Метиловый красный
Фенолфталеин относится к одноцветным индикаторам.
Лактонная форма фенолфталеина не имеет окраски, дианион - окрашен в малиновый цвет, что связано со значительной степенью делокализации электронов в последнем. В сильнощелочной среде образуется трианион фенолфталеина (карбинольная форма), и его раствор вновь становится бесцветным. При ионной силе 0,2: рKa1 = 8,83; рKa2 = 9,32; рKa3 = 11,73.
Интервал перехода окраски фенолфталеина и других одноцветных индикаторов зависит от их концентрации в растворе, что является недостатком таких индикаторов. Пусть общая концентрация фенолфталеина в растворе равна C. Человеческий глаз начинает замечать появление окраски индикатора при некоторой минимальной концентрации его окрашенной формы, которую мы обозначим как [HInd2-]мин. Значение рН, при котором станет заметным появление окраски, будет равно:
Так
как
,
то
Тимолфталеин (бесцветный синий)
Большинство представителей сульфофталеиновых индикаторов имеют 3 окрашенные формы: кислотную, моно- и дианион. Превращение моноаниона в дианион связано с ионизацией фенольного гидроксила и сопровождается очень контрастным изменением окраски. Моноанионы сульфофталеинов – жёлтые, а дианионы – красные, малиновые, синие т.д.
Феноловый красный
Требования, предъявляемые к кислотно-основным индикаторам
-
Вещества, используемые в качестве индикаторов, должны обладать интенсивной окраской (иметь большой молярный коэффициент светопоглощения).
-
Изменение окраски должно быть контрастным (большая разность между макс поглощения кислотной и основной форм).
-
Интервал перехода окраски должен быть узким, а процесс изменения окраски обратимым.
Для повышения контрастности изменения окраски используют смешанные и контрастные индикаторы.
Смешанный индикатор состоит из двух индикаторов, имеющих примерно одинаковый интервал перехода окраски, причём окраска одного из индикаторов является дополнительной для другого. Один индикатор поглощает электромагнитное излучение видимого диапазона с такими длинами волн, которые не поглощает другой индикатор. В результате смесь поглощает часть проходящего через неё светового излучения во всём видимом диапазоне и поэтому кажется серой.
Контрастный индикатор «работает» по такому же принципу, что и смешанный, однако, вместо второго индикатора используется вещество, окраска которого не зависит от рН.
Смеси из трёх и более индикаторов называются универсальными индикаторами. Универсальные индикаторы обычно используют для количественного определения рН.
13.3. Кривые титрования
Для того чтобы наглядно представить себе, что происходит при титровании, можно воспользоваться кривой титрования. С помощью кривых титрования можно, например, объяснить, почему для титрования данного вещества подходит один, но не подходит другой индикатор, оценить индикаторную погрешность титрования.
Кривая титрования - график зависимости параметра системы, связанного с концентрацией титруемого вещества, титранта или продукта реакции, от степени протекания процесса титрования (например, от количества добавленного титранта).
По оси абсцисс при построении кривых титрования обычно откладывают объём добавленного стандартного раствора титранта или степень оттитрованности (f).
f
=
f
=
(если
На оси ординат, в случае кривых титрования для кислотно-основного титрования, откладывают значение рН раствора.
В зависимости от определяемого вещества и титранта различают 4 основных случая кислотно-основного титрования и, соответственно, 4 типа кривых титрования:
-
титрование сильной кислоты сильным основанием,
-
титрование сильного основания сильной кислотой,
-
титрование слабой кислоты сильным основанием,
-
титрование слабого основания сильной кислотой.
Теоретически можно представить себе и титрование слабой кислоты слабым основанием или титрование слабого основания слабой кислотой. Однако, на практике (во всяком случае, в химических методах анализа) такое титрование не используется.
Титрование сильной кислоты сильным основанием и сильного основания слабой кислотой
Рассмотрим кривую титрования 0,10 М HCl при использовании в качестве титранта 0,10 М NaOH.
В любой кривой титрования можно условно выделить 4 участка:
-
исходная точка;
-
участок до скачка титрования;
-
скачок титрования, включая точку эквивалентности;
-
участок после скачка титрования.
Скачком титрования называется участок кривой титрования, соответствующий резкому изменению свойств системы (в случае кислотно-основного титрования - резкому изменению рН) вблизи точки эквивалентности (обычно в интервале значений степени оттитрованности 0,999 - 1,001).
Расчёты, необходимые для построения кривой титрования, удобно представить в виде таблицы (табл. 13.1). Исходный объём раствора титруемого вещества составляет 100,0 мл. Полученная кривая титрования представлена на рис. 13.1. На этом же рисунке представлена кривая титрования 0,10 М NaOH 0,10 M раствором HCl. Кривые титрования сильной кислоты сильным основанием и сильного основания сильной кислотой симметричны друг другу. Точка эквивалентности совпадает с точкой нейтральности.
Табл. 13.1
Расчёты для построения кривой титрования 0,10 М HCl