5.4. Колориметрический метод определения рН

Метод основан на применении индикаторов, окраска которых зависит от величины рН. Эти индикаторы иначе называют рН-индикаторами.

Индикаторы представляют собой слабые органические кислоты или основания, у которых ионы и недиссоциированные молекулы имеют различную окраску. Индикаторы бывают одноцветными (окрашена одна форма) и двухцветными (окрашены обе формы). Например, фенолфталеин, представляющий собой слабую кислоту, является одноцветным индикатором, молекулы которого бесцветны, а анионы окрашены в малиновый цвет. В кислой среде диссоциацию молекул фенолфталеина подавляют присутствующие в растворе ионы водорода, вследствие чего фенолфталеин остается бесцветным и его недиссоциированную молекулу называют кислотной формой индикатора. В щелочной среде образующиеся при диссоциации ионы водорода будут связываться с гидроксильными ионами среды, равновесие сместится вправо, что приведет к накоплению анионов индикатора, которые окрасят раствор в малиновый цвет. В этом случае анионы индикатора, обуславливающие окраску раствора, носят название щелочной формы индикатора.

Аналогичным образом происходит изменение окраски основных индикаторов, к которым относится, например, метиловый оранжевый. Он является двухцветным индикатором: в кислотной форме имеет красную окраску, а в щелочной – желтую.

В растворе всегда присутствуют обе формы индикатора, но переход окраски наблюдается только при определенном соотношении обеих форм. Следовательно, видимое изменение окраски индикатора происходит не при любом изменении рН, а лишь внутри определенного диапазона его значений, которые называются интервалом перехода индикатора. Интервалы перехода наиболее часто применяемых индикаторов приведены в табл. 5.1.

Таблица 5.1

Характеристика индикаторов для определения рН

Название индикатора	Интервал, рН	Окраска индикатора в форме		Раствор
		кислотной	щелочной
Тимоловый синий	1,2…2,8	Красный	Желтый	0,1 %-й водный
Метиловый оранжевый	3,1…4,4	Красный	Оранжевый	–  –
Бромфеноловый синий	3,0…4,6	Желтый	Синий	–  –
Конго красный	3,0…5,2	Фиолетовый	Красный	–  –
Бромкрезоловый зеленый	3,8…5,4	Фиолетовый	Синий	–  –
Метиловый красный	4,2…6,2	Красный	Желтый	0,1 %-й водный или 0,2 %-й спиртовой
Бромтимоловый синий	6,0…7,6	Желтый	Синий	0,1 %-й водный
Лакмус	5,0…8,0	Красный	Синий	То же
Нейтральный красный	6,8…8,0	Красный	Желтый	0,1-й в 60 %-м спирте
Тимоловый синий	8,2…9,8	Желтый	Синий	0,1 %-й водный или 0,1 %-й в 20 %-м спирте
Фенолфталеин	8,2…9,8	Бесцветный	Малиновый	0,1 %-й в 50 %-м спирте
Тимолфталеин	9,3…10,5	Бесцветный	Синий	0,1 %-й в 80 %-м спирте

Зная интервал перехода индикатора, можно по окраске раствора приближенно определить рН. Для этого сначала по лакмусу устанавливают реакцию среды. Если с прибавлением лакмуса раствор окрасится в красный цвет, значит, реакция кислая и нужно брать индикаторы с интервалом перехода в кислой среде. Затем, последовательно проводя пробы с разными индикаторами, находят такой, при котором окраска раствора соответствует щелочной форме индикатора. Значение рН раствора находится между интервалами перехода двух последних индикаторов. Например, если при добавке метилового красного раствор окрашивается в красный цвет, а при добавке метилового оранжевого – в оранжевый, то рН раствора лежит в пределах 3,1…4,2.

Для ориентировочного определения рН пользуются универсальными индикаторами, представляющими собой смесь индикаторов с интервалом перехода от сильнокислой до сильнощелочной реакции среды.

Индикаторы рН применяют в виде растворов, индикаторных карандашей и индикаторных бумажек.

Промышленностью выпускаются два набора индикаторных бумажек. Первый набор предназначен для ориентировочного определения рН. Он содержит универсальные индикаторные бумажки и цветную шкалу сравнения. Для определения рН полоску бумажки смачивают исследуемым раствором и сравнивают со шкалой. По совпадению окрасок находят приблизительное значение рН раствора.

Второй набор используется для точного определения рН. В нем имеются цветные полоски с цифрами, указывающими узкие диапазоны чувствительности (1,8…3,6; 3,6…5,7; 5,7…7,4 и так до 12,4…13,6 рН), и индикаторные бумажки с соответствующим интервалом перехода. Установив приближенное значение рН раствора, берут соответствующую ему индикаторную бумажку и погружают ее в раствор до полного смачивания; затем цвет средней части бумажки сравнивают с окраской цветных шкал, находят границы рН, в которых оттенок шкалы полностью совпадает с окраской индикаторной бумажки. Точность метода не превышает 0,1 рН.