II. Химические индикаторы

Слово «индикатор»применяется в разных областях человеческой деятельности – механике, математике, биологии, экологии, экономике, в социальных, общественных науках и прочих.

Индикатор (от латинского indicator — указатель) — это прибор, устройство, информационная система, вещество или объект, отображающий изменения какого-либо параметра контролируемого процесса или состояния объекта в форме, наиболее удобной для непосредственного восприятия человеком визуально, акустически, тактильно или другим легко интерпретируемым способом. Мы будем рассматривать только химические индикаторы.

Химические индикаторы - это вещества, изменяющие окраску, люминесценцию или образующие осадок при изменении концентрации какого-либо компонента в растворе. Они бывают природного и химического происхождения. Индикаторы применяют чаще всего для установления конца какой-либо химической реакции или концентрации водородных ионов по легко заметному признаку.Химические индикаторы делят обычно на несколько групп.

В школе используются самые распространенные кислотно – основные индикаторы. Их преимуществом является дешевизна, быстрота и наглядность исследования. Это растворимые органические соединения, которые меняют свой цвет в зависимости от концентрации ионов водорода Н⁺ (рН среды). Происходит это потому, что в кислой и щелочной среде молекулы индикаторов имеют разное строение. Примером может служить общеизвестный индикатор фенолфталеин. В кислой среде это соединение находится в виде недиссоциированных молекул и раствор бесцветен, а в щелочной среде – в виде ионов и раствор имеет малиновый цвет. Такие индикаторы резко изменяют свой цвет в достаточно узких границах рН.

Универсальные индикаторы – это смеси нескольких индивидуальных индикаторов, подобранных так, что их раствор поочередно меняет окраску, проходя все цвета радуги при изменении кислотности раствора в широком диапазоне рН.

pH - водородный показатель. Это понятие ввёл датский химик Сёренсен для точной числовой характеристики среды раствора и предложил математическое выражение для его определения:

рН = -lg [H⁺].

Характер среды имеет большое значение в химических и биологических процессах. В зависимости от типа среды эти процессы могут протекать с различными скоростями и в разных направлениях. Поэтому во многих случаях важно как можно более точно определять среду раствора. При рН = 7 – среда нейтральная, при рН 7 – щелочная. Среду исследуемого раствора можно приблизительно определить по окраске индикаторов.

Больше всего распространены индикаторы лакмус, фенолфталеин и метилоранж.

Самым первым появился кислотно-основный индикатор лакмус. Фактически природный лакмус представляет собой сложную смесь.Это порошок черного цвета, растворим в воде, 95 % спирте, ацетоне, ледяной уксусной кислоте. Его основными компонентами являются: азолитмин (C₉H₁₀NO₅) и эритролитмин (С₁₃H₂₂O₆).

Окраска лакмуса в различных средах изменяется следующим образом:

Фенолфталеин С₂₀Н₁₄О₄ (продается в аптеке под названием "пурген") - белый мелкокристаллический порошок, растворим в 95% спирте, но практически не растворим в воде. Применяется в виде спиртового раствора, приобретает в щелочной среде малиновый цвет, а в нейтральной и кислой он бесцветен.

Метиловый оранжевый, C₁₄H₁₄N₃O₃SNa, - кристаллический порошок оранжевого цвета, умеренно растворим в воде, нерастворим в органических растворителях. Метилоранж действительно оранжевый в нейтральной среде. В кислотах его окраска становится розово-малиновой, а в щелочах – желтой.

В зависимости от кислотности среды изменяет окраску и краситель бриллиантовый зеленый (его спиртовой раствор используется как дезинфицирующее средство – зеленка). В сильнокислой среде его окраска желтая, а в сильнощелочной среде раствор обесцвечивается.

Помимо кислотно-основных известны и другие типы индикаторов:адсорбционные, комплексонометрические, флуоресцентные, изотопные, окислительно-восстановительные и прочие.

В настоящее время химики часто пользуются универсальной индикаторной бумагой. В основе - смеси индикаторов, позволяющие определить значение рН растворов в большом диапазоне концентраций (1-10; 0-12). Растворами таких смесей - «универсальных индикаторов» обычно пропитывают полоски «индикаторной бумаги», с помощью которых можно быстро (с точностью до десятых долей рН) определить кислотность исследуемых водных растворов. Для более точного определения полученный при нанесении капли раствора цвет индикаторной бумаги немедленно сравнивают с эталонной цветовой шкалой.