индикатор рН
Индикатор рН представляет собой галохромное химическое соединение, добавляемое в раствор в небольших количествах, чтобы рН ( кислотность или щелочность ) раствора можно было 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 показывать 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 — щелочными. Поскольку большинство встречающихся в природе органических соединений являются слабыми электролитами , такими как карбоновые кислоты и амины , индикаторы pH находят множество применений в биологии и аналитической химии . Более того, индикаторы pH составляют один из трех основных типов индикаторных соединений, используемых в химическом анализе. Для количественного анализа катионов металлов предпочтительно использование комплексометрических индикаторов ,[1] [2] , тогда как третий класс соединений, окислительно-восстановительные индикаторы , используются в окислительно-восстановительном титровании ( титрование , включающее одну или несколько окислительно-восстановительных реакций в качестве основы химического анализа).
Сами по себе индикаторы pH обычно являются слабыми кислотами или слабыми основаниями. Общую схему реакции кислых индикаторов рН в водных растворах можно сформулировать так:
где «HInd» означает кислую форму, а «Ind-» - сопряженное основание индикатора. Наоборот, для основных показателей pH в водных растворах:
Отношение концентрации сопряженной кислоты/основания к концентрации кислотного/основного индикатора определяет рН (или рОН) раствора и связывает цвет со значением рН (или рОН). Для индикаторов pH, которые являются слабыми электролитами, уравнение Хендерсона – Хассельбаха можно записать как:
Уравнения, полученные из константы кислотности и константы основности, утверждают, что, когда pH равен значению p K a или p K b индикатора, оба вещества присутствуют в соотношении 1:1. Если pH выше значения pKa или pKb , концентрация сопряженного основания больше, чем концентрация кислоты, и преобладает цвет, связанный с сопряженным основанием . Если pH ниже значения p K a или p K b , верно обратное.
Обычно изменение цвета не происходит мгновенно при значении p K a или p K b , но существует диапазон pH, в котором присутствует смесь цветов. Этот диапазон pH варьируется в зависимости от индикатора, но, как правило, он находится между значениями p K a или p K b плюс или минус один. Это предполагает, что растворы сохраняют свой цвет до тех пор, пока сохраняется не менее 10% других видов. Например, если концентрация сопряженного основания в 10 раз больше концентрации кислоты, то их соотношение равно 10:1 и, следовательно, рН равен p K a + 1 или p K b + 1. Наоборот, если имеет место 10-кратный избыток кислоты по отношению к основанию, соотношение равно 1:10 и рН равен p K a - 1 или p K b - 1.
