Студопедия Главная Случайная страница Обратная связь

Разделы: Автомобили Астрономия Биология География Дом и сад Другие языки Другое Информатика История Культура Литература Логика Математика Медицина Металлургия Механика Образование Охрана труда Педагогика Политика Право Психология Религия Риторика Социология Спорт Строительство Технология Туризм Физика Философия Финансы Химия Черчение Экология Экономика Электроника

Кислотно-основные индикаторы




 

Индикаторы кислотно-основного титрования - это сложные органические вещества, которые способны изме­нять свою окраску в зависимости от рН раствора. Извест­но около 200 кислотно-основных индикаторов, относя­щихся к различным классам органических соединений. Наиболее широкое распространение получили индикато­ры группы трифенилметана (фенолфталеин, тимолфталеин, феноловый красный, кристаллический фиолетовый и др.) и группы азосоединений (метилоранж, метиловый красный и др.). Кроме индивидуальных, для титрования часто применяют смешанные индикаторы, представляю­щие собой смеси двух, трех или более индикаторов, кото­рые дают более четкие переходы окраски при изменении рН растворов.

Механизм изменения окраски индикаторов при изме­нении кислотности среды обычно рассматривается с пози­ций ионной и хромофорной теорий.

Согласно ионной (протолитической) теории, кислотно-основные индикаторы представляют собой слабые органи­ческие кислоты HInd или основания IndOH, которые растворах могут существовать в ионизированной и не-ионизированной формах. Эти формы окрашены в разный цвет и находятся в равновесии, зависящем от рН среды. Например, свойства кислотных индикаторов характери­зуются следующим равновесием:

 

Изменение кислотности раствора приводит к смеще­нию равновесия диссоциации либо вправо (увеличение рН), либо влево (уменьшение рН). Это сопровождается из­менением соотношения молекулярной и ионной форм индикатора и, следовательно, изменением окраски раствора.

Хромофорная теория кислотно-основных индикаторов связывает изменение их окраски с изменением строения индикаторов в результате внутримолекулярной перегруп­пировки. Свое название эта теория получила от того, что окраска органических соединений приписывается нали­чию в них особых атомных групп (обычно содержащих кратные связи), называемых хромофорами.

К хромофорам относятся нитрогруппа

 

 

способная превращаться в группу НО – N =, азогруппа -N = N – , переходящая при определенных условиях в груп­пу = N – NH – , несколько близко расположенных друг к другу карбонильных групп > С = О или двойных связей и т.п. Очень важным хромофором является хиноидная система, которая может в определенных условиях образо­ваться из бензольной по следующей схеме:

 

 

Вызванная хромофорами окраска соединения усилива­ется присутствием в молекуле групп, называемых ауксохромами. Важнейшими ауксохромами являются группы -ОН и -NH2, а также их производные, содержащие раз­личные радикалы, например группы - ОСН3, - N(CH3)2, - N(C2H5)2 и т.д. В отличие от хромофоров ауксохромы са­ми по себе не способны придавать окраску соединению, но, присутствуя совместно с хромофорами, они усиливают действие последних.

Согласно хромофорной теории изменение окраски ин­дикаторов происходит в результате внутримолекулярной перегруппировки. Если при этом в индикаторе возникают (или исчезают) группы (хромофоры, ауксохромы), то ок­раска индикатора изменяется. Следует отметить, что превращение изомерных форм друг в друга у индикаторов - процесс обратимый. Обратимая изомерия называется та­утомерией, а соответствующие изомеры - таутомерами. В растворе любого кислотно-основного индикатора соглас­но хромофорной теории присутствуют его различные таутомерные формы, которые находятся в равновесии друг с другом и обладают разной окраской.

Ионная и хромофорная теории совершенно различно ос­вещают процессы, происходящие с индикаторами. Однако они не исключают, а, наоборот, очень удачно дополняют друг друга, так как ионизация молекул индикатора обыч­но предшествует внутримолекулярной перегруппировке.

В качестве примера рассмотрим механизм изменения окраски метилоранжа при переходе от кислой к щелочной среде.

Молекулы метилоранжа содержат одновременно кис­лотную -SO3H и основную -N(CH3)2 группы. При диссоци­ации метилоранжа образуется диполярный ион розового цвета из-за присутствия хромофора - хиноидной системы:

 

 

Этот ион устойчив в кислой среде, а при подщелачивании раствора изменяет свое строение, что сопровождается пере­ходом розовой окраски в желтую вследствие изменения хи­ноидной системы и появления нового хромофора - азо-группы: окраску индикатора, обусловленную обоими хромофо­рами, усиливает присутствие ауксохрома -N(CH3)2.

 

При изменении рН раствора все кислотно-основные ин­дикаторы изменяют свою окраску не скачкообразно, а плавно, т.е. в определенном интервале значений рН, назы­ваемом интервалом перехода окраски индикатора ∆рН.Каждый индикатор имеет свой интервал перехода, который зависит от особенностей структуры индикатора и его способности к ионизации. Интервал перехода окраски ин­дикатора определяется выражением

рН = рК±1, (20.1)

 

где рК - показатель константы ионизации (диссоциации) слабокислотного или слабоосновного индикатора.

Для большинства кислотно-основных индикаторов ин­тервал перехода окраски составляет примерно 2 ед. рН: от рН1 = рК - 1 до рН2 = рК + 1.

Кроме интервала перехода окраски, индикаторы харак­теризуют показателем титрования рТ. Показатель титрова­ния рТ - это значение рН в пределах интервала перехода ок­раски, при котором наблюдается наиболее резкое изменение цвета индикатора и заканчивается титрование. Показатель титрования pTобычно равен рН раствора, при котором кон­центрации обоих окрашенных форм индикатора равны, т.е. [HInd] = [Ind-] и тогда соблюдается равенство: рТ = рН = рК.

В химических справочниках обычно указываются ок­раски кислотной и основной форм индикатора, значения интервала перехода окраски и методика приготовления раствора индикатора. Например, интервал перехода окра­ски индикатора метилоранжа (метиловый оранжевый) на­ходится в пределах рН от 3,1 до 4,4. При рН > 4,4 метил­оранж - желтый, при рН < 3,1 - розовый (см. табл. 2.1), в интервале от рН 3,1 до рН 4,4 окраска его постепенно из­меняется из розовой в желтую. Показатель титрования метилоранжа равен 4,0. Другой индикатор - фенолфтале­ин - при рН < 8 бесцветный, в интервале рН от 8,0 до 10,0 окраска из бледно-розовой постепенно переходит в ярко-малиновую. Показатель титрования для фенолфталеина равен 9. Интервал перехода окраски индикатора метило­вого красного от рН 4,4 до рН 6,2. При рН < 4,4 этот инди­катор имеет красный цвет, при рН > 6,2 - желтый. Пока­затель титрования для этого индикатора равен 5.

Индикаторы применяют либо в виде растворов, не­сколько капель которых добавляют к испытуемому рас­твору, либо в виде индикаторных реактивных бумаг, представляющих собой кусочки фильтровальной бумаги, пропитанные раствором индикатора и высушенные. При определении рН на индикаторную бумагу наносят не­сколько капель испытуемого раствора и по окраске бума­ги судят (приближенно) о его значении.

Различные индикаторы изменяют свой цвет при раз­ных значениях рН, что позволяет подобрать во всем диа­пазоне шкалы подходящий индикатор или индикаторную бумагу. Часто применяют универсальные индикаторы -смеси индикаторов, приобретающих различный цвет при нескольких значениях рН, что позволяет ориентировочно судить о его значении. Универсальные бумаги на обложке имеют сравнительную цветную шкалу значений рН.

 







Дата добавления: 2014-10-22; просмотров: 1554. Нарушение авторских прав

codlug.info - Студопедия - 2014-2017 год . (0.006 сек.) русская версия | украинская версия