Индикаторы в методе кислотно-основного титрования

Индикаторами в методе кислотно-основного титрования служат вещества, меняющие свою окраску при изменении рН среды. Поэтому их называют кислотно-основными, или рН-индикаторами. Молекулы рН-индикаторов содержат так называемые хромофоры (носители цветности), т. е. особые группы атомов с сопряженными двойными связями и неподеленными парами электронов (=С=О, -N=О, -N=N-, и т.д.). Наиболее широко используются в анализе: метиловый оранжевый, фенолфталеин, лакмус, метиловый красный, тимолфталеин, бромтимоловый синий.

Сделать правильный выбор индикатора для титриметрического анализа можно лишь зная теорию индикаторов. Существует так называемая ионно-хромофорная теория индикаторов, объясняющая свойства таких индикаторов. Согласно ионной теории индикаторы, используемые в методе кислотно-основного титрования, – это слабые органические кислоты (или слабые органические основания), у которых недиссоциированные молекулы и образуемые ими ионы имеют различную окраску. Например, если упрощенно обозначить молекулы фенолфталеина через HInd, а анионы его – через Ind ^- , то можно записать следующее уравнение:

HInd H⁺ + Ind^-

бесцветная малиновая

Достаточно к раствору, содержащему фенолфталеин, прибавить немного щелочи, как введенные ОН^- -ионы станут связывать Н⁺ -ионы с образованием малодиссоциирующих молекул Н₂О. Равновесие диссоциации индикатора сместится вправо, и накопление анионов Ind^- - вызовет окрашивание раствора в малиновый цвет. Наоборот, если к раствору фенолфталеина добавить несколько капель кислоты, то будет подавляться диссоциация молекул индикатора. Равновесие сместится влево, и раствор обесцветится. Константа диссоциации для этого равновесия записывается следующим образом:

(6)

Например, у метилового оранжевого , у фенолфталеина .

Из уравнения (6) легко найти концентрацию [H⁺], а затем рН:

(7)

С учетом того, что обычно способность человека к восприятию окраски возможна, когда присутствие одной из окрашенных форм приблизительно в 10 раз больше концентрации другой, получим

или

(8)

т. е. интервал значений рН, в пределах которого индикатор изменяет свою окраску, простирается обычно на одну единицу рН в ту или другую сторону от величины рК индикатора. Этот интервал перехода окраски индикатора называют также областью перехода. Например, область перехода метилового оранжевого простирается от 3,1 до 4,4. При рН > 4,4 метилоранж сохраняет желтую окраску, при рН < 3,1 – розовую. Внутри этого интервала происходит изменение окраски «розовая↔желтая», визуально воспринимаемое как оранжевый цвет. Область перехода фенолфталеина 8,3 – 10,0. При рН > 10,0 фенолфталеин малиновый, при рН < 8,3 – бесцветный. Внутри этого интервала происходит появление/исчезновение бледно-розовой окраски. В ходе титрования раствор титранта приливают до отчетливого изменения окраски индикатора. Значение рН, при котором наблюдается резкое изменение окраски индикатора, называют показателем титрования рТ. Например, у метилового оранжевого рТ = 4, у фенолфталеина значение рТ = 9. Обычно величина рТ находится внутри интервала перехода (см. таб.1).

Таблица 1.