Индикаторы
(позднелат. Indicator - указатель), хим. В-ва, изменяющие окраску, люминесценцию или образующие осадок при изменении концентрации к.-л. Компонента в р-ре. Указывают на определенное состояние системы или на момент достижения этого состояния. Различают И. Обратимые и необратимые. Изменение окраски первых при изменении состояния системы (напр., фенолфталеина при изменении рН среды) м. Б. Повторено многократно. Необратимые И. Подвергаются необратимым хим. Превращениям, напр., азосоединения при окислении ионами BrO3- разрушаются. Индикаторы, к-рые вводят в исследуемый р-р, наз. Внутренними, в отличие от внешних, р-цию с к-рыми проводят вне анализируемой смеси. В последнем случае одну или неск. Капель анализируемого р-ра помещают на бумажку, пропитанную И., или смешивают их на белой фарфоровой пластинке с каплей индикатора.
И. Применяют чаще всего для установления конца к.-л. Хим. Р-ции, гл. Обр. Конечной точки титрования (к. Т. Т.). В соответствии с титриметрич. Методами различают кислотно-основные, адсорбц., окислит.-восстановит. И комплексонометрич. И. Кислотно-основные И. Представляют собой р-римые орг соед., к-рые меняют свой цвет или люминесценцию в зависимости от концентрации ионов Н + (рН среды). Примен. Для установления конца р-ции между к-тами и основаниями (в т. Ч. При кислотно-основном титровании) или др. Р-ций, если в них участвуют ионы Н +, а также для колориметрич. Определения рН водных р-ров. Наиб. Важные кислотно-основные И. Приведены в табл. 1. Причина изменения цвета И. В том, что присоединение или отдача протонов его молекулами связаны с заменой одних хромофорных групп другими или с появлением новых хромофорных групп.
Если И. Слабая к-та HIn, то в водном р-ре имеет место равновесие. HIn + Н 2 О D In- + Н 3 О + . Если И. - слабое основание In, то. In + H2O D HIn+ + ОН -. В общем виде можно записать. Ina + Н 2 О D Inb +Н 3 О +, где Ina и Inb - соотв. Кислая и основная формы И., к-рые окрашены различно. Константа равновесия этого процесса К ln =[Inb][H3O+]/[Ina] наз. Константой И. Цвет р-ра зависит от соотношения [Ina]/[Inb], к-рое определяется рН р-ра. Считают, что цвет одной формы И. Заметен, если ее концентрация в 10 раз превышает концентрацию др. Формы, т. Е. Если отношение [Ina]/[Inb] = [H3O+]/Kln равно 0,1 или 10. Изменение цвета И. Отмечается в области рН = рКlп b1, к-рый наз. Интервалом перехода И. Изменение наиб. Отчетливо, когда [Ina] = [Inb] и К ln = [Н 3 О]+, т.
Е. При рН = рК ln. Значение рН, при к-ром обычно заканчивается титрование, наз. Показателем титрования р Т. И. Для титрования подбирают таким образом, чтобы интервал перехода окраски включал значение рН, какое должен иметь р-р в точке эквивалентности. Часто это значение рН не совпадает с рТ используемого индикатора, что приводит к т. Наз. Индикаторной ошибке. Если в к. Т. Т. Остается избыток неоттитрованного слабого основания или к-ты, ошибка наз. Соотв. Основной или кислотной. Чувствительность И. - концентрация (в моль/л) определяемого иона (в данном случае Н + или ОН - ) в точке наиб. Резкого перехода окраски. Различают. Чувствительные к к-там И. С интервалом перехода в области щелочных значений рН (напр., фенолфталеин, тимолфталеин).
Чувствительные к основаниям И. С интервалом перехода в кислой области (как у диметилового желтого, метилового оранжевого и др.). Нейтральные И., интервал перехода к-рых находится ок. РН 7 (нейтральный красный, феноловый красный и др.). И. Бывают с одной или двумя окрашенными формами. Такие И. Наз. Соотв. Одноцветными и двухцветными. Наиб. Четкое изменение окраски наблюдалось бы у тех И., кислотная и основная формы к-рых окрашены в дополнит. Цвета. Однако таких И. Не существует. Поэтому, добавляя краситель, изменяют соответствующим образом окраски обеих форм. Так, у метилового красного переход от красного к желтому происходит в интервале 2 единиц рН, а если к р-ру добавить метиленовый синий, то переход окраски от красно-фиолетовой к зеленой наблюдается резко и отчетливо при рН 5,3.
Подобного эффекта можно добиться, если использовать смесь двух индикаторов, цвета к-рых дополняют дру. Друга. Такие И. Наз. Смешанными (табл. 2). Смеси И., к-рые непрерывно изменяют свой цвет во всей области значений рН от 1 до 14, наз. Универсальными. Их используют для приблизит. Оценки рН р-ров. На изменение окраски И. Оказывают влияние его концентрации. Для двухцветных И. Чем выше концентрация, тем изменение окраски менее резко, т. К. Спектры поглощения обеих форм накладываются друг на друга в большей степени и становится труднее определить изменение окраски. Обычно используют одно и то же минимальное (неск. Капель р-ра) кол-во И. Интервал перехода многих И. Зависит от т-ры. Так, метиловый оранжевый меняет свою окраску при комнатной т-ре в интервале рН 3,4-4,4, а при 100 °С в интервале рН 2,5-3,3.
Это связано с изменением ионного произведения воды. Присутствующие в р-ре коллоидные частицы адсорбируют И., что приводит к полному изменению его цвета. Для исключения ошибки в присут. Положительно заряженных коллоидных частиц следует применять И.-основания, а в присут. Отрицательно заряженных - И.-кислоты. При титровании в обычных условиях необходимо учитывать влияние растворенного СО 2, особенно при использовании И. С рКln >4 (напр., метилового оранжевого, метилового красного, фенолфталеина). Иногда СО 2 предварительно удаляют кипячением или титруют р-р в отсутствие контакта с атмосферой. Влияние посторонних нейтральных электролитов (солевой эффект) проявляется в смещении равновесия И. В случае И.-кислот интервал перехода смещается в более кислую область, а в случае И.-оснований - в более щелочную.
В зависимости от природы р-рителя меняются окраски И., их рКln и чувствительность. Так, метиловый красный в воде дает переход окраски при более высоких значениях активности ионов Н + , чем бромфеноловый синий, а в этиленгликолевом р-ре наоборот. В водно-метанольных и водно-этанольных р-рах изменение по сравнению с водной средой незначительно. В спиртовой среде И.-кислоты более чувствительны к ионам Н + , чем И.-основания. Хотя при титровании в неврдных средах обычно к. Т. Т. Устанавливают потенциометрически с помощью стеклянного индикаторного электрода, используют также кислотно-основные И. (табл. 3). Чаще всего для титрования слабых оснований применяют метиловый красный в диоксане или кристаллический фиолетовый в безводной СН 3 СООН.
При титровании слабых к-т - тимоловый синий в ДМФА. Поведение И. В неводной и водной средах аналогично. Напр., для слабой к-ты HIn в р-рителе SН можно записать равновесие. HIn + SH D In- + SH2+. Механизм действия И. Такой же, как и в воде, только в неводных средах пользуются соответствующими шкалами кислотности (рН р, рА. См. Кислотно-основное титрование). В качестве кислотно-основных И. Используют также люминесцентные индикаторы, меняющие цвет и интенсивность флуоресценции в зависимости от рН и позволяющие титровать сильно окрашенные и мутные р-ры. Для титрования слабых к-т применяются т наз. Индикаторы помутнения в-ва, образующие обратимые коллоидные системы, коагулирующие в очень узком интервале рН (напр., изонитроацетил-n-аминобензол дает муть при рН 10,7-11,0).
В качестве кислотно-основных И. Можно использовать комплексы металлов с металлохромными индикаторами (см. Ниже). Эти комплексы, разрушаясь, изменяют окраску р-ра в узком интервале рН. Для определения орг. К-т и оснований в воде в присут. Несмешивающегося с ней р-рителя применяют т. Наз. Амфииндикаторы, к-рые представляют собой соли И.-кислот (напр., тропеолина 00) с разл. Орг. Основаниями (напр., алкалоидами). Эти И. Хорошо раств. В орг. Р-рителях, плохо в воде. Отличаются высокой чувствительностью. Адсорбционные И. В-ва, способные адсорбироваться на пов-сти осадка и менять при этом окраску или интенсивность люминесценции Эти И., как правило, обратимы и используются в осадительном титровании В первую очередь осадком адсорбируются ионы, идентичные тем, к-рые входят в состав самого осадка, после чего адсорбируется И.
Большая группа И. Красители (табл. 4), адсорбирующиеся пов-стью осадка с образованием солей с ионами, содержащимися в осадке. Напр., р-р эозина розового цвета, к-рый не меняется при добавлении AgNO3. Но при титровании р-ром КВr выпадающий осадок адсорбирует ионы Ag+, к-рые присоединяют к себе анионы эозина. Осадок при этом становится красно-фиолетовым. В к. Т. Т., когда оттитрованы все ионы Ag+, окраска осадка исчезает и р-р становится снова розовым. Неорг. Адсорбц. И. Образуют с ионами титранта цветной осадок или комплекс (как, напр., применяемые в качестве индикаторов ионы СrО 4- и SCN- в аргентометрии). В качестве адсорбц. И. Применяются также нек-рые кислотно-основные, окислит.-восстановит. И комплексонометрич. Индикаторы, св-ва к-рых (константы кислотной диссоциации, окислит.-восстановит.
Потенциалы и константы устойчивости комплексов с катионами металлов) в адсорбир. Состоянии зависят от природы и концентрации ионов на пов-сти осадка. Окислит.-восстановит. И. - в-ва, способные изменять окраску в зависимости от окислит.-восстановит. Потенциала р-ра. Применяют для установления к. Т. Т. Окислит.-восстановит. Титрования и для колориметрич. Определения окислит.-восстановит. Потенциала (преим. В биологии). Такими И. Служат, как правило, в-ва, к-рые сами подвергаются окислению или восстановлению, причем окисленная (InOх) и восстановленная (InRed) формы имеют разные окраски. Для обратимых окислит.-восстановит. И. Можно записать. InOх + neD InRed , где п - число электронов. При потенциале Еотношение концентраций обеих форм И.
Определяется Нернста уравнением. , где Eln - реальный окислит.-восстановит. Потенциал индикатора, зависящий от состава р-ра. Интервал перехода окраски практически наблюдается при изменении отношения [In0x]/[InRed] от 0,1 до 10, что при 25 °С соответствует DE (в В) = Eln b (0,059/n). Потенциал, соответствующий самому резкому изменению цвета, равен Eln. При выборе И. Учитывают гл. Обр. Значения Eln, коэф. Молярного погашения обеих форм И. И потенциал р-ра в точке эквивалентности. При титровании сильными окислителями (К 2 Сr2 О 7, КМnО 4 и др.) применяют И., имеющие сравнительно высокие Eln, напр., дифениламин и его производные. При титровании сильными восстановителями [солями Ti(III), V(II) и т. Д.] применяют И. С относительно низкими Eln, напр., сафранин, метиленовый голубой (табл.
5). Нек-рые в-ва изменяют свою окраску необратимо, напр., при окислении разрушаются с образованием бесцв. Продуктов, как индиго под действием гипохлоритов или нафтоловый сине-черный под действием ионов ВrО 3. Комплексонометрические И. - в-ва, образующие с ионами металлов (М) окрашенные комплексы, по цвету отличающиеся от самих И. Применяются для установления к. Т. Т. В комплексонометрии. Устойчивость комплексов металлов с И. (In) меньше, чем соответствующих комплексoнатов, поэтому в к. Т. Т. Комплексоны вытесняют И. Из комплексов с металлами. В момент изменения окраски в точке эквивалентности [In] = [MIn] и, следовательно, рМ = Ч lg KMln, где рМ = Ч lg[M] наз. Точкой перехода И., К Mln - константа устойчивости комплекса металла с И.
Ошибка при титровании связана с тем, что нек-рое кол-во иона металла может присоединяться к И., а не к титранту. Наиб. Часто используют т. Наз. Металлохромные И. (табл. 6) - орг. В-ва, образующие с катионами металлов р-римые в воде интенсивно окрашенные (el 104-105) внутрикомплексные соединения. Эти соед. Должны быть достаточно устойчивы, чтобы образовываться при очень низких концентрациях ионов металлов. Индикатор и его комплекс должны находиться в истинном р-ре. Дня повышения р-римости реагента и комплекса обычно вводят смешивающийся с водой р-ритель. Комплекс металла с И. Должен быть лабильным и быстро разрушаться под действием комплексона. Различают селективные и универсальные металлохромные И., взаимодействующие соотв.
С небольшим числом или с мн. Катионами. К первым относятся, напр., тайрон, галлион, ко вторым - арсеназоI, пиридилазонафтол (ПАН), пирокатехиновый фиолетовый, ксиленоловый оранжевый, метилтимоловый синий, хромазурол и др. Иногда в качестве комплексонометрич. И. Применяют комплексонат к.-л. Иона (напр., [CuY]2- , где Y - анион этилендиаминтетрауксусной к-ты) в смеси с металлохромным И., напр. ПАН. При введении определяемого иона М 2+ происходит р-ция. М 2+ + [CuY]2- + ПАН D[MY]2- + [СuПАН]+. При титровании к.-л. Комплексоном в к. Т. Т. Окраска р-ра меняется от фиолетовой к желто-оранжевой, т. Е. Очень контрастно. При комплексонометрич. Определении Сu используют в качестве индикатора ее комплекс с ПАН, адсорбированный на пов-сти осажденного AgI.
В этом случае можно определять Ag и Сu при совместном присутствии. В кислой среде р-ром KI оттитровывают сначала ионы Ag, а затем комплексоном - ионы Сu. Применяются также т. Наз. Неокрашенные комплексонометрич. И., избирательно взаимодействующие с ионами определяемого металла с образованием слабо окрашенных (el 103) комплексов, напр., сульфосалициловая кислота при титровании Fe (III). Флуоресцентные комплексонометрич. И. (или металлофлуоресцентные И.) взаимод. С катионами металлов с образованием интенсивно флуоресцирующих хелатов (см. Люминесцентные индикаторы). Впервые об И. Сообщил англ. Физик и химик Р. Бойль в 1664. О применении И. На носителях см. Реактивные индикаторные бумаги и Индикаторные трубки. Лит. Индикаторы, пер. С англ., т.
1-2, М., 1976. Денеш И., Титрование в неводных средах, пер. С англ., М., 1971. Коренман И. М., Новые титриметрические методы, М., 1983. Л. Н. Симонова. .
Дополнительный поиск Индикаторы
На нашем сайте Вы найдете значение "Индикаторы" в словаре Химическая энциклопедия, подробное описание, примеры использования, словосочетания с выражением Индикаторы, различные варианты толкований, скрытый смысл.
Первая буква "И". Общая длина 10 символа