§ 128. Індикатори методу кислотно-основного титрування (методу нейтралізації)

При титруванні до розчину одного компонента добавляють розчин дру­гого компонента, поки буде досягнута точка еквівалентності, тобто поки кількості добавленого і взятого компонентів будуть еквівалентними. У мето­ді нейтралізації розчин кислоти титрують розчином основи або навпаки. Для визначення кінця титрування використовують індикатори. Практично майже неможливо підібрати індикатор, який показав би кінець титрування в точці еквівалентності. Тому точку кінця титрування, яку визначають ін­дикатором, називають кінцевою тонкою титрування. Кінцева точка титру­вання завжди відрізняється від точки еквівалентності. Чим більше ці точ­ки різняться між собою, тим більша помилка титрування.

Індикатори методу нейтралізації є слабкими органічними кислотами або основами, молекулярна форма яких має інше забарвлення, ніж іонна. Індикатори методу нейтралізації бувають одно- і двоколірні. Одноколірні індикатори мають забарвлення лише в одній, звичайно іонній (сольовій) формі. Колір цих форм різний і залежить від рН розчину.

406

У водних розчинах кислотні індикатори дисоціюють на іони:

Піп ?± Н+ + Іп-. (1)

Характеристикою індикатора є його константа кислотної дисоціації:

к

(2)

Шп

- І^н+) У'¹~\ [Н/лІ •

Залежно від величини константи дисоціації кислотно-основні індикато­ри поділяють на сильні, проміжні і слабкі. Сильні індикатори характери­зуються величиною Кніп > Ю^—7 і змінюють своє забарвлення в кислому середовищі при рН < 7. Типовим представником цієї групи індикато­рів є метилоранж, забарвлення якого змінюється в межах рН = = 3,4-4,3.

Метилоранж є амфотерним електролітом, який і в нейтральних, і в луж­них розчинах перебуває в іонному стані. Зміна структури метилоранжу при переході з лужних і нейтральних розчинів у кислі характеризується таким рівнянням:

[(CH,)₂N-^Vn=N-/' \-S03]Na⁺+ H⁺ ^ Жовтий; рН = 4,0 і більше

^(CH₃)₂N-

_ҐА

-N—<( 7~^S°3 ^{+ Na +} Н

Червоний ; рН < 4,0

Індикатори проміжної сили змінюють своє забарвлення при рН я= 7. До цієї групи індикаторів належить лакмус, який змінює своє забарв­лення в межах рН = 6,8—7,2.

Слабкі індикатори змінюють забарвлення в слабко лужному середовищі. Типовим представником цієї групи індикаторів є фенолфталеїн, дві гідроксильні групи якого мають кислотний характер.

При переході в сольову форму змінюється структура фенолфталеїну:

_СГ

т

/\

/ >-

/ \

+ 2NaOH ^Ј

о=с—о

-он

Na""

Безбарвний рН<8

При великій концентрації лугу (рН дить в іншу, безбарвну форму.

+ 2 Н,0 .

С-

и о

Червоний рН>8

13,5—14) фенолфталеїн перехо-

407

Інтервал переходу індикатора. Колір індикатора залежить від концен­трації водневих іонів розчину. Розглянемо характер цієї залежності для кислотних індикаторів. Установлені залежності справджуються також для індикаторів інших типів.

З рівняння (1) видно, що стан рівноваги між молекулярною та іонною формами індикатора залежить від величини рН розчину. З константи дисо­ціації індикатора можна обчислити межі рН, в яких змінюватиметься його

Таблиця 25^}

Величина рН . Індикатор 0 2 4 6 8 Ю 12 14
Метиловий фіолетовий	"/')(* | І і і |
Тимоловий синій (1 перехід)	ч/ж і і і і і
Метилоранж	1 Ч/[Ж 1 і 1 1
Бромфенол синій	і жХф і ! і І 1 1 J 1 І 1
Метиловий червоний	\чАж і і
Лакмус	цУс\
Нейтральний червоний	і і \ЧЛ і
Феноловий червоний	! і і жуАЧ \ І
Тимоловий синій (//перехід)	і і J *j/j j
Фенолфталеїн	і і і У<\\
Тимолфталеін	І !•! І !*! •

забарвлення в розчині. При цьому треба мати на увазі, що людське око помічає зміну забарвлення розчину лише в тому випадку, коли не менш як 10% загальної кількості індикатора переходить з однієї забарвленої фор­ми в іншу.

Виходячи з рівняння (2), можна записати:

[III I

(3)

звідки

[Н/л]

рН = р/С_Шп + lg [„J ⁼ Р*нл. + '8 "до" ^{да рК}™>, ~ • •

* Позначення в таблиці: ж безбарвний.

жовтий; с

синій; ф — фіолетовий; ч — червоний;

408

або

РН = /»*,„„ +'В-yjj-«P*n/,. + l-

Отже, інтервал кислотності розчину, в межах якого відбувається поміт­на для людського ока зміна забарвлення індикатора, визначається рівнянням

Р^И = РКш„*¹- (4)

Таблиця 26. Значення рТ деяких індикаторів

Індикатор

рТ

Метилоранж Метиловий червоний Лакмус Фенолфталеїн Тимолфталеїн

Цей інтервал рН називають інтервалом пе­реходу індикатора. Для переважної більшос­ті індикаторів інтервал переходу за рівнян­ням (4) лежить у межах двох одиниць рН. Проте треба зазначити, що величина інтер­валу переходу до деякої міри залежить та­кож від індивідуальних особливостей інди­каторів, зокрема від кольору та інтенсив­ності забарвлення молекулярної і сольової форм індикатора.

Інтервал переходу кислотно-основних ін­дикаторів, залежно від величини рН, наве­дено в табл. 25.

Показник титрування індикатора. У межах інтервалу переходу індика­тора є значення рН, при якому спостерігається найбільш помітна людським оком зміна кольору індикатора. Це значення рН називають показником титрування індикатора і позначають рТ.

Різка зміна кольору відбувається, як правило, в той момент, коли кон­центрації іонної і молекулярної форм індикатора стають однаковими; тому показник титрування здебільшого збігається з величиною логарифма кон­станти дисоціації з оберненим знаком —рК. Проте специфічні властивості окремих індикаторів можуть призводити до певної розбіжності величин рТ і рК. У табл. 26 наведено значення рТ деяких індикаторів.