47. Водородный показатель, pH.

Растворы, в которых концентрация ионов водорода и гидроксид-инов одинаковы, называются нейтральными растворами и [H⁺]=[OH-]=1*10^-7 моль/литр. В кислых растворах больше концентрация ионов водорода, в щелочных — гидроксид-ионов. Концентрации ионов водорода и OH- в воде и любом водном растворе взаимосвязаны. Увеличение концентрации ионов водорода (например при добавлении кислоты) вызывает уменьшение концентрации OH- и наоборот. Кислотность раствора обычно выражают через концентрцию ионов водорода. Для удобства вместо самой величины молярной концентрации [H⁺] или [OH-] пользуются показалетелем величины концентрации pH=-log[H⁺] или pOH= -log[OH-]. Чем pH меньше, тем больше кислотность раствора. При pH=7 среда нейтральная. Это означат, что молярные концентрации ионов H+ и OH- равны, ведь чистой воде pH=pOH=7. Экспериментально водородный показатель раствора можно определить с помощью индикатора: вещества, которое изменяет окраску при изменении pH раствора.

48. Кислотно-основные индкаторы.

Большинство кислотно-основных и металлохромных индикаторов относятся к обратимым. Обратимыми являются те индикаторы, для которых наблюдаемые изменения около точки перехода окраски происходят любое число раз в одну или другую сторону при изменении концентрации соответствующего компонента системы. Эти индикаторы удобны, потому что при случайном введении избытка того или иного вещества определение будет правильным. Так, фенолфталеин окрашивает раствор в розовый цвет при добавлении щелочи и обесцвечивается при добавлении избытка кислоты. Этот процесс может быть повторен практически неограниченно.

Кислотно-основные индикаторы - 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 определения pH часто применяют смешанные индикаторы, представляющие собой смеси двух, трех или более индикаторов, которые дают более четкие переходы окраски при изменении рН растворов.

Согласно ионной (протолитической) теории, кислотно-основные индикаторы представляют собой слабые органические кислоты Hind или основания IndOH, которые в растворах могут существовать в ионизированной в и неионизированной 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. Если при этом в индикаторе возникают (или исчезают) группы, то окраска индикатора изменяется. Ионная и хромофорная теории дополняют друг друга, так как ионизация молекул индикатора обычно предшествует внутримолекулярной перегруппировке.

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. Каждый индикатор имеет свой интервал перехода, который зависит от особенностей структуры индикатора и его способности к ионизации. Для большинства кислотно-основных индикаторов интервал перехода окраски составляет примерно 2 ед. рН.

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, в интервале от рН 3,1 до рН 4,4 окраска его постепенно изменяется из розовой в желтую. 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.

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.