ІНДИКАТОРИ в хімії(лат. indicator покажчик) - речовини, що змінюють свій колір у присутності тих чи інших хімічних сполук у досліджуваному середовищі (у розчині, у повітрі, у клітинах, у тканинах), а також при зміні pH або окисно-відновного потенціалу середовища; широко застосовуються у біохімічних, клінічних та санітарно-гігієнічних лабораторіях.

І. застосовують для визначення кінця реакції (точки еквівалентності) при титруванні, для колориметричного визначення величин pH або окислювально-відновних потенціалів, для виявлення різноманітних речовин у тих чи інших досліджуваних об'єктах. Для всіх цих цілей І. застосовують у вигляді водних або спиртових розчинів або у вигляді індикаторних папірців, що являють собою смужки фільтрувального паперу, просочені І.

Залежно від призначення та механізму дії І. поділяють на ряд груп.

Кислотно-основні індикаториявляють собою складні органічні сполуки, що змінюють забарвлення (двоколірні І.) або його інтенсивність (однокольорові І.) залежно від pH середовища. Двоколірним І. є, напр., лакмоїд: у лужному середовищі він має синє забарвлення, а в кислому - червоне. Прикладом одноколірних І. може служити фенолфталеїн, безбарвний кислому середовищіі малиновий у лужній.

За теорією Оствальда (W. Ostwald) кислотно-основні І. являють собою слабкі органічні к-ти або основи, недисоційовані молекули яких мають в р-рі інше забарвлення, ніж утворюються аніони і катіони. Фенолфталеїн, напр., є слабкою до-тої, не дисоційовані молекули якої безбарвні, а аніони забарвлюють розчини в малиновий колір. У р-рах І., що являють собою слабкі к-ти, дисоціюють за рівнянням

де НА – не дисоційовані молекули І., H + – іони водню, а A – – аніони І.

Константа іонізації таких І. дорівнює

Ka = [Н + ] [А - ]/[НА] (2)

(квадратними дужками позначені молярні концентрації відповідних частинок).

І., що є слабкими підставами, дисоціюють за рівнянням

де ВОН - не дисоційовані молекули І., В + - катіони І., а OH - гідроксильні іони.

Константа дисоціації цих І. дорівнює

Kb = / (4)

З рівнянь 2 і 4 випливає, що чим більша величина константи дисоціації, тим більшою мірою розпадаються І. на іони і тим, отже, при більш високих концентраціях іонів H+ (у тих випадках, коли П. слабка к-та) або іонів OH - (у тих випадках, коли І.- слабка основа) пригнічується його дисоціація та відбувається зміна забарвлення. Різні І. мають різну величину Ka і Kb. тому вони змінюють своє забарвлення при різних значеннях pH середовища. Той інтервал значень pH, в якому відбувається зміна забарвлення даного І., називають зоною дії або інтервалом переходу І. Інтервал переходу І. зазвичай дорівнює величині pK ± 1, де pK дорівнює -lgК. Точкою переходу І. називають те значення pH, при якому візуально найбільш чітко сприймається зміна забарвлення І. Точка переходу приблизно дорівнює величині рК даного І.

Кислотно-основні І. широко застосовують при титруванні к-т і лугів, а також для виміру колориметричного величини pH біол, рідин, клітин, тканин і ін.

Титрування к-т і лугів має бути закінчено в момент досягнення точки еквівалентності, тобто в момент, коли до титруемого р-ру к-ти (луги) додано такий обсяг титранта, в к-ром міститься еквівалентна кількість к-ти ( луги). Для цього необхідно застосовувати такий І., точка переходу якого дорівнює величині pH титруємого розчину в точці еквівалентності (див. Нейтралізації метод). У табл. перераховані І., що найбільш вживаються при титруванні к-т і основ.

Якісне визначення кислотності та лужності виробляють за допомогою так зв. нейтральних І., точка переходу яких знаходиться практично за pH 7,0. До них відносяться, напр., лакмус, що має в кислому середовищі (pH менше 7,0) червоний, а в лужному середовищі (pH більше 7,0) синій колір; нейтральний червоний, що фарбується в кислому середовищі в червоний колір, а в лужному - в жовтий колір.

Наближений вимір величини pH середовища (з точністю до 0,5- 1,0 од. pH) зазвичай виробляють за допомогою універсального (комбінованого) І., що є сумішшю декількох І., інтервали переходу яких близькі один до одного і охоплюють широку область значень pH.

До 0,5 мл випробуваної рідини додають 1-2 краплі розчину універсального І. і з'являється при цьому забарвлення порівнюють з колірною шкалою, що додається, на якій вказані значення pH, що відповідають різним забарвленням І. Застосовують також смужки фільтрувального паперу, просочені універсальним І.

Для більш точного (0,1-0,5 од. pH) колориметричного визначення величини pH зазвичай користуються одноколірними І. ряду динітро-і нітрофенолів, запропонованими Міхаелісом (L. Michaelis) і являють собою слабкі к-ти, що змінюють забарвлення від безбарвної ( у кислому середовищі) до жовтого (у лужному). З цією ж метою користуються рядом двоколірних І., запропонованих Кларком (W. М. Clark) і Лабсом (H. A. Lubs), що являють собою сульфофталеїни. Кислотна та лужна форми цих І. різко розрізняються за кольором, у цьому полягає їх перевага порівняно з індикаторами Міхаеліса.

Окисно-відновні, або редоксіндикатори, є органічні барвники, колір яких в окисленому і відновленому стані різний. Такі І. застосовують при оксидиметричному титруванні (див. Оксидиметрія), а також для колориметричного визначення величин окислювально-відновних потенціалів рідин (див. Окислювально-відновний потенціал), окремих клітин і тканин у цитохім, і цитол, лабораторіях. Більшість редокс-індикаторів при відновленні перетворюється на безбарвні сполуки, а при окисленні фарбується. Окислена та відновлена ​​форми І. знаходяться в р-рах у стані динамічної рівноваги:

окислена форма + ne<->відновлена ​​форма, де n – число електронів.

Співвідношення між рівноважними концентраціями двох форм даного І., а отже, і колір розчину, в якому знаходиться І., залежать від величини окислювально-відновного потенціалу розчину. Якщо величина потенціалу р-ра більша за нормальний окисно-відновний потенціал (Е0) даного редокс-індикатора, то більша частина І. в цьому р-рі переходить в окислену форму (зазвичай забарвлену), якщо ж окисно-відновний потенціал досліджуваного середовища менше Е0, то І. перетворюється на відновлену форму (зазвичай безбарвну). При рівності значень окисно-відновного потенціалу середовища та Е0 індикатора концентрації окисленої та відновленої форм І. рівні один одному. Маючи ряд І. з різними значеннями Е0, можна за їх забарвленням у даному середовищі судити про величину окислювально-відновного потенціалу даного середовища. Редокс-індикатори, запропоновані Міхаелісом, що мають загальну назву «віологени» і є похідними гамма- і гамма-дипіридилів, мають малу токсичність і широко застосовуються для вимірювання окислювально-відновних потенціалів в біол, системах; у цих І. пофарбована відновлена ​​форма.

Нормальний окислювально-відновний потенціал віологенів не залежить від величини р-ну рН. Цим вони відрізняються від інших редокс-індикаторів.

Комплексонометричні індикатори (металоіндикатори)є добре розчинні у воді органічні барвники, здатні утворювати з іонами металів пофарбовані комплексні сполуки. Ці І. застосовуються для встановлення точки еквівалентності при комплексонометричному титруванні (див. Комплексонометрія).

Адсорбційні індикатори- це органічні барвники, що адсорбуються на поверхні опадів, що утворюються при титруванні за методом осадження, і змінюють колір при досягненні точки еквівалентності. Напр., тропеолін 00 при титруванні хлоридів розчином азотнокислого срібла змінює забарвлення в точці еквівалентності з жовтою на рожеву.

Хемілюмінесцентні (флюоресцентні) індикатори- органічні сполуки (наприклад, люменол, люцегінін, силаксен та ін.), що мають здатність люмінесцувати при природному освітленні або при опроміненні ультрафіолетовим світлом. Інтенсивність та колір люмінесценції залежать як від величини pH середовища, так і від величини її окисно-відновного потенціалу; ці І. застосовуються при титруванні (при нейтралізації та оксидиметрії) сильно забарвлених або каламутних рідин, коли зміна забарвлення звичайних І. непомітно.

І. використовуються у багатьох біохім. методах, що застосовуються в клін.-біохім. лабораторії. Найбільш уживаними з них є бромтимоловий синій (при визначенні активності фруктозодифосфатальдолази в сироватці крові, активності ацетилхолінестерази та холінестерази в сироватці крові за А. А. Покровським, а також активності карбоксилестерази в крові за А. А. Покровським). бромфеноловий синій (при електрофоретичному поділі різних білків для фарбування електрофореграм поряд з амідочорним і кислотним синьо-чорним), універсальний І., феноловий червоний (при визначенні активності аспартат-і аланін-амінотрансфераз у сироватці крові, активності холінестерази в с. .), фенолфталеїн, нітросиній тетразолій, що використовується для якісної та кількісної оцінкиактивності різних дегідрогеназ (див. Дегідрогенази), та ін.

Назва індикатора	Інтервал переходу індикатора в одиницях pH
		Кислотна форма індикатора	Лужна форма індикатора
Тропеолін 00 (дифеніламіноазо-n-бензолсульфонат натрію)
Диметиловий жовтий (диметиламіноазобензол)		Оранжево-червоний
Метиловий помаранчевий (диметиламіноазобензолсульфонат натрію)
Метиловий червоний (диметиламіноазобензолкарбонова кислота)
Феноловий червоний (фенолсульфофталеїн)
Фенолфталеїн		Безбарвний	Малиновий
Тимолфталеїн		Безбарвний

Бібліографія:Виноградова E. Н. Методи визначення концентрації водневих іонів, М., 1956, бібліогр.; Індикатори, за ред. Е. Бішопа та І. Н. Марова, пров. з англ., Т. 1-2, М., 1976, бібліогр.

ІНДИКАТОРИ(пізньолат. indicator - покажчик), хім. в-ва, що змінюють забарвлення, або утворюють осад при зміні к.-л. компонента у р-рі. Вказують на певний стан системи чи момент досягнення цього стану. Розрізняють індикатори оборотні та незворотні. Зміна забарвлення перших за зміни стану системи (напр., за зміни рН середовища) м. б. повторено багаторазово. Необоротні індикатори піддаються незворотним хімічним. перетворень, напр., при BrO 3 - руйнуються. Індикатори, які вводять у досліджуваний розчин, зв. внутрішніми, на відміну від зовнішніх, р-цію з к-рими проводять поза аналізованої суміші. В останньому випадку одну або дек. крапель аналізованого розчину поміщають на папірець, просочений індикатором, або змішують їх на білій фарфоровій платівці з краплею індикатора.І індикатори застосовують найчастіше встановлення кінця к.-л. хім. р-ції, гол. обр. кінцевої точки (к. т. т.). Відповідно до титриметрич. методами розрізняють кислотно-основні, адсорбц., окисл.-відновить. та комплексонометрич. індикатори. являють собою р-римі орг соед., які змінюють свій колір або в залежності від Н + (рН середовища). Застосування. для встановлення кінця р-ції між к-тами і (у т. ч. при) або ін. р-цій, якщо в них беруть участь Н +, а також для колориметрич. визначення рН водних розчинів. наиб. важливі наведені у табл. 1. Причина зміни кольору індикаторів у тому, що приєднання чи віддача його пов'язані із заміною одних хромофорних груп іншими або з появою нових хромофорних груп. Якщо індикатор слабка к-та HIn, то водному р-ре має місце : HIn + Н 2 Про D In - + Н 3 Про +. Якщо індикатор - слабкий In, то: In + H 2 O D HIn + + ВІН - . У загальному вигляді можна записати: In a + Н2О D In b + Н 3 Про + , де In a та In b - соотв. кисла і основна форми індикатора, які пофарбовані по-різному. цього процесу До ln = / зв. індикатор. Колір розчину залежить від співвідношення /, яке визначається рН розчину.

Вважають, що колір однієї форми індикатора помітний, якщо в 10 разів перевищує ін. форми, тобто. якщо відношення / = / K ln дорівнює 0,1 або 10. Зміна кольору індикатора відзначається в ділянці рН = рК lп b 1, який зв. інтервалом переходу індикатора. Зміна наиб. Виразно, коли = і К ln = [Н 3 Про] +, тобто. при рН = рК ln. Значення рН, при якому зазвичай закінчується , зв. показником рт. Індикатори для підбирають таким чином, щоб інтервал переходу забарвлення включав значення рН, яке повинен мати розчин у точці еквівалентності. Часто це рН не збігається з рТ використовуваного індикатора, що призводить до т. зв. індикаторної помилки. Якщо в к. т. т. залишається надлишок невідтитрованого слабкого або к-ти, помилка зв. соотв. основний чи кислотної. Чутливість індикатора - (в/л) визначається (в даному випадкуН + або ВІН - ) У точці наиб. різкого переходу фарбування. Розрізняють: чутливі до до-там індикатори з інтервалом переходу в області лужних значень рН (напр., тимолфталеїн); чутливі до індикатори з інтервалом переходу в кислій ділянці (як у диметилового жовтого, та ін); нейтральні індикатори, інтервал переходу яких брало знаходиться бл. рН 7 (нейтральний червоний, та ін).І індикатори бувають з однією або двома забарвленими формами; такі індикатори зв. соотв. одноколірними та двоколірними. наиб. чітка зміна забарвлення спостерігалося б у тих індикаторів, кислотна і основна форми яких пофарбовані в доповн. кольору. Проте таких індикаторів немає. Тому, додаючи, змінюють відповідним чином забарвлення обох форм. Так, у метилового червоного перехід від червоного до жовтого відбувається в інтервалі 2 одиниць рН, а якщо до додати р-ру , то перехід забарвлення від червоно-фіолетової до зеленої спостерігається різко і чітко при рН 5,3. Подібного ефекту можна домогтися, якщо використовувати суміш двох індикаторів, кольори яких брало доповнюють ін. друга. Такі індикатори зв. змішаними (табл. 2).


Суміші індикаторів, які безперервно змінюють свій колір у всій області значень рН від 1 до 14, зв. універсальними. Їх використовують для наближення. оцінки рН розчинів. На зміну забарвлення індикатора впливають його. Для двоколірних індикаторів що вище , то зміна забарвлення менш різко, т.к. Спектри поглинання обох форм накладаються один на одного більшою мірою і стає важче визначити зміну забарвлення. Зазвичай використовують те саме мінімальне (неск. крапель р-ра) у індикатора. Інтервал переходу багатьох індикаторів залежить від т-ри. Так, змінює своє забарвлення при кімнатній т-рі в інтервалі рН 34-44 а при 100 ° С в інтервалі рН 25-33. Це з зміною . Присутні в розчині колоїдні частинки адсорбують індикатори, що призводить до повної зміни його кольору. Для виключення помилки у присутності. позитивно заряджених колоїдних частинок слід застосовувати індикатори-основи, а в присутності. негативно заряджених – індикатори-кислоти. При звичайних умовах необхідно враховувати вплив розчиненого СО 2 особливо при використанні індикаторів з рК ln > 4 (напр., метилового червоного, ). Іноді 2 попередньо видаляють кип'ятінням або титрують р-р відсутність контакту з . Вплив сторонніх нейтральних (сольовий ефект) проявляється у зміщенні індикаторів. У разі індикаторів-кислот інтервал переходу зміщується в більш кислу область, а у разі індикаторів-підстав - більш лужну. Залежно від природи розчинника змінюються забарвлення індикаторів, їх рК ln і чутливість. Так, метиловий червоний дає перехід забарвлення при більш високих значеннях Н + , ніж бромфеноловий синій, а в етиленгліколевому розчині навпаки. У водно-метанольних та водно-етанольних розчинах зміна порівняно з водним середовищем незначна. У спиртовому середовищі індикатори-кислоти більш чутливі до Н + ніж індикатори-основи. Хоча при неврдних середовищах зазвичай к. т. т. встановлюють потенціометрично за допомогою індикаторного скляного , використовують також (табл. 3). Найчастіше для слабких застосовують метиловий червоний або безводної СН 3 СООН; при слабких к-т- у ДМФА. Поведінка індикаторів у неводному та водному середовищах аналогічна. Напр., для слабкої к-ти HIn в р-рителі SН можна записати: HIn + SH D In - + SH 2 +. Механізм дії індикаторів такий самий, як і в, тільки в неводних середовищах користуються відповідними шкалами кислотності (рН р, рА; див.). Як використовують також , що змінюють колір і інтенсивність залежно від рН і дозволяють титрувати сильно забарвлені і каламутні розчини.

Для слабких к-т застосовуються т зв. індикатори помутніння в-ва, що утворюють оборотні , коагулюють у дуже вузькому інтервалі рН (напр., Ізонітроацетил-n-амінобензол дає каламут при рН 10,7-11,0). Як можна використовувати комплекси з (див. нижче); ці комплекси, руйнуючись, змінюють забарвлення розчину у вузькому інтервалі рН. Для визначення орг. к-т і в присутності. незмішується з нею р-телегля застосовують т. зв. амфііндикатори, які являють собою індикаторів-кислот (напр., 00) з разл. орг. (Напр., ). Ці індикатори добре раств. в орг. р-телеглядах, погано в ; відрізняються високою чутливістю. Адсорбційні індикатори в-ва, здатні адсорбуватися на пов-сті осаду і змінювати при цьому забарвлення або інтенсивність. Ці індикатори, як правило, оборотні і використовуються в осаджувальному. чого адсорбується індикатор Велика група індикаторів (табл. 4), що адсорбуються пов-стю осаду з утворенням з , що містяться в осаді.


напр. р-р рожевогокольору, який не змінюється при додаванні AgNO 3 . Але при розчині КВr випадаючий осад адсорбує Ag +, які приєднують до себе. Осад при цьому стає червоно-фіолетовим. У т. т. т., коли відтитровані всі Ag + , забарвлення осаду зникає і р-р стає знову рожевим. Неорг. адсорбц. індикатори утворюють з титранту кольоровий осад або комплекс (як, напр., що застосовуються як індикатори СrО 4- і SCN - в). Як адсорбц. індикаторів застосовуються також деякі кислотно-основні, окисл.-відновить. та комплексонометрич. індикатори, св-ва к-рих (кислотної, окисл.-відновить. потенціали та стійкості комплексів з) в адсорбір. стані залежить від природи і пов-сти осаду. Окислить.-відновить. індикатори - в-ва, здатні змінювати забарвлення залежно від окисл.-відновить. потенціалу розчину. Застосовують для встановлення к. т. т. окисл.-відновить. і для колориметріч. визначення окисл.-відновить. потенціалу (переважно в біології). Такими індикаторами служать, як правило, в-ва, які самі піддаються або, причому окислена (In Oх) і відновлена ​​(In Red) форми мають різні забарвлення. Для оборотних окисл.-відновить. індикаторів можна записати: In Oх + ne D In Red, де п-число. При потенціалі Е відношення обох форм індикатора визначається:
,
де E ln - реальний окисл.-відновить. потенціал індикатора, що залежить від складу р-ра. Інтервал переходу забарвлення практично спостерігається при зміні відношення/від 0,1 до 10, що при 25 °С відповідає D E (В) = E ln b (0,059/n). Потенціал, що відповідає найрізкішій зміні кольору, дорівнює E ln . При виборі індикатора враховують гол. обр. значення E ln, коеф. молярного погашення обох форм індикатора та потенціал розчину в точці еквівалентності. При сильними (К 2 Сr 2 Про 7 , КМnО 4 та ін) застосовують індикатори, що мають порівняно високі E ln , напр., та його похідні; при сильних [Ti(III), V(II) і т.д.] застосовують індикатори з відносно низькими E ln , напр., (табл. 5).


Деякі в-ва змінюють своє забарвлення незворотно, напр., при руйнуються з утворенням бесцв. продуктів, як під дією або нафтоловий синьо-чорний під дією ВrО 3 . Комплексонометричні індикатори - в-ва, що утворюють з (М) пофарбовані комплекси, що за кольором відрізняються від самих індикаторів Застосовуються для встановлення к. т. т. в . Стійкість комплексів з індикаторами (In) менша, ніж відповідних комплексонатів, тому в к. т. т. витісняють індикатори із комплексів с. У момент зміни забарвлення в точці еквівалентності = і, отже, рМ = - lg K Mln де рМ = - lg [M] зв. точкою переходу індикатора, Mln - стійкості комплексу з індикатором. Помилка при пов'язана з тим, що деяка кількість може приєднуватися до індикатора, а не до титранта. наиб. часто використовують т. зв.

При проведенні хімічного процесунадзвичайно важливо простежити за умовами перебігу реакції або встановити досягнення її закінчення. Іноді це вдається спостерігати за деякими зовнішніми ознаками: припинення виділення бульбашок газу, зміни забарвлення розчину, випадання осаду або, навпаки, переходу в розчин одного з компонентів реакції тощо. У більшості випадків для визначення закінчення реакції користуються реактивами допоміжної дії, так індикаторами, які вводять зазвичай в аналізований розчин у невеликих кількостях.

Індикатораминазиваються хімічні сполуки, здатні змінювати забарвлення розчину в залежності від умов середовища, не впливаючи при цьому безпосередньо на випробуваний розчин і напрям реакції. Так, кислотно-лужні індикатори змінюють фарбування залежно від pH середовища; окисно-відновні індикатори - від потенціалу середовища; адсорбційні індикатори - від ступеня адсорбції тощо.

Особливо широко застосовують індикатори аналітичної практиці для титриметричного аналізу. Вони служать також найважливішим інструментомдля контролю технологічних процесів у хімічній, металургійній, текстильній, харчовій та інших галузях промисловості. У сільському господарствіза допомогою індикаторів проводять аналіз та класифікацію ґрунтів, встановлюють характер добрив та необхідна кількістьїх для внесення у ґрунт.

Розрізняють кислотно-лужні, флуоресцентні, окислювально-відновлювальні, адсорбційні та хемілюмінесцентні індикатори.

КИСЛОТНО-ЛУЖНІ (PH) ІНДИКАТОРИ

Як відомо з теорії електролітичної дисоціації, Розчинені у воді хімічні сполуки дисоціюють на позитивно заряджені іони - катіони і негативно заряджені - аніони. Вода також дисоціює дуже мало на іони водню, заряджені позитивно, і іони гідроксилу, заряджені негативно:

Концентрацію водневих іонів у розчині позначають символом.

Якщо концентрація водневих і гідроксильних іонів у розчині однакова, то такі розчини нейтральні і pH = 7. При концентрації водневих іонів, що відповідає pH від 7 до 0, розчин кислий, якщо концентрація гідроксильних іонів більша (pH = від 7 до 14), розчин лужний.

Для вимірювання значення рН користуються різними методами. Якісно реакцію розчину можна визначити за допомогою спеціальних індикаторів, що змінюють своє забарвлення в залежності від концентрації водневих іонів. Такими індикаторами є кислотно-лужні індикатори, які реагують зміну pH середовища.

Кислотно-лужні індикатори в переважній більшості є барвниками або іншими органічними сполукамимолекули яких зазнають структурних змін залежно від реакції середовища. Ними використовують у титриметричному аналізі при реакціях нейтралізації, і навіть для колориметричного визначення pH.

Індикатор	Інтервал pH переходу забарвлення	Зміна забарвлення
Метиловий фіолетовий	0,13-3,2	Жовта – фіолетова
Тимоловий синій	1,2-2,8	Червона – жовта
Тропеолін 00	1,4-3,2	Червона – жовта
- дінітрофенол	2,4-4,0	Безбарвна – жовта
Метиловий помаранчевий	3,1-4,4	Червона – жовта
Нафтиловий червоний	4,0-5,0	Червона – помаранчева
Метиловий червоний	4,2-6,2	Червона – жовта
Бромтимоловий синій	6,0-7,6	Жовта – синя
Феноловий червоний	6,8-8,4	Жовта – червона
Метакрезоловий пурпуровий	7,4-9,0	Жовта – фіолетова
Тимоловий синій	8,0-9,6	Жовта – синя
Фенолфталеїн	8,2-10,0	Безбарвна – червона
Тимолфталеїн	9,4-10,6	Безбарвна – синя
Алізариновий жовтий Р	10,0-12,0	Блідо-жовта - червоно-жовтогаряча
Тропеолін 0	11,0-13,0	Жовта - сріжна
Малахітовий зелений	11,6-13,6	Зеленувато-блакитна - безбарвна

Якщо необхідно підвищити точність вимірювання pH, користуються змішаними індикаторами. Для цього підбирають два індикатори з близькими інтервалами pH переходу забарвлення, що мають в цьому інтервалі додаткові кольори. За допомогою такого змішаного індикатора можна проводити визначення з точністю 0,2 одиниці pH.

Широко користуються універсальними індикаторами, здатними багаторазово змінювати забарвлення в широкому діапазоні значень pH. Хоча точність визначення такими індикаторами не перевищує 1,0 одиниці pH, зате вони дозволяють вести визначення широкому інтервалі pH: від 1,0 до 10,0. Універсальні індикатори зазвичай є комбінацією з чотирьох - семи двоколірних або одноколірних індикаторів з різними інтервалами pH переходу забарвлення, складену таким чином, щоб при зміні pH середовища відбувалася помітна зміна забарвлення.

Наприклад, універсальний індикатор РКС, що випускається промисловістю, - суміш семи індикаторів: бромкрезолового пурпурового, бромкрезолового зеленого, метилового помаранчевого, тро-пеоліну 00, фенолфталеїну, тимолового синього і бромтимолового синього.

Цей індикатор в залежності від pH має наступне забарвлення: при pH = 1 - малинове, pH = 2 - рожево-помаранчеве, pH = 3 - помаранчеве, pH = 4 - жовто-оранжеве, pH = 5 жовте, pH = 6 - зеленувато- жовту, pH = 7 - жовто-зелену. РН = 8 – зелену, pH = 9 – синьо-зелену, pH = 10 – сірувато-синю.

Індивідуальні, змішані та універсальні кислотно-лужні індикатори зазвичай розчиняють у етиловому спиртіі по кілька крапель додають у випробуваний розчин. За зміною забарвлення розчину судять значення pH. Крім спирторозчинних індикаторів, випускаються водорозчинні форми, що являють собою амонійні або натрієві солі цих індикаторів.

У багатьох випадках зручніше користуватися розчинами індикаторів, а індикаторними папірцями. Останні готують так: фільтрувальний папір пропускають через стандартний розчин індикатора, віджимають папір від надлишкового розчину, висушують, розрізають на вузькі смужки і брошурують у книжечки. Для проведення випробування індикаторний папірець опускають у випробуваний розчин або одну краплю розчину поміщають на смужку індикаторного папірця і спостерігають зміну її забарвлення.

ФЛУОРЕСЦЕНТНІ ІНДИКАТОРИ

Деякі хімічні сполуки при впливі на них ультрафіолетових променів мають здатність при певному значенні pH викликати флуоресценцію розчину або змінювати її колір або відтінок.

Цією властивістю користуються для кислотно-лужного титрування олій, каламутних та сильно забарвлених розчинів, оскільки звичайні індикатори для цього непридатні.

Роботу з флуоресцентними індикаторами проводять при освітленні досліджуваного розчину ультрафіолетовим світлом.

Індикатор	Інтервал pH зміни флуоресценції (в ультрафіолетовому світлі)	Зміна кольору флуоресценції
4-етоксиакрідон	1,4-3,2	Зелений – синій
2-Нафтіламін	2,8-4,4	Наростання фіолетової флуоресценції
Діметнлнафтейродін	3,2-3,8	Ліловий - помаранчевий
1-Нафтіламнн	3,4-4,8	Наростання синьої флуоресценції
Акрідін	4,8-6,6	Зелений – фіолетовий
3,6-Діоксифталімід	6,0-8,0	Жовто-зелений - жовтий
2,3-Діціангідрохінон	6,8-8,8	Синій; зелений
Еухрізін	8,4-10,4	Помаранчевий – зелений
1,5-Нафтіламінсульфамід	9,5-13,0	Жовтий Зелений
СС-кислота (1,8-амінонафтол 2,4-дисульфокислота)	10,0-12,0	Фіолетовий – зелений

ОКИСЛЮВАЛЬНО-ВІДНОВЛЮВАЛЬНІ ІНДИКАТОРИ

Окисно-відновні індикатори- хімічні сполуки, що змінюють забарвлення розчину в залежності від значення окисно-відновного потенціалу. Вони застосовуються в титриметричних методах аналізу, а також у біологічних дослідженнях для колориметричного визначення окисно-відновного потенціалу.

Індикатор	Нормальний окислювально-відновний потенціал (при рН=7),	Забарвлення розчину
		окислювальна форма	відновлена ​​форма
Нейтральний червоний	-0,330	Червоно-фіолетова	Безбарвна
Сафранін Т	-0,289	Коричнева	Безбарвна
Індигомоносульфонат калію	-0,160	Синя	Безбарвна
Індигодісульфонат калію	-0,125	Синя	Безбарвна
Індиготрисульфонат калію	-0,081	Синя	Безбарвна
Інднготетрасульфонат калію	-0,046	Синя	Безбарвна
Толуїдиновий блакитний	+0,007	Синя	Безбарвна
Тнонін	+0,06	Фіолетова	Безбарвна
о-Крезоліндофенолят натрію	+0,195	Червонувато-синя	Безбарвна
2,6-Днхлорфеноліндофенолят натрію	+0,217	Червонувато-синя	Безбарвна
м-Бромфеноліндофенолят натрію	+0,248	Червонувато-синя	Безбарвна
Дифеїнбензидин	+0,76 (кислий розчин)	Фіолетова	Безбарвна

АДСОРБЦІЙНІ Індикатори

Адсорбційні індикатори- Речовини, у присутності яких відбувається зміна кольору осаду, що утворюється при титруванні методом осадження. Змінювати колір осаду при певному значенні pH здатні багато кислотно-лужних індикаторів, деякі барвники та інші хімічні сполуки, що робить їх придатними для використання як адсорбційні індикатори.

Індикатор	Визначається іон	Іон осадник	Зміна забарвлення
Алізариновий червоний С			Жовта – рожево-червона
Бромфеноловий синій			Жовта – зелена
			Бузкова - жовта
			Фіолетова - синьо-зелена
Дифенілкарбазид	, ,		Безбарвна - фіолетова
Конго червоний	, ,		Червона – синя
			Синя – червона
Флуоресцеїн	,		Жовто-зелена - рожева
Еозін	,		Жовто-червона - червоно-фіолетова
Еритрозін			Червоно-жовта – темно червона

ХЕМІЛЮМІНЕСЦЕНТНІ Індикатори

До цієї групи індикаторів належать речовини, здатні за певних значень pH висвічувати. видимим світлом. Хемілюмінесцентні індикатори зручно користуватися при роботі з темними рідинами, оскільки в даному випадку в кінцевій точці титрування виникає свічення.

Серед різноманіття органічних речовинзустрічаються особливі сполуки, яким характерні зміни забарвлення у різному середовищі. До появи сучасних електронних pH-метрів індикатори були незамінними «інструментами» для визначення кислотно-основних показників середовища, і продовжують використовуватися в лабораторній практиці як допоміжні речовини аналітичної хімії, а також за відсутності необхідного обладнання.

Навіщо потрібні індикатори?

Спочатку властивість даних сполук змінювати колір у різному середовищі широко застосовувалося для візуального визначення кислотно-основних властивостей речовин у розчині, що допомагало визначити не тільки характер середовища, але й зробити висновок про продукти реакції, що утворюються. Розчини індикаторів продовжують використовуватися в лабораторній практиці для визначення концентрації речовин методом титрування і дозволяють навчитися використовувати підручні способи через відсутність сучасних pH-метрів.

Існує кілька десятків подібних речовин, кожен з яких чутливий до досить вузької області: зазвичай вона не перевищує 3 пунктів за шкалою інформативності. Завдяки такому різноманіттю хромофорів та їхній малій активності між собою вченим вдалося створити універсальні індикатори, які широко застосовуються в лабораторних та виробничих умовах.

Найбільш використовувані індикатори pH

Примітно, що крім ідентифікаційної властивості, дані сполуки мають гарну здатність, що фарбує, що дозволяє використовувати їх для фарбування тканин в текстильній промисловості. З великої кількостііндикаторами кольору в хімії найвідомішими та використовуваними є метиловий помаранчевий (метилоранж) та фенолфталеїн. Більшість інших хромофорів в даний час використовуються в суміші один з одним або для специфічних синтезів і реакції.

Метиловий помаранчевий

Багато барвників отримали назву завдяки своїм основним кольорам у нейтральному середовищі, що притаманне цьому хромофору. Метиловий помаранчевий є азобарвником, що має угруповання - N = N ‒ у своєму складі, яке відповідає за перехід кольору індикатора в червоний та жовтий - у лужний. Самі азосполуки не є сильними основами, проте присутність електродонорних груп (OH, NH 2 , NH (CH 3), N (CH 3) 2 та ін) збільшує основність одного з атомів азоту, який стає здатний приєднувати протони водню за донорно-акцепторним принципом. Тому за зміни концентрацій іонів H + у розчині можна спостерігати зміна забарвлення кислотно-основного індикатора.

Докладніше про одержання метилового помаранчевого

Отримують метиловий помаранчевий реакції з діазотування сульфанілової кислоти C 6 H 4 (SO 3 H)NH 2 з подальшим поєднанням з диметиланіліном C 6 H 5 N(CH 3) 2 . Сульфанілову кислоту розчиняють у розчині натрієвої лугу, додаючи нітрит натрію NaNO 2 а потім охолоджують льодом для проведення синтезу в максимально близьких до 0°C температурах і доливають соляну кислоту HCl. Далі готують окремий розчин диметиланіліну HCl, який охолодженим вливають в перший розчин, отримуючи барвник. Його додатково підлужують, і з розчину випадають в осад темно-жовтогарячі кристали, які після декількох годин відфільтровують і сушать на водяній бані.

Фенолфталеїн

Свою назву цей хромофор отримав зі складу найменувань двох реагентів, які беруть участь при його синтезі. Колір індикатора примітний зміною свого забарвлення в лужному середовищі з придбанням малинового (червоно-фіолетового, малиново-червоного) відтінку, що знебарвлюється при сильному луженні розчину. Фенолфталеїн може приймати декілька форм залежно від показників pH середовища, причому в сильнокислих середовищах він має оранжеве забарвлення.

Цей хромофор отримують шляхом конденсації фенолу та фталієвого ангідриду в присутності хлориду цинку ZnCl 2 або концентрованої сірчаної кислоти H 2 SO 4 . У твердому стані молекули фенолфталеїну є безбарвними кристалами.

Раніше фенолфталеїн активно використовували при створенні проносних речовин, проте поступово його застосування значно скоротилося через встановлені кумулятивні властивості.

Лакмус

Цей індикатор став одним із перших реактивів, що використовуються на твердих носіях. Лакмус є складною сумішшю природних сполук, яку одержують із деяких видів лишайників. Його використовують як як і як засіб визначення pH середовища. Це один із перших індикаторів, який почав використовуватися людиною в хімічній практиці: її застосовують у вигляді водних розчинів або просочених нею смужок фільтрувального паперу. Лакмус у твердому стані є темним порошком із слабким аміачним запахом. При розчиненні в чистій водіколір індикатора приймає фіолетове фарбування, а підкислення дає червоний колір. У лужному середовищі лакмус переходить у синій, що дозволяє використовувати його як універсальний індикатор для загального визначенняпоказника середовища.

Точно встановити механізм і характер реакції, що протікають при зміні pH в структурах компонентів лакмусу не є можливим, так як в нього може входити до 15 різних сполук, причому деякі з них можуть бути нероздільні діючі речовини, що ускладнює їх індивідуальні хімічні дослідження фізичних властивостей.

Універсальний індикаторний папір

З розвитком науки та появою індикаторних паперів встановлення показників середовища багаторазово спростилося, оскільки тепер не потрібно було мати готові рідкі реактиви для якихось польових досліджень, чим досі успішно користуються вчені та криміналісти. Так, на зміну розчинам прийшли універсальні індикаторні папери, які завдяки широкому спектру дії практично повністю усунули необхідність використання будь-яких інших кислотно-основних індикаторів.

Склад просочених смужок може відрізнятися у різних виробників, тому зразковий список вхідних речовин може бути наступним:

• фенолфталеїн (0-3,0 та 8,2-11);
• (ді)метиловий жовтий (2,9-4,0);
• метиловий помаранчевий (3,1-4,4);
• метиловий червоний (4,2-6,2);
• бромтимоловий синій (6,0-7,8);
• α‒нафтолфталеїн (7,3-8,7);
• тимоловий синій (8,0-9,6);
• крезолфталеїн (8,2-9,8).

На упаковці обов'язково наведено зразки кольорової шкали, що дозволяють визначити pH середовища від 0 до 12 (десь 14) з точністю до однієї цілої.

Крім іншого, дані сполуки можуть використовуватися спільно у водних та водно-спиртових розчинах, що робить застосування таких сумішей дуже зручним. Однак деякі з цих речовин можуть бути погано розчиняються у воді, тому необхідно підбирати універсальний органічний розчинник.

Завдяки своїм властивостям кислотно-основні індикатори знайшли своє застосування у багатьох галузях науки, які різноманіття дозволило створити універсальні суміші, чутливі до широкої області показників pH.

У кислому середовищі розчину рН< 7, в нейтральной среде рН = 7, в щелочной рН >7. Чим менше рН, тим більша кислотність розчину. При значеннях рН>7 говорять про лужність розчину.

Існують різні способи визначення рН розчину. Якісно характер середовища розчину визначають за допомогою індикаторів. Індикатори – речовини, які оборотно змінюють свій колір залежно від середовища розчину. На практиці найчастіше застосовують лакмус, метиловий помаранчевий, фенолфталеїн та універсальний індикатор (табл. 2).

Таблиця 2

Забарвлення індикаторів у різних середовищах розчинів

Водневий показник має дуже важливе значення для медицини, його відхилення від нормальних величин навіть на 0,01 одиниці свідчить про патологічні процеси в організмі. При нормальній кислотності шлунковий сік має рН = 1,7; кров людини має рН = 74; слина – рН = 6,9.

Реакції іонного обміну та умови їх протікання

Оскільки молекули електролітів у розчинах розпадаються на іони, то реакції в розчинах електролітів протікають між іонами. Реакції іонного обміну- Це реакції між іонами, що утворилися в результаті дисоціації електролітів. Сутність таких реакцій полягає у зв'язуванні іонів шляхом утворення слабкого електроліту. Іншими словами, реакція іонного обміну має сенс і протікає практично до кінця, якщо в результаті утворюються слабкі електроліти (осад, газ, Н 2 Про та ін). Якщо розчині немає іонів, які можуть зв'язуватися між собою з утворенням слабкого електроліту, то реакція оборотна; рівняння таких реакцій обміну не пишуть.

При записі реакцій іонного обміну використовують молекулярну, повну іонну та скорочену іонну форми. Приклад запису реакції іонного обміну у трьох формах:

K 2 SO 4 + BaCl 2 = BaSO 4 + 2KCl,

2K + + SO 4 2– + Ba 2+ + 2Cl – = BaSO 4 + 2K + + 2Cl – ,

Ba 2+ + SO 4 2– = BaSO 4 .

Правила складання рівнянь іонних реакцій

1. Формули слабких електролітів записують у молекулярному вигляді, сильних – в іонному.

2. Для реакції беруть розчини речовин, тому навіть малорозчинні речовини у разі реагентів записують як іонів.

3. Якщо малорозчинна речовина утворюється в результаті реакції, то при записі іонного рівняння її вважають нерозчинною.

4. Сума зарядів іонів у лівій частині рівняння повинна дорівнювати сумі зарядів іонів у правій частині.

Тест на тему «Теорія електролітичної дисоціації. Реакції іонного обміну»

1. Реакція, яка відбувається при розчиненні гідроксиду магнію в сірчаній кислоті, описується скороченим іонним рівнянням:

а) Mg 2+ + SO 4 2– = MgSO 4 ;

б) H + + OH - = H 2 O;

в) Mg(OH) 2 + 2H + = Mg 2+ + 2H 2 O;

г) Mg(OH) 2 + SO 4 2– = MgSO 4 + 2OH – .

2. У чотирьох судинах міститься по одному літру 1М розчинів наведених нижче речовин. У якому розчині міститься найбільше іонів?

а) Сульфат калію; б) гідроксид калію;

в) фосфорна кислота; г) етиловий спирт.

3. Ступінь дисоціації не залежить від:

а) об'єму розчину; б) природи електроліту;

в) розчинника; г) концентрації.

4. Скорочене іонне рівняння

Al 3+ + 3OH – = Al(OH) 3

відповідає взаємодії:

а) хлориду алюмінію із водою;

б) хлориду алюмінію з гідроксидом калію;

в) алюмінію із водою;

г) алюмінію з гідроксидом калію.

5. Електроліт, який не дисоціює ступінчасто, – це:

а) гідроксид магнію; б) фосфорна кислота;

в) гідроксид калію; г) сульфат натрію.

6. Слабким електролітом є:

а) гідроксид барію;

б) гідроксид алюмінію;

в) плавикова кислота;

г) йодоводородна кислота.

7. Сума коефіцієнтів у короткому іонному рівнянні взаємодії баритової води та вуглекислого газу дорівнює:

а) 6; б) 4; о 7; г) 8.

8. У розчині не можуть бути такі пари речовин:

а) хлорид міді та гідроксид натрію;

б) хлорид калію та гідроксид натрію;

в) соляна кислота та гідроксид натрію;

г) сірчана кислота та хлорид барію.

9. Речовина, додавання якої до води не змінить її електропровідності, є:

а) оцтова кислота; б) хлорид срібла;

в) сірчана кислота; г) хлорид калію.

10. Як виглядатиме графік залежності розжарення електричної лампочки, включеної в ланцюг, від часу, коли електроди занурені у розчин вапняної води, через який тривалий час пропускають вуглекислий газ?

а) Лінійне зростання;

б) лінійне спадання;

в) спочатку спадання, потім зростання;

г) спочатку зростання, потім спадання.