Кислотно-основные индикаторы

В титриметрическом методе анализа для определения конца титрования (точки эквивалентности) применяют индикаторы.

В методе кислотно-основного взаимодействия с этой целью используют такие вещества, окраска которых меняется в кислой и щелочной среде. Их называют кислотно-основные индикаторы или рН-индикаторы.

Кислотно-основные индикаторы представляют собой слабые органические кислоты или основания, протонированные и непротанированные формы которых различаются по структуре и окраске. Существуют одноцветные (например, фенолфталеин) и двуцветные (например, метиловый оранжевый) индикаторы. Окраска каждого из индикаторов изменяется в пределах определенного узкого интервала значений рН, его называют интервале значений рН, его называют интервале перехода окраски индикатора. Для двуцветных индикаторов он рассчитывается по формуле:

∆рН=рК_и±1,

где К_и – константа диссоциации индикатора.

В пределах интервала перехода наиболее резко изменение индикатора наблюдается при определенном значении рН, которое называется показателем титрования и обозначается рТ. Величина рТ находится приблизительно в середине интервала перехода и фактически отождествляется м рК_и.

Выбирают индикатор для титрования так, чтобы интервал перехода окраски индикатора (или рТ) ближе всего совпадал бы с рН титруемого раствора в точке эквивалентности. Поэтому для правильного выбора индикатора необходимо проследить характер кривой титрования, величину скачка титрования и установить рН, соотвествующее точке эквивалентности.

Для сужения интервала перехода и получения более резкого перехода окраски применяют смешанные индикаторы, которые составляют из индикатора и красителя. При определенном значении рН цвет красителя является дополнительным к цвету индикатора. В результате в этой точке окраска будет серой, а переход от окрашенного раствора к серому – контрастным.

Так как в кислотно-основных титрованиях обычно в качестве титранта применяют либо сильную кислоту, либо сильное основание, при выборе индикатора для титрования кислот и оснований можно пользоваться следующими общими указаниями:

1. При титровании сильных кислот и оснований (~0,1 н.) можно применять любой индикатор с рН интервала перехода в пределах 4,3 – 9,7 (от метилового оранжевого до фенолфталеина). При титровании более концентрированных растворов, чем 0,1 н., можно применять любой индикатор с рН интервала перехода 3,3 – 10,7.

2. При титровании слабой кислоты сильным основанием конец титрования наблюдается в интервалах рН=7,74 – 10. В этих случаях можно использовать, например, индикаторы: феноловый красный, тимоловый голубой, фенолфталеин, тимолфталеин.

3. При титровании слабого основания сильной кислотой конец титрования наблюдается в интервале рН=6,26-4. В этих случаях применяют, например, индикаторы: п-нитрофенол, метиловый красный, метиловый оранжевый.

4. При титровании многоосновных кислот или многокислотных оснований нужно рассчитать значения рН для каждой точки эквивалентности и подобрать соответствующие индикаторы. Например, при титровании фосфорной кислоты первая точка эквивалентности соответствует рН=4,33; вторая – 9,57; третья – 12,72. Следовательно, для титрования до NaH₂PO₄ нужно применять метиловый оранжевый, до Na₂HPO₄ – фенолфталеин, до Na₃PO₄ – тимоловый голубой.

Наиболее широко применяемые в кислотно-основном титровании индикаторы и интервалы их перехода представлены далее.

 

Важнейшие кислотно-основные индикаторы

№п/п	Индикатор	Растворитель	Интервал перехода рН и окраска индикатора
	Метиловый фиолетовый	Вода	0,13-0,5 Желтая-зеленая
	Пикриновая кислота	Вода	0,0-1,3 Бесцветная-желтая
	Метиловый зеленый	Вода	0,1-2,0 Желтая-зелено-голубая
	Малахитовый зеленый	Вода	0,13-2,0 Желтая – голубовато-зеленая
№п/п	Индикатор	Растворитель	Интервал перехода рН и окраска индикатора
	Бензолазодифениламин	50% спирт с добавлением 1 мл 1н.НС1 на 100мл раствора	1,1-2,8 Пурпурная-желтая
	Тимоловый синий	А) 20% спирт; Б) вода с добавлением 4,3мл 0.05н. NaOH на 100мг индикатора	1,2-2,8Красная-желтая
	Ксиленовый синий	А) 20% спирт; Б) вода с добавлением 5,3мл 0.05н. NaOH на 100мг индикатора	1,2-2,8 Красная-коричнево-желтая
	Тропеолин оо	Вода	1,4-3,2Красная-желтая
	Метиловый фиолетовый	Вода	2,0-3,0 Синяя-фиолетовая
	Ализариновый желтый	Вода	1,9-3,3 Красная –желтая
	Метиловый желтый	90%-ный спирт	2,9-4,0Красная-желтая
	Метиловый оранжевый	Вода	3,0-4,4 Красная – оранжево-желтая
	Бромфеноловый синий	А)20% спирт; Б) вода с добавлением 3мл 0,.05н. NaOH на 100мг индикатора	3,0-4,6 Желтая-синяя
	Ализариновый красный С	Вода	3,7-5,2 Желтая-фиолетовая
№п/п	Индикатор	Растворитель	Интервал перехода рН и окраска индикатора
	Лакмоид	90%-ный спирт	4,0-6,4 Красная-синяя
	Метиловый красный	60%-ный спирт	4,4-6,2 Красная-желтая
	Бромфеноловый красный	А)20% спирт; Б) вода с добавлением 3,9 мл 0,.05н. NaOH на 100 мг индикатора	5,0-6,8 Желтая-красная
	П-Нитрофенол	Вода	5,6-7,6 Бесцветная-желтая
	Бромтимоловый синий	А)20%-ный спирт; Б) вода с добавлением 3,2 мл 0,.05н. NaOH на 100 мг индикатора	6,0-7,6 Желтая-синяя
	Нейтральный красный	60%-ный спирт	6,8-8,0 Красная-янтарножелтая
	Феноловый красный	А)20% спирт; Б) вода с добавлением 5,7мл 0,.05н. NaOH на 100мг индикатора	6,8-8,0 Желтая-красная
	Нафтолфталеин	70%-ный спирт	7,4-8,6 Желто-розовая-сине-зеленая
	Тропеолин ООО	Вода	7,6-8,9 Желто-зеленая-розовая
№п/п	Индикатор	Растворитель	Интервал перехода рН и окраска индикатора
	О-Крезолфталеин	90%-ный спирт	8,2-9,8 Бесцветная-красная
	Фенолфталеин	60%-ный спирт	8,2-10,0 Бесцветная-пурпурная
	Ализариновый красный С	Вода	10,0-12,0 Фиолетовая-бледно-желтая
	Индигокармин	50%-ный спирт	11,6-14,0 Синяя-желтая

Редокс-индикаторы

Для определения конца титрования (точки эквивалентности) в редоксиметрии используют:

а) безиндикаторное титрование (при исчезновении или появлении окраски титранта или титруемого вещества);

б) специфические индикаторы;

в) окислительно-восстановительные (редокс-индикаторы).

Специфические индикаторы – это вещества, которые образуют интенсивно окрашенные соединения с одним из компонентов окислительно-восстановительной реакции. Например, при титровании йода используют специфический индикатор – крахмал, образующий темно-синее соединение с I^-₃-ионами. При титровании Fe(III) раствором соли Ti(III) в качестве индикатора используют роданид – ионы, которые образуют с Fe(III) комплексы, окрашенные в интенсивно-красный цвет; конечную точку титрования определяют по исчезновению окраски.

Окислительно-восстановительные редокс-индикаторы – это соединения, в основном, органические, способные к окислению и восстановлению, причем их окисленная и восстановленная формы имеют разную окраску. В качестве редокс – индикаторов применяют также комплексы органических лигандов с металлами, способными изменять степень окисления.

Для сопряженной редокс-пары: Ind_ox+ne↔Ind_Red

потенциал рассчитывают по уравнению Нернста (при 25⁰С):

,

где Е⁰-стандартный потенциал, В;

N – число отданных или принятых электронов;

[Ind_ox]–концентрация окисленной формы индикатора (моль/л)

[Ind_Red]-концентрация восстановленной формы индикатора (моль/л).

Приняв предельные соотношения окисленной и восстановленной форм индикатора, при которых заметна окраска одной из форм, равным 10:1 и 1:10, область перехода окраски можно охарактеризовать как область значений потенциала:

∆Е=Е⁰(Ind_ox/Ind_Red)±

Так же, как и при кислотно-основном титровании, интервал перехода окраски индикатора должен лежать внутри скачка титрования. Например, для дихроматометрического определения Fe(II) в 0,1 М H₂SO₄ пригодны индикаторы, изменяющие окраску в интервале 0,85-1,25 В, в том числе широко известный дифениламин (Е⁰=0,76В) или дифениламинсульфокислота (Е⁰=0,85В).

Важнейшие редокс-индикаторы

№п/п	Индикатор	Е^0,В	Растворитель	Окраска
Окисленной формы	Восстановленной формы
	2,2^`-Дипиредил (комплекс с рутением)	+1,33	НС1 (разб)	Бесцветная	Желтая
	Нитрофенантролин (комплекс с Fe^2+)	+1,25	0,025М раствор в воде	Бледно-голубая	Красная
	п-фенилантраниловая кислота	+1,08	А) 2% раствор в воде; Б)0,1% раствор в 0,2% растворе соды	Фиолетово-красная	Бесцветная
№п/п	Индикатор	Е^0,В	Растворитель	Окраска
Окисленной формы	Восстановленной формы
	1,10-Фенантролин (комплекс с Fe^2+)	+1,06	1,624 г солянокислого фенантролина и 0б695г FeSO4 в 100 мл воды	Бледно-голубая	Красная
	2,2^`-дипиридин (комплекс с Fe^2+)	+0,97	НС1 (разб)	Бледно-голубая	Красная
	Дифенилбензидин	+0,76	1% раствор в концентрированной H2SO4	Фиолетовая	Бесцветная
	Метиленовая синяя	рН=0 +0,53 рН=7 +0,01	0,05% раствор в воде	Синяя	Бесцветная
	Индигокармин	рН-0+0,29 рН=7 -0,13	0,05% раствор в воде	Синяя	Бесцветная
	Феносафранин	рН=0 +0,28 рН=7 -0,25	0,05% раствор в воде	Красная	Бесцветная
	Нейтральный красный	рН=0 +0,24 рН=7 -0,33	0,01% раствор в 60% спирте	Красная	Бесцветная