Värillinen indikaattorit on pH (tai indikaattorit happo-emäs ) ovat molekyylejä, joilla on kyky muuttaa väriään happamuus (määritelty Bronsted ) niiden ympäristöön. Näennäisen värin ja pH: n yhdistävää ominaisuutta kutsutaan halokromismiksi . Laajemmassa pH-indikaattori on kemiallinen ilmaisin on hydroniumjarosiittina (tai oksonium) H 3 O + ioni .
Tämä ominaisuus antaa väriindikaattoreille hyödyllisyyden tietyissä kokeellisissa tieteissä, kuten kemia , biologia tai lääketiede . Se antaa heille myös opetuksellisen houkutuksen, joka mahdollistaa esimerkiksi happo-emäsmääritysten käyttöönoton lukiossa ilman etukäteen aloitettua reaktion pH-metristä tai konduktimetristä seurantaa .
Koska niiden synteesit johtavat useimmiten kiinteisiin aineisiin, värillisiä indikaattoreita käytetään suurimmaksi osaksi minuuttimäärinä solvatoituneessa tilassa (esimerkiksi vedessä, natriumhydroksidissa tai etanolissa ) vesiliuoksissa. Nämä muutama tippa pystyy sen vuoksi värittämään liuoksen hyvin selvästi ja jälkimmäisen väri on herkkä sen pH: n arvoille. Tapauksissa, joissa indikaattoria ei voida sekoittaa liuokseen (esim. Ruokaan), voimme liottaa erityistä paperia tällä indikaattorilla ja sijoittaa siihen pisaran liuosta muutoksen havaitsemiseksi.
Kemistit alkaen XVII nnen vuosisadan tiesi värien käyttöä indikaattoreita. Mainintoja niiden käytöstä löytyy kuninkaallisten tiedeakatemian varhaiskemikaalien kirjoituksista . Siten Cottereau du Clos kertoo kivennäisvesiä koskevassa tutkimuksessaan, että hän on järjestelmällisesti tutkinut "muuttivatko ne purppuran siirapin värin vihreäksi ja palauttivatko he auringonkukan sinisen värin punoitetulla alumiini- tai vitriolihapolla" ( Observations sur les eaux mineraalit , s. 25 ). Hänen mestarillisessa Cours de Chymie -ohjelmassaan ( 1697 ) Nicolas Lémery kertoo: "Jos otamme veteen valmistetun sinisen tai purppuran tinktuuran, kuten auringonkukasta tai violetista kukasta saadun, ja kaadamme muutaman tipan vitriolihenkeä, se muuttuu välittömästi punainen, mutta jos lisäät alkalisuolaa siihen, se palaa ensimmäisen värinsä ” .
Vuonna 1767 tapahtui ensimmäinen värillisen indikaattorin käyttö happo-emäsmäärityksessä. W. Lewisilla oli ajatus käyttää värimuutosta ekvivalenssin kuvaamiseen. Siihen asti, kaliumkarbonaattia K 2 CO 3 käytettiin emäksenä. Kaasun evoluutio havaittiin ekvivalenssilla.
Ensimmäinen värillinen indikaattori oli siis auringonkukkauute. Määritykset koostuivat sitten kivennäisvesien analyyttisestä tutkimuksesta. Useita muita luonnollisia indikaattoreita hyväksyttiin nopeasti. Voimme lainata punaista kaalia , artisokkaa , ruusua tai punajuurta . Itse asiassa kaikilla näillä yhdisteillä on ominaisuus muuttaa väriä pH: n funktiona . Näillä yhdisteillä on kuitenkin merkittäviä vikoja: niiden kääntymisalue on laaja ja epätarkka, ja se riippuu kyseessä olevan kasvin luonteesta. Sama punakaali saattaa nähdä kääntymisvyöhykkeensä yhdellä tai jopa kahdella pH-yksiköllä.
XIX th vuosisadan näkee huomattavaa kasvua orgaanisen kemian ja uusien synteettisten aineiden, jotka toimivat väri indikaattorit, kuten fenolftaleiinin tai bromotymolisininen käyttämän Luck (1877), ja fluoreseiini (1876). Nämä indikaattorit mahdollistavat tarkemman annostuksen.
Nykyään voidaan käyttää hyvin suurta määrää kemiallisia värillisiä indikaattoreita. Punakaalia käytetään edelleen, mutta pikemminkin koulutustarkoituksiin kemian oppitunneilla. Lakmus käytetään vähemmän hyväksi bromtymolisinisen erityisesti.
Tässä on tyhjentävä luettelo kemian tai biologian tärkeimmistä indikaattoreista. Siirtymien ja värien arvot voivat vaihdella hieman käyttöolosuhteista riippuen (liuottimet, lämpötila, paine jne.).
Indikaattori | Väri (happo) | Siirtymä (noin) | Väri (pohja) | ||
---|---|---|---|---|---|
Bromotymolisininen , BBT ( 1 st siirtymä) | vaaleanpunainen - punainen | ≈0,0 | keltainen | ||
Kresoli punainen (happo - 1 s : ksi) | punainen | 0,0 - 1,0 | keltainen | ||
Gentian violetti | keltainen | 0,0-1,6 | sininen - violetti | ||
Malakiitti vihreä (happo - 1 s : ksi) | keltainen | 0,2 - 1,8 | sininen - vihreä | ||
Tymolisininen (happo - 1 s : ksi) | punainen | 1.2-2.8 | keltainen | ||
Metyylikeltainen | punainen | 2.9-4.0 | keltainen | ||
Bromifenolisininen (BBP) | keltainen | 3,0–4,6 | violetti | ||
Kongon punainen | sininen | 3.0-5.2 | punainen | ||
Helianthine (metyylioranssi) | punainen | 3.1–4.4 | keltainen | ||
Helianthine liuoksessa ksyleenisyanolissa | violetti | 3.2-4.2 | vihreä | ||
Bromikresolivihreä | keltainen | 3.8-5.4 | sininen | ||
Metyylipunainen | punainen | 4.2-6.3 | keltainen | ||
Litmus paperi ( Azolitmine ) | punainen | 4.5-8.3 | sininen | ||
Bromikresoli violetti | keltainen | 5.2-6.8 | violetti | ||
Bromitymolisininen , BBT ( 2 e siirtymä) | keltainen | 6,0-7,6 | sininen | ||
Fenolipunainen ( fenolsulfoneftaleiini ) | keltainen | 6,6-8,0 | punainen | ||
Neutraali punainen | punainen | 6,8-8,0 | oranssi keltainen | ||
Kresolipunainen (perus - 2 e siirtymä) | keltainen | 7.2-8.8 | punainen | ||
Tymolisininen (perus - 2 e siirtymä) | keltainen | 8,0-9,6 | sininen | ||
Fenolftaleiini | väritön | 8.2-10.0 | vaaleanpunainen | ||
Tymolftaleiini | väritön | 9.4-10.6 | sininen | ||
Alitsariini keltainen R | keltainen | 10.1-12.0 | oranssinpunainen | ||
Alizarin | punainen | 11.0-12.4 | violetti | ||
Indigokarmiini | sininen | 11,4-13,0 | keltainen | ||
Malakiitti vihreä (pohja - 2 e siirtymä) | sininen -vihreä | 11.5-13.2 | väritön |
Tässä on tyhjentävä luettelo luonnonvärisistä indikaattoreista. Toisin kuin puhtaat kemialliset indikaattorit, luonnolliset indikaattorit sisältävät useita kemiallisia yhdisteitä, jotka vaikuttavat väriin. Sävytysvyöhykkeet vaihtelevat sen vuoksi käytetyn yhdisteen luonteen mukaan. Esimerkiksi punakaalimehu voi muuttua keltaiseksi vasta, kun pH on> 14, jos se on useita päiviä vanha. Samoin siirtymistä esimerkiksi porkkanamehusta on vaikea havaita. Luonnollisten indikaattoreiden suurin etu synteettisiin ekvivalentteihin nähden on niiden erittäin alhaiset kustannukset. Ne löytyvät usein suoraan luonnosta, jossa ne eivät maksa käytännössä mitään supermarketista , kun taas kemialliset indikaattorit ylittävät kymmenen euroa muutaman gramman puhtaista tuotteista.
Indikaattori | Väri (happo) | Siirtymä (noin) | Väri (pohja) | ||
---|---|---|---|---|---|
Hydrangea (happo - 1 s : ksi) | vaaleanpunainen | noin 0,0 - 1,0 | vaaleanpunainen | ||
Rusina (happo - 1 s : ksi) | fuksia vaaleanpunainen | noin 0,0-2,0 | lohen vaaleanpunainen | ||
Sokerijuurikkaan (happo - 1 s : ksi) | Bordeaux | noin 1,0-2,0 | punainen | ||
Punainen kaali (happo - 1 s : ksi) | punainen | noin 2,0-3,0 | fuksia vaaleanpunainen | ||
Punakaali (happo - 2 e siirtymä) | fuksia vaaleanpunainen | noin 3,0-4,0 | violetti | ||
Tea (happo - 1 s : ksi) | keltainen | noin 3,0-4,0 | tummankeltainen | ||
Mustikka (happo - 1 s : ksi) | punainen | noin 3,0-4,0 | fuksia vaaleanpunainen | ||
Hortensia (happo - 2 e siirtymä) | vaalea pinkki | noin 5,0-6,0 | vaaleanvihreä | ||
Punakaali (pohja - 3 e siirtymä) | violetti | noin 6,0 - 7,0 | violetti | ||
Punainen kaali (emäs - 4 th siirtyminen) | violetti | noin 8,0-9,0 | sininen ankka | ||
Tee (pohja - 2 e siirtymä) | tummankeltainen | noin 8,0 - 10,0 | vaalean ruskea | ||
Punainen kaali (emäs - 5 th siirtyminen) | sininen ankka | noin 10,0 - 11,0 | vihreä | ||
Curry | keltainen | noin 10,0 - 11,0 | oranssinruskea | ||
Kurkuma | keltainen | noin 10,0 - 11,0 | oranssinruskea | ||
Hortensia (pohja - 3 e siirtymä) | vaaleanvihreä | noin 10,0 - 12,0 | vaaleanvihreä | ||
Artisokka | vaaleankeltainen | noin 10,0 - 12,0 | keltainen | ||
Rusina (pohja - 2 e siirtymä) | lohen vaaleanpunainen | noin 11,0 - 12,0 | vihreä | ||
Mustikat (pohja - 2 e siirtymä) | punainen | noin 11,0 - 12,0 | vihreä | ||
Punajuurikas punainen (pohja - 2 e siirtymä) | punainen | noin 11,0 - 12,0 | keltainen | ||
Valkoinen sipuli | vaaleanvihreä | noin 11,0 - 12,0 | keltainen | ||
Päärynä iho | vaaleankeltainen | noin 11,0 - 12,0 | keltainen | ||
Punainen kaali (emäs - 6 th siirtyminen) | vihreä | noin 11,0 - 12,0 | vaaleanvihreä | ||
Rusina (pohja - 3 e siirtymä) | vihreä | noin 12,0 - 13,0 | kullankeltainen | ||
Mustikat (pohja - 3 e siirtymä) | vihreä | noin 12,0 - 13,0 | oranssi | ||
Punakaali (pohja - 7 e siirtymä) | vaaleanvihreä | noin 12,0 - 13,0 | keltainen | ||
Timjami | keltainen | noin 12,0 - 13,0 | ruskea | ||
Tee (pohja - 3 e siirtymä) | vaalean ruskea | noin 13,0 - 14,0 | tumman ruskea |
Muut luonnolliset pH-indikaattorit:
Useat kemialliset yhdisteet voivat olla näiden luonnollisten indikaattoreiden halokromisten ominaisuuksien lähtöpaikka . Tässä on muutama:
PH (potentiaalivety) on koetieteissä käytetty määrä liuoksen happamuuden tai emäksisyyden mittaamiseksi . Se on määritelty desimaalin cologarithm n aktiivisuuden H + -ionien liuoksessa. Koska H + ionit sitoutuvat vesimolekyylejä (noin 1-1), aktiivisuus hydroniumjarosiitti H 3 O + ionit (virheellisesti kutsutaan oksoniumionit) mitataan sen sijaan . Jos katsomme, että liuokset ovat riittävän laimeat ([H 3 O + ] <1 M ja [HO - ] <1 M), veden aktiivisuus on yhtä suuri kuin 1 ja hydroniumionien aktiivisuus rinnastetaan nämä ionit (Aktiivisuus = Gama × Pitoisuus ja Gama ≈ 1, kun liuos laimennetaan), mikä pätee yleensä värillisten indikaattoreiden käyttöön. Joten meillä on:
sH=-Hirsi(kloH+)=-Hirsi[H3O+]{\ displaystyle \ mathrm {pH} = - \ log \ left (a _ {\ mathrm {H} ^ {+}} \ right) = - \ log \ left [{\ rm {H_ {3} O ^ {+ }}} \ oikea]}Perinteisesti ja ottaen huomioon yllä olevat arviot, pH mitataan asteikolla 0-14, vaikka se voi olla tämän alueen ulkopuolella. Tietäen, että veden ionituote on aina todennettu, meillä on:
sHmiei=-Hirsi1=0etsHmklox=-Hirsi10-14=14{\ displaystyle {\ rm {pH_ {min} = - \ log 1 = 0 \ qquad ja \ qquad pH_ {max} = - \ log 10 ^ {- 14} = 14}}}Liuoksen sanotaan olevan hapan, jos sen pH on alle 7, emäksinen, jos se on suurempi kuin 7, ja neutraali, jos se on yhtä kuin 7. Värillisten indikaattorien etuna on, että tämä happamuus voidaan määrittää helposti ja nopeasti.
Värillisen indikaattorin periaate on olemassa kahdessa muodossa, joista toinen hallitsee pH: ta riippuen. PH-aluetta, jossa kumpikaan indikaattorin kahdesta muodosta ei ole enemmistössä, kutsutaan kääntöalueeksi. Laskelmia ja kokeita varten indikaattoreilla on välilehti, joka heijastaa tarkasti värimuutosta. Jos meillä ei ole tietoja kääntymisvyöhykkeestä, vaan vain pK i , niin arvioimme, että yksi laji on hallitseva toisen suhteen, kun ensimmäisen pitoisuus on kymmenen kertaa suurempi kuin toisen. Tämä näkyy vaihtelu yhden pH-yksikön ympärille s K i .
Herkkä sävy on nimi, joka annetaan värille, jonka liuos ottaa sävytysalueella. Usein tämä väri vastaa kyseisten muotojen värien lisäaineseosta.Esimerkki: bromitymolisinisellä (kuvassa) on herkkä vihreä sävy, happojen keltaisten ja emäksisten värien päällekkäin. Joillakin indikaattoreilla voi olla väritön siirtymä johtuen ylimääräisistä elektronisista vaikutuksista, kolmannen välimuodon läsnäolosta tai jopa indikaattorin energian menetyksestä.
Värillistä indikaattoria voidaan pitää heikkona happona / heikkona emäsparina (Brönstedin happamuuden määritelmän mukaan). Merkitään InH indikaattorin happomuotoa ja In - sen emäsmuotoa . Happo-emästasapaino näiden kahden muodon välillä on siten:
MinäeiH⇌Minäei-+H+{\ displaystyle {\ rm {InH \ rightleftharpoons In ^ {-} + H ^ {+}}}} ja siihen liittyvä happovakio on Ki=[Minäei-][H3O+][MinäeiH]{\ displaystyle K _ {\ text {i}} = {\ rm {\ frac {\ left [In ^ {-} \ right] \ left [H_ {3} O ^ {+} \ right]} {\ left [InH \ oikea]}}}} missä [X] on lajin X pitoisuus mol.l −1: ssäMe käyttävät usein p K i , joka on yhtä suuri kuin desimaalin cologarithm ja K i : Kukin ilmaisin on tunnettu siitä, että p K i sen parin tai useamman p K i , jos se on polyhaposta .
Kokeellinen määrittely p K i värillistä indikaattorinSpektrofotometriset mittaukset mahdollistavat kokeellisesti määrittää p K i värillisen indikaattorin.
Mukaan Beer-Lambertin laki , absorbanssi (dimensioton) liuosta, mitattu avulla spektrofotometriä tai kolorimetrillä , on verrannollinen:
Toisaalta absorbanssin alkuperäinen määritelmä on:
AT=HirsiΦ0Φ1{\ displaystyle A = \ log {\ frac {\ Phi _ {0}} {\ Phi _ {1}}}}Φ 0 ja Φ 1 ovat osoitettuja ja välittyviä valovirtoja spektrofotometrin läpi kulkiessa.
Jos laitteen säde ylittää kaksi kertoimien ε λ (1) ja ε λ (2) ja konsentraatioiden c 1 ja c 2 ratkaisua , meillä on:
ATMinäeiH=HirsiΦ0Φ1=ϵλ1⋅l⋅vs.1{\ displaystyle A _ {\ rm {InH}} = \ log {\ frac {\ Phi _ {0}} {\ Phi _ {1}}} = \ epsilon _ {\ lambda _ {1}} \ cdot l \ cdot c_ {1}} ATMinäei-=HirsiΦ0Φ2=ϵλ2⋅l⋅vs.2{\ displaystyle A _ {\ rm {In ^ {-}}} = \ log {\ frac {\ Phi _ {0}} {\ Phi _ {2}}} = \ epsilon _ {\ lambda _ {2} } \ cdot l \ cdot c_ {2}}Koska absorbanssi on lisäainemäärä, meillä on vihdoin:
AT=ATMinäeiH+ATMinäei-=(ϵλ1⋅vs.1+ϵλ1⋅vs.2)⋅l{\ displaystyle A = A _ {\ rm {InH}} + A _ {\ rm {In ^ {-}}} = \ vasen (\ epsilon _ {\ lambda _ {1}} \ cdot c_ {1} + \ epsilon _ {\ lambda _ {1}} \ cdot c_ {2} \ right) \ cdot l}Joten sovelletaan tätä periaatetta värillisiin indikaattoreihin. Käyttämällä kokeellisesti suoritettuja värillisen osoittimen eri muotojen absorbanssikäyriä määritetään pituus, jolle indikaattorin kahden muodon absorbanssiero on suurin.
Tämän jälkeen absorbanssi tällä aallonpituudella uusi ratkaisu, puskuroitu pH-arvoon, joka on lähellä odotettua p K i, määritetään . Voimme käyttää Beer-Lambert-suhdetta kullekin kahdelle happamalle ja emäksiselle liuokselle absorptiokertoimien määrittämiseksi ja sitten laskemalla indikaattorin kunkin muodon pitoisuuden:
Liuoksen absorbanssi puskuroidussa väliaineessa, jossa molemmat muodot esiintyvät samanaikaisesti, saadaan seuraavasti:
AT=ATMinäeiH+ATMinäei-=ATMinäeiH⋅[MinäeiH]vs.+ATMinäei-⋅[Minäei-]vs.{\ displaystyle A = A _ {\ mathrm {InH}} + A _ {\ mathrm {In} ^ {-}} = {\ frac {A _ {\ mathrm {InH}} \ cdot \ left [\ mathrm { InH} \ right]} {c}} + {\ frac {A _ {\ mathrm {In} ^ {-}} \ cdot \ left [\ mathrm {In} ^ {-} \ right]} {c}} }mistä käyttämällä saadaan:
[MinäeiH]⋅(AT-ATMinäeiH)=[Minäei-]⋅(ATMinäei--AT){\ displaystyle \ left [\ mathrm {InH} \ right] \ cdot (A-A _ {\ mathrm {InH}}) = \ left [\ mathrm {In} ^ {-} \ right] \ cdot (A _ {\ mathrm {In} ^ {-}} - A)}On vielä selvitettävä p K i pari INH / In - :
Ki=[Minäei-]tklomsoei[H3O+]tklomsoei[MinäeiH]tklomsoei{\ displaystyle K _ {\ text {i}} = {\ rm {\ frac {\ left [In ^ {-} \ right] _ {puskuri} \ left [H_ {3} O ^ {+} \ right] _ {puskuri}} {\ vasen [InH \ oikea] _ {puskuri}}}}} ja niin sKi=sHtklomsoei-Hirsi[Minäei-]tklomsoei[MinäeiH]tklomsoei{\ displaystyle \ mathrm {p} K _ {\ text {i}} = {\ rm {\ mathrm {pH_ {puskuri}} - \ log {\ frac {\ left [sisään ^ {-} \ right] _ { puskuri}} {\ vasen [InH \ oikea] _ {puskuri}}}}}} sKi=sHtklomsoei-HirsiAT-ATMinäeiHATMinäei--AT{\ displaystyle \ mathrm {p} K _ {\ text {i}} = \ mathrm {pH_ {puskuri}} - \ log {\ frac {AA _ {\ mathrm {InH}}} {A _ {\ mathrm { Kohdassa} ^ {-}} - A}}}Kemiallisia on värillinen, kun se voi absorboida selektiivisesti fotonit tietyillä aallonpituuksilla näkyvän spektrin . Siksi se lähettää näkyvää valoa. Imeytyminen energia yhdisteen on kääntäen verrannollinen aallonpituuden absorptiomaksimin, kukin absorption aallonpituus, joka vastaa emission aallonpituus ja siten värin. Värilliset molekyylit koostuvat kahden tyyppisten atomiryhmien yhdistyksestä:
Kromofooriset ryhmätNe antavat molekyylin sijaita absorbointienergioissa lähellä näkyvää. Tämä on useimmiten elektronijärjestelmiä yhdistettynä (ts. Vaihtamalla kiertorata σ ja kiertorata π , n tai p). Kukin elektronisen siirtymän tyyppi ( π: n sitoutumisen, n: n sitoutumattoman ja π *: n sitoutumisen estävän orbitaalin välillä) vastaa erilaisia absorptioenergiaa (seuraava taulukko):
Kromoforiryhmä | Sähköinen siirtyminen | Suurin absorptio λ max (nm) |
---|---|---|
Alkeeeni C = C | π → π * | 180 |
Karbonyyli C = O | π → π * | 180 |
Bentseeni C 6 H 5 | n → π * π → π * |
277 200 - 255 |
Azo N = N | n → π * | 347 |
Nitroso N = O | n → π * | 665 |
Aallonpituus on absorptiomaksimi kasvaa, kun lukumäärä delokalisoituneita elektroneja, ja siksi mukana konjugaatin järjestelmässä, myös kasvaa.
Happo-emäsvaihdon aikana värillinen indikaattori muuttaa muotoa. Sen uudella rakenteella on siis erilaiset absorbointienergiat, sen väri muuttuu.
Auksokromiset ryhmätJakamaton elektroneja joita kutsutaan auxochromes kuten -OH, -OCH 3 , -NH 2 , -Cl, -N (CH 3 ) 2 , voi pari kromofooriryhmien ja vaikuttaa näin väri molekyylejä. Tästä syystä saman perusrakenteen omaavien yhdisteiden värien erot ovat peräisin.
Klassiset happo-emäs-väriindikaattorit voidaan luokitella pääasiassa kahteen luokkaan: trifenyylimetaanista ja atsobentseeniin . Nämä rakenteet mahdollistavat suuren määrän π-elektronien delokaatioita, ja tälle rakenteelle vartettavat ryhmät pystyvät lisäämään järjestelmän konjugaatiota.
TrifenyylimetaaniUseita eri funktionaaliset ryhmät voidaan sijoittaa para on kaksi sykliä - jopa kolmas varsin harvoin - ja tämä, johtuen paikallistamaton varaus, joka voidaan kuljettaa keskeinen hiili atomin trifenyylimetaania. Siksi ne ovat yleensä Lewis-emäksiä, joilla on vapaa elektronipari , toisin sanoen typpipitoiset tai hydratut yhdisteet . Muut ryhmät voidaan sijoittaa kahden ensimmäisen syklin muihin kohtiin.
Voimme joskus havaita laktonirenkaan R-CO-OR ' läsnäolon 2 " -aseman ja keskushiiliatomin välillä . Tämä pätee ftaaleihin .
Sykli sulfonaatti R-SO 2 -OR 'on puolestaan välissä samoihin paikkoihin molekyylit bromotymolisininen on bromifenolia ja bromikresolivihreätä , jne. Nämä yhdisteet on ryhmitelty perheeseen, jota kutsutaan " sulfonefthaleiiniksi " (tai yksinkertaisesti "sulfoneiksi" pH-indikaattoreiden yhteydessä).
Nimi \ Sijainti | 2 " | 2 | 3 | 4 | 5 | 2 ' | 3 ' | 4 ' | 5 ' |
---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
Bromitymolisininen | SO 3 - | Minä | Br | VAI NIIN | Tavata | Minä | Br | VAI NIIN | Tavata |
Bromifenolisininen | SO 3 - | H | Br | VAI NIIN | Br | H | Br | VAI NIIN | Br |
Bromikresolivihreä | SO 3 - | Minä | Br | VAI NIIN | Br | Minä | Br | VAI NIIN | Br |
Kresolipunainen | SO 3 - | H | Minä | VAI NIIN | H | H | Minä | VAI NIIN | H |
Fenolftaleiini | CO 2 - | H | H | VAI NIIN | H | H | H | VAI NIIN | H |
Tymolftaleiini | CO 2 - | Minä | H | VAI NIIN | Tavata | Minä | H | VAI NIIN | Tavata |
Malakiitti vihreä | H | H | H | NMe 2 | H | H | H | NMe 2 | H |
Monien värillisten molekyylien perusrakenne on 1,2-difenyyliaseeni, joka tunnetaan paremmin nimellä atsobentseeni. Nämä yhdisteet tunnetaan kuitenkin paljon paremmin väriaineina tai väriaineina kuin niiden halokromisilla ominaisuuksilla. Näiden molekyylien sanotaan olevan atso. Ryhmät voidaan sijoittaa trifenyylimetaanijohdannaisten analogisella tavalla pääasiassa para, sitten orto ja meta .
Näiden ryhmien joukosta löytyy muita renkaita, esimerkiksi naftaleenien muodostamiseksi, mutta myös muita atsoryhmiä. Viimeksi mainitut tuottavat molekyylejä, jotka tunnetaan disatsooisena.
Ainoastaan alla olevassa taulukossa olevia indikaattoreita käytetään tosiasiallisesti huolimatta tämän tyyppisten molekyylien suuresta määrästä.
Nimi \ Sijainti | 2 | 3 | 4 | 5 | 4 ' |
---|---|---|---|---|---|
Helianthine | H | H | SO 3 - | H | NMe 2 |
Kongon punainen | NH 2 | naftyyli | SO 3 - | sym | |
Metyylipunainen | CO 2 H | H | H | H | NMe 2 |
Metyylikeltainen | H | H | NMe 2 | H | H |
Alitsariini keltainen R | H | CO 2 H | VAI NIIN | H | NO 2 |
On myös muita värillisiä osoittimia. Voimme lainata:
Mutta kemiallisesti happo-emäsindikaattorina käytetään vain trifenyylimetaanin ja atsobentseenin johdannaisia.
Indikaattori vaihtaa väriä pH: sta riippuen, joten niitä käytetään vastaavuuden tunnistamiseen happo-emäksen titrauksen aikana . Tarkastellaan hapon AH titraamista emäksellä B tai emäksen B titraamista hapolla AH. Happo-emäs-reaktio on seuraava:
ATH+B→AT-+BH+{\ displaystyle {\ rm {AH + B \ oikeanpuoleinen nuoli A ^ {-} + BH ^ {+}}}}Se saadaan parien AH / A - ja BH + / B kahdesta puoliyhtälöstä :
Analyyttinen tutkimus, voidaan määrittää väliset suhteet pH vastaavuus, pitoisuudet lajista ja p K parit.
Titrauksen tyyppi | Esimerkkejä AH: sta |
Esimerkkejä B: stä |
pH vastaavuudessa |
---|---|---|---|
Heikko happo pitoisuus c vahvaa emästä kohti | RCOOH, HXO, NH 4 + |
HO - , NH 2 + alkoholaatti ... |
|
Pitoisuuden c heikko emäs vahvalla hapolla | HX, HXO 4 , HNO 3 |
RCOO - , CO 3 2 - , NH 3 ... |
|
Vahva happo vahvalla emäksellä tai vahva emäs vahvalla hapolla | HX, HXO 4 , HNO 3 |
HO - , NH 2 + alkoholaatti ... |
Kun sopiva värillinen indikaattori on valittu siten, että sen kääntöalue sisältää ekvivalenttipisteen (EP) pH: n, titraus voidaan tehdä värillisellä indikaattorilla.
Esimerkki heikon hapon titraamisesta soodalla (yleisin tapaus)Koska PE: n pH on noin 9, käytetään muutama tippa fenolftaleiinia (kierros 8.2-10), lisätään reaktioseokseen. Siksi vastaavuus tunnistetaan värin muutoksella. Standardiliuos on väritön käsittelyn ensimmäisessä osassa. Soodaa lisätään vähitellen ja liuos muuttuu vaaleanpunaiseksi vastaavuudella, toisin sanoen kun happo ja emäs ovat stökiömetrisissä suhteissa.
Värillisillä indikaattoreilla on oltava erityisen suuri absorbanssi, jopa pieninä määrinä (mikä on indikaattorille ominaista). Siksi niitä voidaan käyttää titrauksissa pitoisuutena, joka voi laskea arvoon 10-6 M. Siksi on varmaa, että näissä olosuhteissa pystyt näkemään muutoksen vaikuttamatta koskaan liuoksen pH-arvoon, vaikka indikaattori pysyy happo-emäsparina. Muutama tippa indikaattoria voi lopulta värjätä kymmeniä ml liuosta.
Joitakin yleisimpiä indikaattoreita käytetään myös orgaanisina väriaineina (erityisesti tekstiileinä). Mainittavaksi voidaan mainita bromitymolisininen, jota voidaan käyttää sinisenä tai keltaisena väriaineena, tai malakiittivihreä, jota käytetään vihreänä väriaineena.
Useimmissa toimittajissa värillisiä indikaattoreita myydään myös nimenomaisella nimellä " tinktuura ", kun ne ovat liuoksessa (kuva päinvastainen).
Värillisiä indikaattoreita tulisi käyttää hyvin pieninä määrinä pH-mittauksissa, koska ne ovat happamia tai emäksisiä yhdisteitä, jotka voivat vaikuttaa liuoksen pH-arvoon. Siksi niillä on oltava suuri imukyky. Myrkyllisyydestään huolimatta niitä ei voida käyttää kulutukseen tarkoitettuihin liuoksiin matalasta pitoisuudestaan huolimatta. Ja niiden osa, luonnollinen indikaattorit on usein erittäin suuri käännekohta alueilla, joilla estetään käyttö tarkkaan pH: n mittausta tai annostus.
Termi universaali indikaattori tarkoittaa värillisten indikaattoreiden seosta, jonka tarkoituksena on vaihtaa väriä asteittain pH: sta riippuen. Siten on mahdollista saada nopeasti käsitys liuoksen pH: sta, tarkemmin kuin indikaattorilla, jolla on yksi tai jopa kaksi kääntymisaluetta.
SävellysUniversaalista indikaattorista on olemassa "klassinen" koostumus. Se muodostaa suurimman osan ratkaisuista paperille, joiden pH vaihtelee välillä 0 - 14. Tässä ovat tämän seoksen ainesosat:
Universaalilla väriindikaattorilla on myös erityispiirre valkoisen valospektrin värien seuraamisessa, kun pH nousee.
Yleiset merkkivärit |
hyvin hapan punainen muoto |
oranssi happomuoto |
keltainen happomuoto |
vihreä neutraali muoto |
perus- sininen muoto |
hyvin yksinkertainen violetti muoto |
---|
Jotkut indikaattorit ovat samanlaisia kuin yleisindikaattorit, sillä niillä on useita kääntöalueita. Tämä koskee esimerkiksi luonnollista indikaattoria, punakaalia.
PH-paperi on itse asiassa erikoispaperi, joka on kastettu universaalissa indikaattorissa . Kun kastat pH-paperin palan liuokseen, se saa sävyn, joka vastaa väliaineen pH: ta. Sitä käytetään kemian laboratorioissa, mutta myös yleislääkäreiden toimistossa, jotka käyttävät sitä esimerkiksi virtsan happamuuden tarkistamiseen.
On myös mahdollista liottaa paperiliuska millä tahansa indikaattorilla - ilman että se on välttämättä yleinen indikaattori - ja lisää sitten muutama tippa haluttua liuosta tähän nauhaan. Tätä tekniikkaa käytetään tarkkailemaan värimuutosta tarvitsematta sekoittaa indikaattoria väliaineeseen, koska värilliset indikaattorit ovat usein myrkyllisiä tai haitallisia. Lakmuspaperi on esimerkki paperille ole yleistä ilmaisin. Se osoittaa happamuuden punaisella värillä ja emäksisyyden sinisellä värillä. Lavoisierin aikaan kemistit käyttivät jo auringonkukka- tai violettimehun tinktuuraa pH-indikaattorina.
PH-paperia käytetään nesteen pH-arvon antamiseen. Kiinteän aineen pH: n määrittämiseksi voidaan käyttää ”pH-lyijykynää”; tätä lyijykynää voidaan käyttää paperille, tekstiileille, puulle, sementille, bitumille, akulle, iholle, muoville, keraamiselle, metallille jne. Sinun täytyy lyödä pintaa lyijykynällä ja odottaa muutama sekunti. Saatu väri osoittaa pH: n.