно, pH будет p K _a  + 1. И наоборот, если 10-кратный избыток кислоты происходит по отношению к основанию, соотношение составляет 1:10, а pH равен p K _a  - 1.

Для оптимальной точности разница в цвете между двумя видами должна быть как можно более четкой, и чем уже диапазон pH изменения цвета, тем лучше. В некоторых индикаторах, таких как фенолфталеин , один из видов бесцветен, тогда как в других индикаторах, таких как метиловый красный , оба вида придают цвет. Хотя индикаторы pH работают эффективно в заданном диапазоне pH, они обычно разрушаются на крайних концах шкалы pH из-за нежелательных побочных реакций.

Заявление [ править ]

Индикаторы pH часто используются при титровании в аналитической химии и биологии для определения степени химической реакции . Из-за субъективного выбора (определения) цвета индикаторы pH могут давать неточные показания. Для приложений, требующих точного измерения pH, часто используется pH-метр . Иногда смесь различных индикаторов используется для достижения нескольких плавных изменений цвета в широком диапазоне значений pH. Эти коммерческие индикаторы (например, универсальный индикатор и бумага Hydrion ) используются, когда необходимо лишь приблизительное знание pH.

В таблице ниже приведены несколько распространенных лабораторных индикаторов pH. Индикаторы обычно имеют промежуточные цвета при значениях pH в пределах указанного переходного диапазона. Например, феноловый красный имеет оранжевый цвет при pH от 6,8 до 8,4. Диапазон перехода может незначительно изменяться в зависимости от концентрации индикатора в растворе и от температуры, при которой он используется. На рисунке справа показаны индикаторы с диапазоном их действия и изменением цвета.

Универсальный индикатор [ править ]

Точное измерение pH [ править ]

Индикатор может использоваться для получения достаточно точных измерений pH путем количественного измерения оптической плотности на двух или более длинах волн. Принцип можно проиллюстрировать, приняв в качестве индикатора простую кислоту, HA, которая диссоциирует на H ⁺ и A ^- .

HA ⇌ H ⁺ + A ^-

Необходимо знать значение константы диссоциации кислоты p K _a . В молярные поглощательной , & epsi ; _HA и & epsi ; _{А ^-} двух видов HA и А ^- на длинах волн λ _х и λ _у должны также были определены с помощью предыдущего эксперимента. Предполагая, что соблюдается закон Бера , измеренные оптические плотности A _x и A _y на двух длинах волн представляют собой просто сумму оптических плотностей каждого вида.

${\displaystyle {\begin{aligned}A_{x}&=[{\ce {HA}}]\varepsilon _{{\ce {HA}}}^{x}+[{\ce {A-}}]\varepsilon _{{\ce {A-}}}^{x}\\A_{y}&=[{\ce {HA}}]\varepsilon _{{\ce {HA}}}^{y}+[{\ce {A-}}]\varepsilon _{{\ce {A-}}}^{y}\end{aligned}}}$

Это два уравнения для двух концентраций [HA] и [A ^- ]. После растворения pH получается как

${\displaystyle \mathrm {pH} =\mathrm {p} K_{\mathrm {a} }+\log {\frac {[{\ce {A-}}]}{[{\ce {HA}}]}}}$

Если измерения производятся на более чем двух длинах волн, концентрации [HA] и [A ^- ] могут быть рассчитаны методом наименьших квадратов . Фактически для этого можно использовать целый спектр. Процесс проиллюстрирован на индикаторе бромкрезолового зеленого . Наблюдаемый спектр (зеленый) представляет собой сумму спектров HA (золото) и A ^- (синий), взвешенных по концентрации двух видов.

Когда используется один индикатор, этот метод ограничивается измерениями в диапазоне pH p K _a  ± 1, но этот диапазон можно расширить, используя смеси двух или более индикаторов. Поскольку индикаторы имеют интенсивные спектры поглощения, концентрация индикатора относительно низкая, и предполагается, что сам индикатор оказывает незначительное влияние на pH.

Точка эквивалентности [ править ]

При кислотно-основном титровании неподходящий индикатор pH может вызвать изменение цвета раствора, содержащего индикатор, до или после фактической точки эквивалентности. В результате можно сделать вывод о различных точках эквивалентности раствора на основе используемого индикатора pH. Это связано с тем, что малейшее изменение цвета раствора, содержащего индикатор, свидетельствует о достижении точки эквивалентности. Следовательно, наиболее подходящий индикатор pH имеет эффективный диапазон pH, в котором изменение цвета является очевидным, который охватывает pH точки эквивалентности титруемого раствора. ^[3]

Естественные индикаторы pH [ править ]

Многие растения или части растений содержат химические вещества из семейства соединений антоцианов естественного цвета . Они красные в кислых растворах и синие в основных. Антоцианы можно экстрагировать водой или другими растворителями из множества цветных растений, частей растений, в том числе из листьев ( краснокочанная капуста ); цветы ( герани , мака или розы лепестков); ягоды ( черника , черная смородина ); и стебли ( ревень ). Извлечение антоцианов из домашних растений, особенно из красной капусты , для получения неочищенного индикатора pH - это популярная вводная химическая демонстрация.

Лакмус , используемый алхимиками в средние века и до сих пор легкодоступный, представляет собой естественный индикатор pH, полученный из смеси видов лишайников , особенно Roccella tinctoria . Слово лакмус буквально означает «цветной мох» на древнескандинавском языке (см. Литр ). Цвет меняется от красного в растворах кислоты до синего в щелочах. Термин «лакмусовая бумажка» стал широко используемой метафорой для любого теста, целью которого является авторитетное различение альтернатив.

Цветки гортензии крупнолистной могут менять окраску в зависимости от кислотности почвы. В кислых почвах в почве происходят химические реакции, которые делают алюминий доступным для этих растений, делая цветы синими. В щелочных почвах эти реакции не могут происходить, и поэтому алюминий не усваивается растениями. В результате цветки остаются розовыми.

Еще один полезный естественный индикатор pH - это пряность Куркума . Он желтого цвета при воздействии кислот и красновато-коричневого цвета в присутствии щелочи .

• Гортензия в кислой почве

• Гортензия в щелочной почве

• Градиент индикатора pH экстракта краснокочанной капусты от кислого раствора слева к основному справа

• Пурпурная цветная капуста, пропитанная пищевой содой (слева) и уксусом (справа). Антоцианин действует как индикатор pH.

• Куркума, диспергированная в воде, желтая в кислотных и коричневых в щелочных условиях.

См. Также [ править ]

• Хромофор
• Тест фекального pH
• Нитразин
• pH метр
• Универсальный индикатор

Ссылки [ править ]

• Длинный список индикаторов
• «Полный список показателей» (PDF) (на французском языке). (57,3 КБ )
• https://www.neonics.co.th/litmus-papers/what-is-litmus-paper.html

Внешние ссылки [ править ]

Викискладе есть медиафайлы, связанные с индикатором pH .