Рис1.Кривая титрования 0,2мh2co3 0,2м раствором NaOh . Выбор индикатора.

Признаком достижения точки эквивалентности служит приобретение раствором определённого значения pH. Индикаторами в методе кислотно-основного титрования служат вещества, окраска которых меняется в зависимости от изменения величины pH. Окраска каждого из индикаторов изменяется внутри определённого узкого интервала значений pH, причем этот интервал зависит только от свойств данного pH-индикатора и совершенно не зависит от природы реагирующих между собой кислоты и основания.

К индикаторам предъявляются следующие требования:

1. Индикатор должен обладать высоким светопоглощением так, чтобы даже небольшое количество его было заметно для глаза. Большая концентрация индикатора может привести к расходу на него титранта.

2. Переход окраски должен быть контрастным.

3. Область перехода должна как можно уже

Цветные индикаторы в кислотно-основном титровании – это слабые органические кислоты и основания, протонированные и непротонированные формы которых различаются структуре и окраске. Существуют одноцветные (например, фенолфталеин) и двухцветные (например, метиловый оранжевый) индикаторы.

Изменение окраски индикатора связано с таутомерией органических молекул, содержащих хромофор. Такие соединения обладают подвижными -электронами, и в зависимости от распределения электронной плотности молекуле можно приписать несколько структур. Промежуточное распределение называется мезомерным состоянием, а предельные структуры – таутомерами.

Однако, существуют соединения, не содержащие хромофоров, у которых под влиянием среды структуры изменяются так, что появляются хромофорные группы. Таковы фталеины. Например, фенолфталеин в кислой среде бесцветен. В щелочной среде в результате перераспределения электронной плотности в его молекуле образуется хиноидная структура (хромофор), находящаяся в равновесии со своей таутомерной формой. Вещество приобретает красную окраску.

Группу индикаторов, схожую с фталеинами, составляют сульфофталеины: бромкрезоловый зелёный, феноловый красный, тимоловый синий и другие соединения. В растворе фенолового красного в равновесии находятся красная и желтая формы.

Схематически равновесие в растворе индикатора можно представить как кислотно-основную реакцию

HIn + H₂O  In^- + H₃O⁺

pH = pK_a – lg[HIn]/ [In^-]

Человеческий глаз воспринимает окраску одной из форм при определённой концентрации её в растворе. Для двухцветного индикатора присутствие одной из форм заметно, если концентрация её в несколько раз превышает концентрацию другой формы. Если глаз замечает форму In^- при

[In^-]/[HIn]10/1 и форму HIn при [In^-]/[HIn]1/10. Тогда в интервале pH от

(pK_a – lg10/1) до (pK_a + lg10/1) глаз будет видеть смешанную окраску обеих форм, а за пределами этого интервала – чистую окраску одной из форм. Этот интервал называют интервалом перехода окраски индикатора: pH = pK_a  1. Чем меньше интервал, тем ценнее индикатор.

Кислотно-основные индикаторы.

Индикатор	Область перехода	Изменение окраски	pT
Метиловый оранжевый	3,1 – 4.4	Красная – желтая	4
Бромкрезоловый зелёный	3,9 – 5,4	Жёлтая – синяя	4,3
Метиловый красный	4,4 – 6,2	Красная – желтая	5,5
Бромтимоловый синий	6,0 – 7,6	Жёлтая – синяя	6,7
Феноловый красный	6,8 – 8,4	Жёлтая – красная	7,4
Тимоловый синий	8,0 – 9,6	Жёлтая – синяя	8,8
Фенолфталеин	8,2 – 9,8	Бесцветная–малиновая	9,1
Тимолфралеин	9,3 – 10,5	Бесцветная - синяя	10

Середина области перехода окраски индикатора (при этом pH = pK_a) называется показателем индикатора (pT) и фактически отождествляется с конечной точкой титрования. pT (показатель титрования индикатора) – значение pH внутри интервала перехода окраски индикатора при котором происходит резкое изменение окраски индикатора. Выбирают индикатор для титрования так, чтобы область перехода входила в скачёк титрования.

На величину скачка титрования влияет константа диссоциации титруемого вещества. Чем слабее титруемая кислота тем меньше величина скачка.

Константа диссоциации угольной кислоты очень мала

поэтому скачёк титрования получился небольшим, и это осложняет выбор индикатора. Также на значение pH вблизи точки эквивалентности повлияло то, что при расчётах не учитывался автопротолиз воды и протолиз NaHCO₃. До точки эквивалентности, когда в растворе много неоттитрованной кислоты протолиз подавляется, но вблизи точки эквивалентности кислоты мало и подавление протолиза не происходит. Скачёк pH на кривой титрования находится, примерно, в области от pH=7,30 до pH=9,40. В данном случае ни один из индикаторов точно не подходит под имеющийся скачёк титрования. Но наиболее близкими являются тимоловый синий, его область перехода (8,0 - 9,6) почти полностью захватывается интервалом скачка pH и феноловый красный (6,4 – 8,2). Что же касается второй точки эквивалентности, то H₂CO₃ нельзя титровать до второй точки эквивалентности ни с одним из индикаторов, так как не выполняется условие K_a,1/K_a,2  10⁴ (0,910⁴ < 10⁴).