Back to chapter

16.8:

אינדיקטורים

JoVE Core
Chemistry
A subscription to JoVE is required to view this content.  Sign in or start your free trial.
JoVE Core Chemistry
Indicators

Languages

Share

אינדיקטורים משנים את צבעם בהתאם ל-pH, וניתן להיעזר בהם למעקב אחר pH של תמיסה. אינדיקטור pH מכיל חומצה חלשה, המיוצגת ב-HIn המשנה צבע כאשר היא מומרת לבסיס הצמוד לה, יון In.הצבע משתנה לאורך טווח ה-pH של האינדיקטור, שתלוי ב-pKa שלו. אם לתמיסה יש pH נמוך מה-pKa של האינדיקטור, ריכוז ההידרוניום הוא גבוה.שיווי המשקל של התגובה נע שמאלה ומגדיל את ריכוז ה-Hin. כשמוסיפים בסיס, ריכוז ההידרוניום פוחת. שינוי זה ב-pH ממיר Hin ליוני In, וצבע התמיסה משתנה.צבע ה-HIn שולט כשה-pH נמוך ב-1 לפחות ביחס ל-pKa;צבע ה-In שולט כשה-pH גבוה ב-1 לפחות, והצבע הוא מעורב כשה-pH בטווח הביניים. ישנו מגוון של אינדיקטורי pH בעזרתם ניתן לעקוב אחר ה-pH, המשנים את צבעם בטווחי pH מסוימים. הנקודה בה האינדיקטור משנה את צבעו נקראת נקודת הסיום.לאינדיקטור האידיאלי לטטרטרציה יש נקודת סיום הקרובה לנקודה האקווילנטית. עקומת הטטרציה של חומצה ובסיס חזקים היא תלולה בגלל שינוי ה-pH המהיר בסמוך לנקודת שיווי המשקל. בטטרציות אלה ניתן להיעזר בטווח רחב יחסית של אינדיקטורים.במהלך טטרצית חומצה הידרוכלורית 0.1 מולר עם נתרן הידרוקסיד 0.1 מולר, ה-pH מזנק במהירות מ-3 ל-11. ניתן להשתמש כאן בפנולפתלאין, אינדיקטור עם מרווח pH של 8.3 עד 10, או במתיל אדום, אינדיקטור עם מרווח של 4.2 עד 6, ששניהם בעלי נקודות סיום החופפות את החלק התלול של העקומה. לעומת זאת, בטטרציה עם חומצה או בסיס חלשים, העקומה מתונה יותר מטטרציה עם חומצה או בסיס חזקים.לכן, ניתן להיעזר בטווח צר יחסית של אינדיקטורים. במהלך טטרצית חומצה אצטית 0.1 מולר עם נתרן הידרוקסיד 0.1 מולר, ה-pH עולה במהירות מ-7 ל-11. ניתן להשתמש כאן בפנולפתלאין, שנקודת הסיום שלו חופפת את הנקודה האקווילנטית, אבל מתיל אדום לא יהיה אינדיקטור יעיל.

16.8:

אינדיקטורים

Certain organic substances change color in dilute solution when the hydronium ion concentration reaches a particular value. For example, phenolphthalein is a colorless substance in any aqueous solution with a hydronium ion concentration greater than 5.0 × 10−9 M (pH < 8.3). In more basic solutions where the hydronium ion concentration is less than 5.0 × 10−9 M (pH > 8.3), it is red or pink. Substances such as phenolphthalein, which can be used to determine the pH of a solution, are called acid-base indicators. Acid-base indicators are either weak organic acids or weak organic bases.

The equilibrium in a solution of the acid-base indicator methyl orange, a weak acid, can be represented by an equation in which we use HIn as a simple representation for the complex methyl orange molecule:

Eq1

The anion of methyl orange, In, is yellow, and the nonionized form, HIn, is red. When we add acid to a solution of methyl orange, the increased hydronium ion concentration shifts the equilibrium toward the nonionized red form, in accordance with Le Châtelier’s principle. If we add base, we shift the equilibrium towards the yellow form. This behavior is completely analogous to the action of buffers.

The perceived color of an indicator solution is determined by the ratio of the concentrations of the two species In and HIn. If most of the indicator (typically about 60−90% or more) is present as In, the perceived color of the solution is yellow. If most is present as HIn, then the solution color appears red. The Henderson-Hasselbalch equation is useful for understanding the relationship between the pH of an indicator solution and its composition (thus, perceived color):

Eq1

In solutions where pH > pKa, the logarithmic term must be positive, indicating an excess of the conjugate base form of the indicator (yellow solution). When pH > pKa, the log term must be negative, indicating an excess of the conjugate acid (red solution). When the solution pH is close to the indicator pKa, appreciable amounts of both conjugate partners are present, and the solution color is that of an additive combination of each (yellow and red, yielding orange). The color change interval (or pH interval) for an acid-base indicator is defined as the range of pH values over which a change in color is observed, and for most indicators this range is approximately pKa ± 1.

There are many different acid-base indicators that cover a wide range of pH values and can be used to determine the approximate pH of an unknown solution by process of elimination. Universal indicators and pH paper contain a mixture of indicators and exhibit different colors at different pHs.

This text is adapted from Openstax, Chemistry 2e, Section 14.7: Acid-Base Titrations.

Suggested Reading

Coleman, William F. "Molecular models of indicators." Journal of Chemical Education 87 no.1, (2008):1152 https://pubs.acs.org/doi/pdf/10.1021/ed800038w.