Лекция 3 Индикаторы

Индикаторы — вещества, которые, изменяя цвет позволяют возможно точнее установить момент эквивалентности между титруемыми растворами.

В качестве индикаторов чаще всего применяют вещества, способные давать с одним из реагирующих веществ легко заметную цветную реакцию. Например, крахмал в растворе иода окрашивается в интенсивно синий цвет; следовательно, крахмал — индикатор на свободный иод. Индикаторами могут служить также соединения, которые образуют разные окраски с веществами, присутствующими в рстворе. Например, фенолфталеин в кислой и нейтральной среде бесцветен, а в щелочной принимает красно-фиолетовую окраску. Поэтому конец реакции (достижение точки эквивалентности) при титровании кислоты щелочью или, наоборот,— щелочи кислотой в присутствии фенолфталеина почти точно совпадает с моментом изменения окраски раствора.

Иногда индикатором является одно из реагирующих веществ. Например, раствор окислителя КМnО₄в кислой среде при постепенном прибавлении к нему восстановителя обесцвечивается. Как только в растворе весь восстановитель будет окислен, избыточная капляKMnO₄окрасит раствор в бледно-розовый цвет.

Различают две группы индикаторов в зависимости от их применения: внутренние и внешние. Главным образом пользуются внутренними индикаторами, т. е. такими, которые вводят непосредственно в исследуемый раствор. Внешние индикаторы отличаются от внутренних тем, что их нельзя прибавлять в титруемую жидкость, так как между индикатором и титруемым веществом происходит реакция, мешающая точно установить точку эквивалентности между титруемыми растворами. Применяя внешний индикатор в процессе титрования, следует периодически брать каплю титруемого раствора стеклянной трубочкой с оттянутым в капилляр кончиком и смешивать с раствором индикатора на белой фарфоровой пластинке. Иногда каплю исследуемого раствора наносят на фильтровальную бумагу, предварительно смоченную раствором этого же индикатора и затем высушенную. Эта капля собирается на небольшом, участке фильтровальной бумаги. Полученное при этом окрашенное пятно рельефно выделяется.

Примером внешнего индикатора служит феррицианид калия К₃[Fe(CN)₆], употребляемый при определении двухвалентного железа хроматометрическим методом. ИоныFe²⁺взаимодействуют с ионами [Fe(CN)₆]³⁻‑ образуют синий осадок турнбулевой сини:

3Fe²⁺ + 2[Fe(CN)₆]³⁻ = Fe₃[Fe(CN)₆]₂

Ионы Fe³⁺этой окраски не дают. Поэтому когда ионыFe²⁺практически полностью окислены вFe³⁺, образование турнбулевой сини прекратится, К₃[Fe(CN)₆] с исследуемым раствором окраски не дает.

3.1. Индикаторы метода нейтрализации

В методе нейтрализации в качестве индикаторов применяют вещества, изменяющие свою окраску в зависимости от изменения концентрации ионов водорода в растворе. Так как цвет раствора зависит от цвета ионов и недиссоциированных молекул, то в качестве индикаторов применяют слабые органические кислоты или слабые органические основания, у которых цвет недиссоциированных молекул отличается от цвета ионов. Существуют индикаторы, не являющиеся ни кислотами, ни основаниями; изменение цвета их объясняют внутренней перегруппировкой атомов в молекуле, при этом образуются различно окрашенные формы.

Рассмотрим простейший случай, когда индикатор —слабая кислота, формулу которой обозначим черезHInd. Такой индикатор распадается на ионы согласно схеме:

HInd⇄H⁺+ Ind⁻.

При прибавлении к раствору кислоты индикатор находится в недиссоциированном состоянии вследствие влияния одноименного иона Н⁺.Так что цвет индикатора в достаточно кислой среде соответствует окраске его недиссоциированных молекулHind, которые называют кислотной формой индикатора. При добавлении того же индикатора к щелочи образуется его соль, сильно диссоциированная; поэтому окраска его в щелочном растворе обусловлена цветом анионаInd⁻ ,названного щелочной формой индикатора. Цвет индикатора в каждом растворе зависит от соотношения концентрации ионов индикатора и его недиссоциированных молекул, т. е. от соотношения его кислотной и щелочной форм: [HInd]/[Ind⁻].Наиболее важной характеристикой индикатора является его константа диссоциации:

откуда

Так как К_инд—величина постоянная, то отношение [Ind⁻]/[HInd] зависит лишь от концентрации ионов водорода [Н⁺].

Выше было указано, что от отношения [Ind⁻]/[HInd] зависит цвет индикатора в растворе. Следовательно, цвет индикатора в различных растворах зависит от концентрации ионов водорода в этом растворе. Таким образом, различной концентрации ионов водорода в каждом растворе соответствует определенное количество ионов и недиссоциированных молекул индикатора.

По мере титрования кислоты щелочью в растворе уменьшается концентрация ионов водорода, следовательно, возрастает количество диссоциированных молекул индикатора. Этим объясняется изменение окраски раствора при титровании, происходящее не скачкообразно, а постепенно: сначала она зависит от цвета недиссоциированных молекул индикатора, а по мере прибавления щелочи возрастает влияние окраски анионов индикатора в связи с образованием его соли.