Кривые титрования сильный и слабых кислот протолитов.

Протолит - вещество, участвующее в реакциях с переходом протона.

В таблице 16.6 приведен пример изменений рН при титровании сильной кислоты с начальной концентрацией 0,1 моль/л сильным основанием, а на рисунке 16.5 изображена кривая титрования (кривая 1).

Из таблицы и рисунка видно, что около точки эквивалентности происходит очень сильное изменение рН – от 3 до 10 единиц. Таким образом, для определения точки эквивалентности можно взять любой индикатор, зона перехода которого попадает в этот интервал рН.

Рис. 16.5. Кривые титрования

сильной (1) и слабой (2) кислот сильным основанием

Факторы, влияющие на характер кривых титрования:

• константы нестойкости комплекса ( чем более устойчив комплекс, тем больше скачок титрования),

• концентрации реагентов (чем больше концентрация, тем больше скачок),

• рН титруемого раствора.

Вопрос № 66: Теория кислотно-основных индикаторов.

Кислотно-основные индикаторы – индикаторы реагирующие на изменение рН раствора. К таким индикаторам относятся фенолфталеин, метиловый оранжевый, крезоловый синий, п-нитрофенол и др. Существует несколько теорий кислотно-основных индикаторов. Основные из них: ионная теория, хромофорная теория, ионно-хромофорная теория. Рассмотрим эти теории на примере п-нитрофенола: Ионная теория: П-нитрофенол представляет собой слабую кислоту и диссоциирует в растворе согласно уравнению на рисунке 1.

Окраска раствора в котором индикатор находится в молекулярной форме (в данном случае бесцветная) отличается от окраски индикатора в ионной форме (желтая окраска, интервал перехода 5,6 – 7,6 рН) В кислой среде концентрация ионов водорода большая и равновесие сдвинуто влево, следовательно цвет индикатора – бесцветный. В нейтральной среде и при переходе к щелочной среде равновесие сдвигается вправо, так как концентрация ионов водорода уменьшается. Зависимость от рН раствора определяется константой равновесия процесса диссоциации индикатора и называется константой индикатора, Кинд. Для п-нитрофенола Кинд = [H+]*[[C6H4(NO2)O]-]/ [C6H4(NO2)OH]

Согласно хромофорной теории в процессе изменения рН раствора меняется строение молекулы п-нитрофенола, то есть происходит бензоидно-хиноидная таутомерия (рис.2.)

Обе формулы представляют одно соединение, но в различных таутомерных формах, в фенольной форме – бесцветная окраска, под действием щелочи происходит перегруппировка п-нитрофенола в аци-нитроциклогексадиенон и образуется хиноидная форма, которая имеет окраску.

Вопрос № 67: Примеры практического использования.

Индикаторы (от английского indicate-указывать) - это вещества, которые изменяют свой цвет в зависимости от среды раствора. С помощью индикаторов качественно определяют реакцию среды.

В настоящее время на практике широко применяют следующие индикаторы: лакмус, фенолфталеин, метиловый оранжевый.

Одним из давно известных индикаторов является лакмус. Хотя лакмус уже в течение нескольких столетий, верно, служит людям, его состав так до конца и не изучен. Лакмус- это сложная смесь природных соединений. Он был известен уже в Древнем Египте и в Древнем Риме, где его использовали в качестве фиолетовой краски- заменителя дорогостоящего пурпура. Затем рецепт приготовления лакмуса был утерян. Лишь в начале 14 века во Флоренции вновь была открыта фиолетовая краска орсейль, тождественная лакмусу, причем способ ее приготовления в течение многих лет держали в секрете.

Готовили лакмус из специальных видов лишайников. Измельченные лишайники увлажняли, а затем добавляли в эту смесь золу и соду. Приготовленную таким образом густую массу помещали в деревянные бочки, добавляли мочу и выдерживали долгое время. Постепенно раствор приобретал темно- синий цвет. Его упаривали и в таком виде применяли для окрашивания тканей. В 17 веке производство орсейли было налажено во Фландрии и Голландии, а в качестве сырья использовали лишайники, которые привозили с Канарских островов.

Похожее на орсейль красящее вещество было выделено в 17 веке из гелиотропа - душистого садового растения с темно- лиловыми цветками. Именно с этого времени, благодаря Р. Бойлю, орсейль и гелиотроп стали использовать в химической лаборатории. И лишь в 1704 году немецкий ученый М. Валентин назвал эту краску лакмусом.

Сегодня для производства лакмуса измельченные лишайники сбраживают в растворах поташа (карбоната калия) и аммиака, затем в полученную смесь добавляют мел и гипс.

В 19 веке на смену лакмусу пришли более прочные и дешевые синтетические красители, поэтому использование лакмуса ограничивается лишь грубым определением кислотности среды. На смену лакмусу в аналитической химии пришел лакмоид - краситель резорциновый синий, который отличается от природного лакмуса и по строению, но сходен с ним по окраске: в кислой среде он красный, а в щелочной - синий.

В наши дни известны несколько сот кислотно-основных индикаторов, искусственно синтезированных начиная с середины 19 века. Индикатор метиловый оранжевый (метилоранж) в кислой среде красный, в нейтральной – оранжевый, а в щелочной – синий.

Более яркая цветовая гамма свойственна индикатору тимоловому синему: в кислой среде он малиново-красный, в нейтральной – желтый, а в щелочной – синий. Индикатор фенолфталеин (в медицинской практике его раньше называли пургеном, сейчас редко применяют в качестве слабительного) в кислой и нейтральной среде – бесцветен, а в щелочной имеет малиновую окраску. Поэтому фенолфталеин используют лишь для определения щелочной среды. В зависимости от кислотности среды изменяет окраску и краситель бриллиантовый зеленый (его спиртовой раствор используется как дезинфицирующее средство – зеленка). В сильнокислой среде его окраска желтая, а в сильнощелочной среде раствор обесцвечивается.

Однако в последнее время в лабораторной практике используется универсальный индикатор- смесь нескольких индикаторов. Он позволяет легко определить не только характер среды, но и значение кислотности (рН) раствора.