17. Ионно-хромофорная теория индикаторов.

1. Ионная теория индикаторов

Индикаторы – это слабые органические кислоты или основания, ионизированные (диссоциированные) и неионизированные(молекулярные) формы которых окрашены в разный цвет.

Индикаторы - это протолиты, образующие сопряженные кислоты и основания, которые в водных растворах окрашены в разный цвет. Например, раствор фенолфталеина в нейтральной (кислой) и щелочных средах:

HInd + H2O → Ind- + H3O+

                  кислота (бесцвет.)  сопряженное основание (малинов.)

   (неионизированная) форма    ионизированная форма

Равновесия в растворе метилового оранжевого:

Ind- + H2O → HInd + OH-

                основание (желт.)     сопряженная кислота (розов.)

Ионная теория достаточно просто и хорошо объясняет изменение цветов индикаторов: при изменении pH среды кислотно-основные индикаторы участвуют в протолитических равновесиях, сопровождающихся изменением структуры индикаторов, что приводит к исчезновению, появлению или изменению окраски. Теория имеет недостаток: она не связывает изменение цвета индикатора с молекулярной структурой индикатора.

2. Хромофорная теория индикаторов

Хромофорная теория была предложена немецким ученым О. Виттом в 1878 г.: «Цветность органических соединений, в частности кислотно-основных индикаторов, обусловлена наличием в молекулярной структуре индикаторов ненасыщенных групп атомов (хромофорные группы). К хромофорам относят:

азогруппу -N=N-,

нитрогруппу -NO2,

нитрозогруппу -N=O,

азометиновую группу >С=N-;

карбонильную группу >С=О,

сопряжённые системы двойных связей,

хиноидные группировки и др.

Усиление окраски (интенсивности окраски) индикатора связано с наличием в их структуре групп атомов: -NH2, -OH, -NHR, -OCH3, пиридин, -SO3H, -C6H5 (фенил), нафтил, называемых ауксохромами. Ауксохромы – группировки, которые сами по себе не окрашены, но влияют на глубину окраски. Сочетание хромофорных и ауксохромных групп обеспечивает окраску индикаторов.

Реакции протонного переноса для таких соединений сопровождаются структурными изменениями с образованием, исчезновением или изменением структуры хромофорных групп. Изменение окраски индикатора происходит вследствие изомерного превращения – внутримолекулярной перегруппировки соединения. Как следствие замена одних ауксохром другими или возникновение новых группировок. Таким образом, помимо протолитических равновесий могут быть и различные таутомерные равновесия. Различные таутомерные формы, обладающие различной окраской, находятся в равновесии. При сдвиге равновесия преобладает одна из таутомерных форм.

3. Ионно-хромофорная теория

Обе теории (ионная и хромофорная) слились в одну – ионно-хромофорную теорию индикаторов, согласно которой: для кислотно-основных индикаторов наиболее характерными факторами, вызывающими изменение окраски, являются:

1) изменение соотношения количеств молекулярной и ионной форм индикатора, происходящее под влиянием кислот и щелочей (т.е. протолитические равновесия);

2) появление или исчезновение хромофорных групп или превращение одних хромофорных групп в другие.

А в целом появление или углубление окраски органического соединения связано с введением в их молекулы хромофоров и ауксохромов, увеличением числа сопряженных связей, диссоциацией или ассоциацией их молекул, образованием ВКС.