Химические индикаторы

Для титрования слабых кислот применяются так называемые индикаторы помутнения вещества, образующие обратимые коллоидные системы, коагулирующие в очень узком интервале рН (например, изонитроацетил-n-аминобензол дает муть при рН 10,7-11,0). В качестве кислотно-основных индикаторов можно использовать комплексы металлов с металлохромными индикаторами (см. ниже); эти комплексы, разрушаясь, изменяют окраску раствора в узком интервале рН.

Для определения органических кислот и оснований в воде в  присутствии несмешивающегося с  ней растворителя применяют так  называемые амфииндикаторы, которые  представляют собой соли индикаторов-кислот (например, тропеолина 00) с разл. орг. основаниями (напр., алкалоидами). Эти индикаторы хорошо растворимы в органических растворителях, плохо в воде; отличаются высокой чувствительностью.

2. Адсорбционные индикаторы - вещества, способные адсорбироваться на поверхности осадка и менять при этом окраску или интенсивность люминесценции. Эти индикаторы, как правило, обратимы и используются в осадительном титровании В первую очередь осадком адсорбируются ионы, идентичные тем, которые входят в состав самого осадка, после чего адсорбируется индикаторы. Большая группа индикаторов - красители (табл. 4), адсорбирующиеся поверхностью осадка с образованием солей с ионами, содержащимися в осадке.

Табл. 4 Адсорбционные индикаторы (титрант AgNO₃)

Индикатор	Титруемый ион	Изменение окраски
Ализариновый красный	SCN	Желтая красная
Флуоресцеин	Cl, Br, I, SCN	Зелено-желтая розовая
Флуоресцеин-комплексон	Br, I, SCN	Желтая розовая
Эозин	Br, I	Желто-красная красновато-фиолетовая
Эритрозин	I	То же

Например, раствор эозина розового цвета, который не меняется при добавлении AgNO₃. Но при титровании раствором КВr выпадающий осадок адсорбирует ионы Ag⁺, которые присоединяют к себе анионы эозина. Осадок при этом становится красно-фиолетовым. В к. т. т., когда оттитрованы все ионы Ag⁺, окраска осадка исчезает и раствор становится снова розовым. Неорганические адсорбционные индикаторы образуют с ионами титранта цветной осадок или комплекс (как, например, применяемые в качестве индикаторов ионы СrО₄^- и SCN^- в аргентометрии). В качестве адсорбционных индикаторов применяются также некоторые кислотно-основные, окислительно-восстановительные и комплексонометрические индикаторы, свойства которых (константы кислотной диссоциации, окислительно-восстановительные потенциалы и константы устойчивости комплексов с катионами металлов) в адсорбированном состоянии зависят от природы и концентрации ионов на поверхности осадка.

3. Окислительно-восстановительные индикаторы - вещества, способные изменять окраску в зависимости от окислительно-восстановительного потенциала раствора. Применяют для установления к. т. т. окислительно-восстановительного титрования и для колориметрического определения окислительно-восстановительного потенциала (преимущественно в биологии). Такими индикаторы служат, как правило, вещества, которые сами подвергаются окислению или восстановлению, причем окисленная (In_Oх) и восстановленная (In_Red) формы имеют разные окраски.

Для обратимых окислительно-восстановительных  индикаторов можно записать: In_Oх + ne D In_Red , где п - число электронов. При потенциале Е отношение концентраций обеих форм индикаторов определяется уравнение Нернста:

Где E_ln - реальный окислительно-восстановительный потенциал индикатора, зависящий от состава раствора. Интервал перехода окраски практически наблюдается при изменении отношения [In_0x]/[In_Red] от 0,1 до 10, что при 25 °С соответствует DE (в В) = E_ln b (0,059/n). Потенциал, соответствующий самому резкому изменению цвета, равен E_ln. При выборе индикаторов учитывают главным образом значения E_ln, коэффициент молярного погашения обеих форм индикаторов и потенциал раствора в точке эквивалентности индикаторов. При титровании сильными окислителями (К₂Сr₂О₇, КМnО₄ и др.) применяют индикаторы, имеющие сравнительно высокие E_ln, например, дифениламин и его производные; при титровании сильными восстановителями [солями Ti(III), V(II) и т.д.] применяют индикаторы с относительно низкими E_ln, например, сафранин, метиленовый голубой (табл. 5).

Табл. 5 Окислительно-восстановительные  индикаторы

Индикатор	Eln, B (при pH →0)	Окраска
		Окисленной формы	Восстановленной формы
Дифенил-амин-2,2’-дикарбоновая к-та	1,26	Сине-фиолетовая	Бесцветная
1,10-Фенантролин  + Fe (II)	1.14	Бледно-голубая	Красная
Фенилантраниловая к-та	1,08	Красно-фиолетовая	Бесцветная
Эриоглауцин А	0,99	Оранжевая	Желтая
Дифениламин	0,76	Фиолетовая	Бесцветная
Дифенилбензидин	-	То же	То же
Метиленовый голубой	0,53	Синяя	Бесцветная
Индиготетрасульфоновая  к-та	0,36	Синяя	Бесцветная
Сафранин Т	0,24	Красная	Бесцветная

Некоторые вещества изменяют свою окраску необратимо, например, при окислении разрушаются с образованием бесцветных продуктов, как индиго под действием гипохлоритов или нафтоловый сине-черный под действием ионов ВrО₃.

4. Комплексонометрические индикаторы - вещества, образующие с ионами металлов (М) окрашенные комплексы, по цвету отличающиеся от самих индикаторов. Применяются для установления к. т. т. в комплексонометрии. Устойчивость комплексов металлов с индикаторы(In) меньше, чем соответствующих комплексoнатов, поэтому в к. т. т. комплексоны вытесняют индикаторы из комплексов с металлами. В момент изменения окраски в точке эквивалентности [In] = [MIn] и, следовательно, рМ = — lg K_Mln, где рМ = — lg[M] наз. точкой перехода индикаторы, К_Mln - константа устойчивости комплекса металла с индикатором. Ошибка при титровании связана с тем, что некоторое количество иона металла может присоединяться к индикатору, а не к титранту. Наиболее часто используют так называемые металлохромные индикаторы(табл. 6) - орг. вещества, образующие с катионами металлов растворимые в воде интенсивно окрашенные (e_l 10⁴-10⁵) внутрикомплексные соединения. Эти соединения должны быть достаточно устойчивы, чтобы образовываться при очень низких концентрациях ионов металлов. Индикатор и его комплекс должны находиться в истинном растворе. Дня повышения растворимости реагента и комплекса обычно вводят смешивающийся с водой растворитель. Комплекс металла с индикатором должен быть лабильным и быстро разрушаться под действием комплексона. Различают селективные и универсальные металлохромные индикаторы, взаимодействующие соотв. с небольшим числом или с многими катионами. К первым относятся, например, тайрон, галлион, ко вторым - арсеназо I, пиридилазонафтол (ПАН), пирокатехиновый фиолетовый, ксиленоловый оранжевый, метилтимоловый синий, хромазурол и др.

Табл. 6 Металлохромные индикаторы.

Индикатор	Определяемый  металл	pH	Изменение окраски (MIn→In)
Арсеназо I (уранон)	Ca	10	Фиолетовая красно-оранжевая   Фиолетовая
	Mg	10
	U(IV)	1.7
	Th(IV)	1.7 3,0	оранжевая
Галлион ПАР [4-(2-пиридилазо)резорцин]	Ga	2	Синяя розовая
	Bi (III)	1-2	Красная желтая
	Cd	8-10
	Cu	5-11
	In	2.5
	Ni	5
Кальцихром (кальцион ИРЕА)	Ca	13	Красная синяя
		11-13	Ярко-розовая синяя
Эриохромовый  черный Т (солохромовый  Черный Т, хромогеновый  Черный Т)	Cd   In Mg Zn	6.8 11,5 8  10 10 6.8 10	Красная синяя   То же
ПАН Кселеноловый оранжевый	Cu Bi(III) Ca   Cd Cu   Pb Th(IV)	4.5 1   3 10.5   5   6 4   6   5   6 1.6 3,5	Красная желтая То же Сине-фиолетовая серая Розовая желтая Красно-фиолетовая Желтая То же Розовая желтая
Пирокатехоновый фиолетовый	Bi Co Cu   In Pb	2   3 9.3 5 6.3 5   6 5.5	Синяя желтая Синяя красновато-пурпурная Синяя желтая То же
Алюминон	Al   Ca	4.4   8.5 9,9	Красная Сине-фиолетовая Красно-фиолетовая желтая
Мурексид	Ca   Cu	10   4	Розовая или  Красная фиолетовая Оранжевая

Иногда в качестве комплексонометрических индикаторов применяют комплексонат какого-либо иона (например, [CuY]^2- , где Y - анион этилендиаминтетрауксусной кислоты) в смеси с металлохромным индикаторы, например ПАН. При введении определяемого иона М²⁺ происходит реакция: М²⁺ + [CuY]^2- + ПАН D [MY]^2- + [СuПАН]⁺. При титровании каким-либо комплексоном в к. т. т. окраска раствора меняется от фиолетовой к желто-оранжевой, т.е. очень контрастно. При комплексонометрическом определении Сu используют в качестве индикатора ее комплекс с ПАН, адсорбированный на поверхности осажденного AgI. В этом случае можно определять Ag и Сu при совместном присутствии: в кислой среде раствором KI оттитровывают сначала ионы Ag, а затем комплексоном - ионы Сu.

Применяются также так  называемые неокрашенные комплексонометрические индикаторы, избирательно взаимодействующие  с ионами определяемого металла с образованием слабо окрашенных (e_l 10³) комплексов, например, сульфосалициловая кислота при титровании Fe (III). Флуоресцентные комплексонометрические индикаторы(или металлофлуоресцентные индикаторы) взаимодействуют с катионами металлов с образованием интенсивно флуоресцирующих хелатов.

Заключение:

Индикаторы. вещества, позволяющие следить за составом среды или за протеканием химической реакции. Соединение, позволяющее визуализировать изменение концентрации какого-либо вещества или компонента, например, в растворе при титровании, или быстро определить pH, еН и др. параметры. Существуют также химические индикаторы для самых различных специальных целей, например, для определения дозы облучения. Индикаторы позволяют быстро и достаточно точно контролировать состав жидких или газообразных сред, следить за изменением их состава, или за протеканием химической реакции.

Список использованной литературы:

1. Денеш И. Индикаторы, пер. с англ., т. 1-2, М., 1976;

2. Коренман И.М. Титрование в неводных средах, пер. с англ., М., 1971;

3. Симонова Л.Н. Новые титриметрические методы, М., 1983;

4. Крешков А. П., Основы аналитической химии, 3 изд., кн. 2, М.,1971.