Индикаторы в методе кислотно-основного титрования
В методах кислотно-основного титрования для определения конечной точки титрования используют кислотно-основные индикаторы. Кислотно-основные индикаторы - это органические вещества, способные видимо и обратимо изменять свою окраску в растворе при изменении рН среды. Существуют различные теории индикаторов, каждая из которых по-своему объясняет поведение кислотно-основных индикаторов в кислых и щелочных средах.
Ионная теория индикаторов. В связи с тем, что кислотно-основные индикаторы представляют собой слабые кислоты или слабые основания, любой индикатор диссоциирует в растворе согласно уравнению:
HInd ↔ Н++ Ind-
бесцветный малиновый
Окраска раствора, в котором индикатор находится в молекулярной форме (HInd), отличается от окраски раствора, в котором индикатор находится в ионной форме (Ind -). Так, молекулы фенолфталеина HInd бесцветны, а его анионы Ind - окрашены в малиновый цвет. Достаточно к раствору, содержащему фенолфталеин, прибавить 1-2 капли щелочи, как введенные ОН--ионы станут связывать катионы Н+ с образованием слабого электролита - молекул воды. При этом равновесие диссоциации индикатора сместится вправо, и накопление анионов Ind- вызовет окрашивание раствора в малиновый цвет.
Переход одной окраски, присущей молекулярной форме кислотно-основного индикатора, в другую, свойственную его ионной форме, происходит под влиянием Н+ или ОН--ионов, то есть зависит от рН раствора.
Существуют также хромофорная и ионно-хромофорная (объединенная) теории индикаторов.
Объединяя все теории можно сказать, что для кислотно-основных индикаторов наиболее характерными факторами, вызывающими изменение окраски, являются изменение соотношения количеств молекулярной и ионной форм индикатора, происходящее под влиянием кислот и щелочей, и появление или исчезновение хромофорных групп или же превращение одних хромофорных групп в другие.
Величину рН, до которой титруют раствор с данным индикатором, называют показателем титрования этого индикатора - рТ.
Важнейшие индикаторы имеют следующие области перехода и показатели титрования:
Показатель титрования рТ |
Область перехода рН |
Метиловый оранжевый 4,0 |
3,1 - 4,4 |
Метиловый красный 5,5 |
4,4 - 6,2 |
Лакмус 7,0 |
5,0 - 8,0 |
Фенолфталеин 9,0 |
8,0 - 10 |
Комплексонометрическое титрование
В аналитической химии широко применяется метод анализа, основанный на использовании реакций, сопровождающихся образованием внутрикомплексных (хелатных) соединений с органическими соединениями - комплексонами. Комплексонами называют аминополикарбоновые кислоты и их производные.
В анализе используют
ее динатриевую соль Na2H2L
2Н2О,
которая в отличие от кислоты хорошо
растворима в воде и находит более широкое
применение.
Комплексоны являются полидентатными лигандами, которые образуют со многими катионами (Са2+, Ва2+, Sr2+, Mg2+, Со2+, Сu2+, Bi3+, Al3+, Zn2+, Fe3+, Ni2+ и др.) очень прочные, хорошо растворимые в воде, бесцветные внутрикомплексные (хелатные) соединения. Внутрикомплексные соли образуются всегда в тех случаях, когда катионы металла - комплексообразователя замещают активные атомы водорода функциональных групп органического соединения, а также с определенными его группами образуют координационные (донорно-акцепторные) связи. К группам, в которых атомы водорода способны замещаться на ионы металла, относятся -СООН, -SО3Н, -ОН, =NOH и др. Донорно-акцепторную связь с ионами комплексообразователя способны образовывать группы -NH2, =NH, -NOH, =S, =СО и др.
Комплексонометрия (трилонометрия) - титриметрический метод анализа, основанный на реакциях взаимодействия комплексонов (чаще всего трилона Б), катионами щелочноземельных и тяжелых металлов, которые приводят к образованию растворимых в воде бесцветных прочных внутрикомплексных соединений. Трилон Б (комплексон III) образует внутрикомплексные соединения с катионами металлов за счет валентных связей с карбоксильными группами, вытесняя из них атомы водорода, а также за счет координационных связей ионов-комплексообразователей с атомами азота.
В растворе трилон Б диссоциирует на ионы:
Схематически реакции комплексообразования с катионами, имеющими различные степени окисления, можно представить следующими уравнениями:
H2L2- + Ме2+ ↔ [MeL]2- + 2Н+
H2L2- + Ме3+ ↔ [MeL]- + 2Н+
H2L2- + Ме4+ ↔ [MeL] + 2Н+
Способы фиксирования конечной точки титрования. При комплексонометрическом титровании используют металлохромные индикаторы (металлоиндикаторы). Металлоиндикаторы - это органические красители (мурексид, эриохром черный Т, эриохром сине-черный Б, цинкон и др.), которые образуют с определяемыми ионами растворимые в воде окрашенные комплексные соединения, менее прочные, чем комплекс катиона металла с трилоном Б.
При этом комплекс катиона с индикатором и свободный индикатор имеют различную окраску:
H2Ind- + Ме 2+↔ [Ме Ind]-