Химические индикаторы

Содержание:

Введение.

1. Кислотно-основные индикаторы.

2. Адсорбционные индикаторы.

3. Окислительно-восстановительные  индикаторы.

4. Комплексонометрические  индикаторы.

Заключение.

Список использованной литературы.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Введение.

Индикаторы (позднелат. indicator - указатель), химические вещества, изменяющие окраску, люминесценцию или образующие осадок при изменении концентрации какого-либо компонента в растворе. Указывают на определенное состояние системы или на момент достижения этого состояния.

Различают индикаторы обратимые  и необратимые. Изменение окраски  первых при изменении состояния  системы может быть повторено  многократно. Необратимые индикаторы подвергаются необратимым химическим превращениям, например, азосоединения при окислении ионами BrO₃^- разрушаются. Индикаторы. которые вводят в исследуемый раствор, называют внутренними, в отличие от внешних, реакцию с которыми проводят вне анализируемой смеси. В последнем случае одну или несколько капель анализируемого раствора помещают на бумажку, пропитанную индикатором, или смешивают их на белой фарфоровой пластинке с каплей индикатора.

Индикаторы применяют  чаще всего для установления конца  какой-либо химической реакции, главным  образом конечной точки титрования (к. т. т.). В соответствии с титриметрическими  методами различают кислотно-основные, адсорбционные, окислительно-восстановительные  и комплексонометрические индикаторы.

1. Кислотно-основные индикаторы представляют собой растворимые органические соединения, которые меняют свой цвет или люминесценцию в зависимости от концентрации ионов Н⁺ (рН среды). Применение для установления конца реакции между кислотами и основаниями (в том числе при кислотно-основном титровании) или других реакций, если в них участвуют ионы Н⁺, а также для колориметрического определения рН водных растворов. Наиболее важные кислотно-основные индикаторы приведены в табл. 1. Причина изменения цвета индикаторов в том, что присоединение или отдача протонов его молекулами связаны с заменой одних хромофорных групп другими или с появлением новых хромофорных групп.

Если индикатор – слабая кислота HIn, то в водном растворе имеет  место равновесие: HIn + Н₂О D In^- + Н₃О⁺ . Если индикатор - слабое основание Штб тоЖ Шт + РБЫГИЮ2Б.ЫГИЮЩ В РШтБЫГЗЮ+Б.ЫГЗЮ + ОНБЫГЗЮ-Б.ЫГЗЮю В общем виде можно записать: In_a + Н₂О D In_b + Н₃О⁺, где In_a и In_b - соответственно кислая и основная формы индикаторов, которые окрашены различно. Константа равновесия этого процесса К_ln = [In_b][H₃O⁺]/[In_a] называется константой индикатора. Цвет раствора зависит от соотношения [In_a]/[In_b], которое определяется рН раствора.

Табл.1 Кислотно-основные индикаторы.

Индикатор	Интервал перехода	Окраска		Используемый р-р индикатора
		В кислой среде	В щелочной среде
Малахитовый зеленый	0,0-2,0 11,5-14,0	Желтая Синяя	Зеленая Бесцветная	Насыщенный в этаноле
Малахитовый фиолетовый	0,15-3,2	Желтая	Фиолетовая	0,1%-ный в воде
Метаниловый желтый	1,2-2,3	Красная	Желтая	То же
Тропеолин 00	1,3-3,2	То же	То же	0,04%-ный в 50%-ном этаноле
Диметиловый желтый	2,9-4,0	-	-	0,1%-ный в 90%-ном этаноле
Метиловый оранжевый	3,1-4,4	-	-	0,04%-ный в воде
Метиловый красный	4,4-6,2	-	-	0,1%-ный в этаноле
Нейтральный красный	6,8-8,0	Синевато-красная	Оранжево-желтая	0,1%-ный в 70%-ном этаноле
Тропеолин 000	7,4-8,9	Желтовато-зеленая	Розовая	0,1%-ный в воде
Тропеолин 0	11,1-12,7	Желтая	Красно-коричневая	То же
Фенолфталеин	8,2-9,8	Бесцветная	Пурпурная	0,1%-ный в этаноле
Тимолфталеин	9,3 10,5	То же	Синяя	0,04 или 0,1 г в смеси (1:1)
Тимоловый синий	1,2-2-8 8,0-9,6	Красная Желтая	Желтая Синяя	0,04 г в 0,86 мл 0,1 М NaOH
Крезоловый красный	0,2-1,8 7,0-8,8	Красная Желтая	Желтая Пурпурная	0,04 г в 1,05 мл 0,1 М NaOH
Ксиленоловый синий	1,2-2,8 8,0-9,6	Красная Желтая	Желтая Синяя	0,04 г в 0,96 мл 0,1 М NaOH

Считают, что цвет одной  формы индикатора заметен, если ее концентрация в 10 раз превышает концентрацию другой формы, то есть если отношение [In_a]/[In_b] = [H₃O⁺]/K_ln равно 0,1 или 10. Изменение цвета индикатора отмечается в области рН = рК_lп b 1, который называют интервалом перехода индикатора. Изменение наиболее отчетливо, когда [In_a] = [In_b] и К_ln = [Н₃О]⁺, т.е. при рН = рК_ln. Значение рН, при котором обычно заканчивается титрование, называют показателем титрования рТ.

Индикаторы для титрования подбирают таким образом, чтобы  интервал перехода окраски включал  значение рН, какое должен иметь  раствор в точке эквивалентности. Часто это значение рН не совпадает  с рТ используемого индикатора, что  приводит к так называемой индикаторной ошибке. Если в к. т. т. остается избыток  неоттитрованного слабого основания или кислоты, ошибка наз. соотв. основной или кислотной.

Чувствительность индикаторов - концентрация (в моль/л) определяемого  иона (в данном случае Н⁺ или ОН^- ) в точке наиболее резкого перехода окраски. Различают: чувствительные к кислотам индикаторы с интервалом перехода в области щелочных значений рН (напр., фенолфталеин, тимолфталеин); чувствительные к основаниям индикаторы с интервалом перехода в кислой области (как у диметилового желтого, метилового оранжевого и др.); нейтральные индикаторы, интервал перехода которых находится около рН 7 (нейтральный красный, феноловый красный и др.).

Индикаторы бывают с одной  или двумя окрашенными формами; такие индикаторы называют соотв. одноцветными и двухцветными. Наиболее четкое изменение  окраски наблюдалось бы у тех  индикаторов, кислотная и основная формы которых окрашены в дополнительные цвета. Однако таких индикаторов  существует. Поэтому, добавляя краситель, изменяют соответствующим образом  окраски обеих форм. Так, у метилового красного переход от красного к желтому  происходит в интервале 2 единиц рН, а если к раствору добавить метиленовый  синий, то переход окраски от красно-фиолетовой к зеленой наблюдается резко  и отчетливо при рН 5,3. Подобного  эффекта можно добиться, если использовать смесь двух индикаторов, цвета которых  дополняют друг. друга. Такие индикаторы называют смешанными (табл. 2).

Табл. 2 Смешанные индикаторы для кислотно-основного титрования.

Состав	pT	Окраска
		В кислой среде	В щелочной среде
0,1 г метилового оранжевого + 0,25 г индигокармина в 100 мл воды	4,1	Фиолетовая	Зеленая
1 часть 0,2%-ного водного р-ра  метилового оранжевого + 1 часть 0,2%-ного  р-ра флуоресцеина	4,5- 4,8	Красная	Зеленая флуоресценция
1 часть 0,2%-ного р-ра метиленового  красного + 1 часть 0,1%-ного р-ра  метиленового голубого в этаноле	5,4	Красновато-фиолетовая	Зеленая
1 часть 0,1%-ного р-ра фенолового  красного в этаноле + 2 части  0,02%-ного водного р-ра метиленового  голубого	7,3	Зеленая	Фиолетовая

Смеси индикаторов, которые  непрерывно изменяют свой цвет во всей области значений рН от 1 до 14, называют универсальными. Их используют для  приблизительной оценки рН растворов. На изменение окраски индикатора оказывают влияние его концентрации. Для двухцветных индикаторов  чем выше концентрация, тем изменение  окраски менее резко, так как  спектры поглощения обеих форм накладываются  друг на друга в большей степени  и становится труднее определить изменение окраски. Обычно используют одно и то же минимальное (несколько  капель раствора) количество индикатора.

Интервал перехода многих индикаторов зависит от температуры. Так, метиловый оранжевый меняет свою окраску при комнатной температуре  в интервале рН 3,4-4,4, а при 100 °С в интервале рН 2,5-3,3. Это связано  с изменением ионного произведения воды. Присутствующие в растворе коллоидные частицы адсорбируют индикаторы, что приводит к полному изменению его цвета. Для исключения ошибки в присутствии положительно заряженных коллоидных частиц следует применять индикаторы - основания, а в присутствии отрицательно заряженных – индикаторы - кислоты.

При титровании в обычных  условиях необходимо учитывать влияние  растворенного СО₂, особенно при использовании индикаторы с рК_ln > 4 (напр., метилового оранжевого, метилового красного, фенолфталеина.. Иногда СО₂ предварительно удаляют кипячением или титруют раствор в отсутствие контакта с атмосферой. Влияние посторонних нейтральных электролитов (солевой эффект) проявляется в смещении равновесия индикаторы. В случае индикаторов-кислот интервал перехода смещается в более кислую область, а в случае индикаторов-оснований - в более щелочную.

В зависимости от природы  растворителя меняются окраски индикаторов, их рК_ln и чувствительность. Так, метиловый красный в воде дает переход окраски при более высоких значениях активности ионов Н⁺ , чем бромфеноловый синий, а в этиленгликолевом растворе наоборот. В водно-метанольных и водно-этанольных растворах изменение по сравнению с водной средой незначительно. В спиртовой среде индикаторы-кислоты более чувствительны к ионам Н⁺, чем индикаторы-основания.

Хотя при титровании в  неводных средах обычно к. т. т. устанавливают  потенциометрически с помощью стеклянного  индикаторного электрода. используют также кислотно-основные индикаторы (табл. 3). Чаще всего для титрования слабых оснований применяют метиловый красный в диоксане или кристаллический фиолетовый в безводной СН₃СООН; при титровании слабых кислот - тимоловый синий в ДМФА.

Поведение индикаторов в  неводной и водной средах аналогично. Напр., для слабой кислоты HIn в растворителе SН можно записать равновесие: HIn + SH D In^- + SH₂⁺. Механизм действия индикаторов такой же, как и в воде, только в неводных средах пользуются соответствующими шкалами кислотности (рН_р).

В качестве кислотно-основных индикаторов используют также люминесцентные индикаторы. меняющие цвет и интенсивность флуоресценции в зависимости от рН и позволяющие титровать сильно окрашенные и мутные растворы.

Табл. 3 Кислотно-основные индикаторы для титрования в неводных средах

Индикатор	Определяемые в-ва и  р-ритель	Изменение окраски	Используемый р-р индикатора
Азофиолетовый	Фенолы, енолы, имиды ДМФА или пиридине, к-ты в этилендиамине	Оранжевая Голубая	Насыщенный в бензоле
Бромфеноловый синий	Амины, алкалоиды, сульфамидные препараты  в хлорбензоле, CHCl3, этаноле или безводной CH3COOH	Фиолетовая желтая	0,1%-ный в бензоле
Конго красный	Амины в диоксане	Красная синяя	0,1%-ный в метаноле
o-Нитроанилин	Фенолы в этилендиамине	Желтая Оранжево-красная	0,15%-ный в метаноле
Кристаллический фиолетовый	Основания, амины, алколоиды, аминокислоты, пуриновые основания в безводной CH3COOH	Голубая зеленая	0,1%-ный в безводной CH3COOH
Метиловый фиолетовый	Амины, производные антипирина, алколоиды  в безводной CH3COOH	Зеленая желтая	0,1%-ный в безводной CH3COOH
n-Гидроксиазобензол	Карбоновые кислоты в ацетоне	Бесцветная желтая	0,1%-ный в бензоле
Тимоловый синий	Алколоиды, к-ты а ДМФА, метаноле, этиленгликоле	Желтая синяя	0,1%-ный в метаноле
Тимолсульфофталеин	То же	То же	То же
Тропеолин 00	Алколоиды (в т.ч. кофеин) в безводной CH3COOH	Желтая фиолетовая	0,1%-ный в безводной CH3COOH
Пикриновая к-та	Фенолы в этилендиамине	Желтая бесцветная	0,1%-ный в этаноле