Et tuvastada c.t.t. Neutraliseerimismeetodil kasutatakse traditsiooniliselt happe-aluse indikaatoreid – sünteetilisi orgaanilisi värvaineid, mis on nõrgad happed või alused ja muudavad nähtavat värvi sõltuvalt lahuse pH-st. Mõnede (laborites kõige sagedamini kasutatavate) happe-aluse indikaatorite näited on toodud tabelis. 4.11. Näitajate struktuur ja omadused on toodud teatmeteostes. Iga happe-aluse indikaatori olulisemad omadused on üleminekuintervall ja tiitrimisindeks (pT). Üleminekuintervall on tsoon kahe pH väärtuse vahel, mis vastab selle tsooni piiridele, mille piires täheldatakse indikaatori segavärvi. Seega iseloomustab vaatleja metüüloranži vesilahust pH juures puhta kollasena< 3,1 и как чисто красный при рН >4.4 ja nende piirväärtuste vahel täheldatakse erinevat tooni roosa-oranži segavärvi. Üleminekuintervalli laius on tavaliselt 2 pH ühikut. Eksperimentaalselt määratud indikaatorite üleminekuintervallid on mõnel juhul väiksemad või rohkem kui kaks pH ühikut. Eelkõige on see seletatav silma erineva tundlikkusega nähtava spektri erinevate osade suhtes. Ühevärviliste indikaatorite puhul sõltub intervalli laius ka indikaatori kontsentratsioonist.
Teades erinevate näitajate omadusi, saate teoreetiliselt valida need õigete analüüsitulemuste saamiseks. Järgige järgmist reeglit: indikaatori üleminekuintervall peaks asuma tiitrimiskõvera hüppepiirkonnas. Kui see tingimus on täidetud, kuvatakse indikaatori viga, mis on põhjustatud c.t.t. mittevastavusest. t.eq.-ga ei ületa hüppe piiride määramisel määratud maksimaalset viga.
Nõrkade protolüütide tiitrimiseks indikaatorite valimisel tuleb arvestada, et t.eq. ja tiitrimise hüpe nihutatakse happe tiitrimisel kergelt aluselisesse keskkonda ja aluse tiitrimisel kergelt happelisesse keskkonda. Seega Nõrkade hapete tiitrimiseks sobivad nõrgalt aluselises keskkonnas värvi muutvad indikaatorid (näiteks fenoolftaleiin), nõrkade aluste tiitrimiseks aga nõrgalt happelises keskkonnas värvi muutvad indikaatorid (näiteks metüüloranž). sobiv. Kui tiitrida nõrk hapet metüülapelsiniga või nõrka alust fenoolftaleiiniga, alahinnatakse analüüsi tulemusi tugevalt ja ilmnevad indikaatorivead.
Tabel 4.11
Olulisemad happe-aluse näitajad
| Näitaja | Üleminekuintervall ΔрН Ind | pT | R Et a(HInd) | Värvi muutus |
| Tümoolsinine (1. üleminek) | 1,2 – 2,8 | 2,0 | 1,65 | Punane - kollane |
| Metüülkollane | 2,9 – 4,0 | 3,0 | 3,1 | Sama |
| Metüüloranž | 3,1 – 4,4 | 4,0 | 3,5 | Sama |
| Bromokresoolroheline | 3,8 – 5,4 | 4,5 | 4,9 | Kollane - sinine |
| Metüülpunane | 4,2 – 6,2 | 5,5 | 5,0 | Punane - kollane |
| Bromokresool lilla | 5,2 – 6,8 | 6,0 | 6,4 | Kollane - lilla |
| Bromotümoolsinine | 6,0 – 7,6 | 7,0 | 7,3 | Kollane - sinine |
| Fenoolpunane | 6,8 – 8,4 | 7,5 | 8,0 | Kollane - punane |
| Tümoolsinine (2. üleminek) | 8,0 – 9,6 | 8,5 | 9,2 | Sama |
| Fenoolftaleiin | 8,2 – 10,0 | 9,0 | 9,5 | Värvitu - punane |
| Tümolftaleiin | 9,4 – 10,6 | 10,0 | 9,6 | Värvitu - sinine |
| Alizariin kollane | 9,7 – 10,8 | 11,0 | 10,1 | Kollane - lilla |
Tugevate protoliitide tiitrimiskõveraid iseloomustavad hüpped, mis on kõrguselt oluliselt suuremad kui nõrkade protoliitide tiitrimisel (vt joonis 4.9). Selliseks tiitrimiseks sobivad mitmesugused indikaatorid, vähemalt tugevate hapete või leeliste üsna kontsentreeritud lahuste tiitrimisel. Kuid samade ainete lahjendatud lahuste poole liikudes väheneb tiitrimiskõvera hüppe kõrgus ja sobivate indikaatorite valimine muutub järjest keerulisemaks. 0,001 M lahuste tiitrimisel vastavad hüppe piirid (DpH 1%) 5 ja 9 pH ühikule. Fenoolftaleiini või metüülapelsini üleminekuintervallid ei jää enam nendesse piiridesse, tiitrimisviga nende näitajatega ületab 1%. Ja 10–4 M lahuste tiitrimisel jäävad mõne harva kasutatava indikaatori (bromotümoolsinine) üleminekutsoonid hüppe piiridesse (6 kuni 8 pH ühikut).
Indikaatorite valikul tuleb arvestada, et üleminekuintervall (nagu ka pT väärtus) ei sõltu ainult indikaatormolekuli struktuurist, vaid ka kasutatavast lahustist, temperatuurist, lahuse ioontugevusest, lahuse kontsentratsioonist. lahustunud süsinikdioksiid, valkude ja kolloidide olemasolu. Tabeliandmete kasutamine erinevate näitajate üleminekuintervallide kohta ilma tiitritud lahuse koostist arvestamata võib põhjustada tõsiseid analüüsivigu.
Tiitrimisindeks happe-aluse indikaator (pT) on pH väärtus, mille juures vaatleja kõige selgemini märkab indikaatori värvuse muutust ja just sel hetkel loetakse tiitrimine lõppenuks. Ilmselgelt pT = pH k.t.t. Sobiva indikaatori valimisel peame püüdlema selle poole, et pT väärtus oleks võimalikult lähedane teoreetiliselt arvutatud väärtusele pH t.eq. Tavaliselt on pT väärtus üleminekuintervalli keskkoha lähedal. Kuid pT on halvasti reprodutseeritav väärtus. Erinevad inimesed, kes teevad sama tiitrimise sama indikaatoriga, saavad oluliselt erinevad pT väärtused. Lisaks sõltub pT väärtus tiitrimise järjekorrast, st värvimuutuse suunast. Hapete ja aluste tiitrimisel sama indikaatoriga võivad pT väärtused erineda. Ühevärviliste indikaatorite (fenoolftaleiin jne) puhul sõltub pT ka indikaatori kontsentratsioonist.
Indikaatorite ioonkromofoorne teooria. Selgitab indikaatorite värvuse muutumise olemus pH muutustega ioon-kromo-
koefitsientide teooria, mille lõi I. Kolthoff 20. aastatel. XX sajand. See ühendas varasemaid teooriaid, mis käsitlesid näitajaid füüsikalise keemia (W. Ostwald) või orgaanilise keemia (A. Hancz) vaatenurgast. Indikaatori värvus on tingitud olemasolust selle molekulis kromofoor rühmad, mis sisaldavad mitut sidet ja tagavad nähtava valguse neeldumise tänu π-sideme elektronide suhteliselt kergele ergastamisele: –N=N–, ñC=S, –N=O, kinoidstruktuur jne. Kromofooride valguse neeldumine muutub olemasolu auksokroomne rühmad (NH 2 –, OH– jne), mis mõjutavad elektrontiheduse jaotumist molekulis ja värvi varjundit või intensiivsust.
Indikaatorlahuses luuakse protolüütiline tasakaal:
HInd + H 2 O ÆH 3 O + + Ind.
Prootonite ülekandega kaasneb kromofoorrühmade ümberpaigutamine, seetõttu on indikaatori happeline (HInd) ja aluseline (Ind) vorm erinevat värvi. Paljusid happe-aluse indikaatoreid iseloomustab mitmete tautomeersete vormide olemasolu, mistõttu ei teki transformatsioone ega vastavaid värvimuutusi koheselt.
Metüüloranži indikaator on dimetüülaminoasobenseensulfoonhappe (CH 3) 2 N–C 6 H 4 –N=N–C 6 H 4 –SO 3 Na sool. Vesilahuses seob selle happe anioon prootoni ja muutub happeks vastavalt järgmisele skeemile:
Värvus on seletatav asorühma olemasoluga indikaatori põhivormis ja kinoidrühma olemasoluga happe HInd ühes tautomeerses vormis.
Indikaatorlahuse tasakaalu iseloomustab happesuse konstant Et a(HInd) ja pH mõju indikaatorvormide suhtele (nagu igas lahuses, mis sisaldab nõrka konjugeeritud hapet ja alust) kajastub võrrandis
pH = p Et a(HInd) + lg .
Kui indikaatori mõlema vormi valguse neeldumise intensiivsus (värvi intensiivsus) on ligikaudu sama, siis inimsilm tajub indikaatori domineeriva vormi värvi, kui selle vormi kontsentratsioon on ligikaudu 10 korda suurem kui indikaatori kontsentratsioon. muul kujul. See tähendab, et kui suhe / on lähedane 10:1 või rohkem, siis tajutakse lahuse värvust Ind põhivormi värvina ja kui suhe / on 1:10 lähedal või vähem, siis lahuse värvi tajutakse HIndi happevormi värvina. Suhtevahemikus 0,1
ΔрН Ind = p Et a(HInd) ± 1. (4.29)
Valem (4.29) selgitab, miks enamiku indikaatorite üleminekuintervall on ligikaudu kaks pH-ühikut.
Nagu tabelist näha. 4.11, pT väärtus, mis asub ülemineku keskpaiga lähedal, vastab ligikaudu p-le Et a(HInd).
Näidiku vead neutraliseerimismeetodil. Oleme juba märkinud, et indikaatori õige valiku korral peaks pT väärtus ühtima pH t.eq.-ga, kuid praktikas täidetakse seda nõuet harva. Reeglina muudab indikaator oma värvi kas vahetult enne samaväärsust või pärast seda. Seetõttu ei vasta tiitrimisel tarbitud tiitri R maht analüüdi X kogusele. pT ja pH eq lahknevus toob kaasa süstemaatilise vea, mida nimetatakse nn. indikaatori viga. Indikaatori viga on protsentuaalne suhe X-i kogusest, mis ei ole tiitritud c.t.t. (või üleliigse R summa) X esialgsele summale.
Indikaatori vea märk ei sõltu mitte ainult pT ja pH t.eq. väärtustest, vaid ka pH väärtuse muutumise suunast tiitrimisel. Tugev hape tiitritakse leelise ja indikaator fenoolftaleiiniga. Ilmselgelt pH t.eq = 7. Fenoolftaleiin muudab värvi ligikaudu pH 9 juures. Kuna selle tiitrimise ajal tõuseb pH kogu aeg, saavutatakse esmalt (pH 7 juures) t.eq ja seejärel pH 9 juures see. Täheldatakse fenoolftaleiini värvimuutust (värvitust lahusest karmiinpunaseks), mis on signaal tiitrimise lõppemise kohta. Sel juhul saadakse ülehinnatud tiitrikulu (positiivne süstemaatiline viga). Aga kui leelist tiitrida happega sama indikaatori abil, saaksime alahinnatud analüüsitulemused, negatiivse vea. Indikaatori vea suurus (%) sõltub sellest, kui palju pT ja pH t.eq erinevad: mida suurem see erinevus, seda suurem on analüüsiviga. Paljudel juhtudel mõjutab ka tiitritud protolüüdi algkontsentratsioon: indikaatori vead on suuremad lahjendatud lahuste tiitrimisel.
C.t.t.-s lahuses oleva protoliidi olemuse ja tugevuse põhjal arvutatakse erinevat tüüpi indikaatorivead (“vead”).
Vesiniku viga. Põhjustatud liigsete vesinikioonide olemasolust c.t.t. tugeva happe alatiitrimise või aluse ületiitrimise tõttu tugeva happega. Esimesel juhul on viga negatiivne, teisel juhul positiivne. Tugeva happe kontsentratsiooni tiitrimisel KOOS maht V o selle esialgne kogus on CV O . Kuna k.t.t. pH = –log[H 3 O + ] = pT, [H 3 O + ] ktt = 10 – pT, alatiitritud H 3 O + ioonide arv on 10 – pT ( V O +V t), kus V T – lisatud titrandi maht. Siis on vesiniku viga
Vesiniku viga ilmneb eelkõige siis, kui tugevat hapet või tugevat alust tiitritakse vesilahustes selliste indikaatoritega nagu metüüloranž (pT< 7).
Hüdroksiidi viga. Tekib hüdroksiidioonide OH liia korral – c.t.t. tugeva aluse alatiitrimise tõttu happega (negatiivne viga) või happe ületiitrimise tõttu tugeva alusega (positiivne viga). Kuna k.t.t. [OH – ] = 10 –(14–рТ) saab sarnaselt eelmisele järeldusele hüdroksiidivea määrata järgmiselt:
Hüdroksiidi viga ilmneb näiteks siis, kui tugevat hapet või tugevat alust tiitritakse vesilahustes selliste indikaatoritega nagu fenoolftaleiin (pT > 7).
Happe viga. Põhjustatud esinemisest lahuses kt.t. lahjendamata nõrk hape. Happevea väärtus protsentides, võtmata arvesse lahuse lahjendust tiitrimise ajal:
Happesuse konstandi võrrandist kirjutame: = .
Võttes arvesse, et K a= ja [H 3 O + ] ktt = 10 –рТ, saame: [A]/ = . Nõutav valem:
Siit saame tingimuse sellise indikaatori valimiseks, mis annab happevea etteantud väärtuse, näiteks nii, et viga ei oleks suurem kui 0,1%: pT > p K a+ 3.
Põhiviga X B. Põhjustatud alatiitritud nõrga aluse tõttu, mis sisaldub lahuses r.t.t. Sarnaselt eelmisele saate väljastada:
Peamine viga on alla 0,1%, kui indikaator vastab tingimusele: рТ< 11 – pK b. Tuleb märkida, et nii happe kui ka aluse tiitrimise vead on negatiivsed. Just seda tüüpi vead, mis ilmnevad nõrkade hapete ja aluste tiitrimisel, võivad indikaatori ebaõnnestunud valiku korral ulatuda 10% -ni või rohkem.
Happe-aluse indikaatorid (teise nimetusega indikaatorid) on ained, mis muudavad oma värvi olenevalt keskkonnast, kus nad asuvad.Tavaliselt on sellisteks aineteks nõrgad happed või nõrgad alused.Vees lahustatuna dissotsieeruvad nõrgalt, moodustades ioone. Näiteks Vaatleme indikaatorit, milleks on nõrk hape üldvalemiga. Vees lahustatuna tekib selle nõrga happe ja selle konjugeeritud aluse vahel järgmine tasakaal:
Indikaatorina kasutatakse hapet, mille värvus erineb märgatavalt selle konjugeeritud aluse värvist. Madalatel väärtustel on iooni kontsentratsioon lahuses kõrge ja seetõttu nihkub tasakaaluasend vasakule. Nendes tingimustes on tasakaalulahusel värvus A. Kõrgel
Riis. 8.1. Fenoolftaleiin.
pH väärtused, kontsentratsioon lahuses on madal ja seetõttu on tasakaaluasend nihkunud paremale, mis tähendab, et tasakaalulahusel on värvus B.
Näide indikaatorist vesilahuses, millega on saavutatud seda tüüpi tasakaal, on fenoolftaleiin (joonis 8.1). Fenoolftaleiin on värvitu nõrk hape, mis vees lahustatuna moodustab roosaka värvusega anioone. Happelises keskkonnas nihkub tasakaal happe ja selle aniooni vahel vasakule. Anioonide kontsentratsioon on nii madal, et nende roosa värv on nähtamatu. Aluselises (aluselises) keskkonnas nihkub tasakaal aga paremale ja anioonide kontsentratsioon muutub piisavaks nende roosa värvuse tuvastamiseks.
Kui rakendame vesilahuses oleva indikaatori tasakaalule massimõju seadust, siis üldiselt nõrga happe indikaatori puhul saame tasakaalukonstandi jaoks järgmise avaldise:
Väärtust nimetatakse indikaatori dissotsiatsioonikonstandiks.
Indikaatori värv muutub A-st B-ks teatud värvi üleminekupunktis. Sel hetkel
Seega, võrrandist (5)
Näidatud on lahuse pH väärtus indikaatori värvi üleminekupunktis. Seega tähistab see pH väärtust, mille juures pool indikaatorist on happe kujul ja pool konjugeeritud aluse kujul.
Indikaatori värvimuutuste vahemik
Madalatel väärtustel on indikaator, mis on nõrk hape, vormis peaaegu täielikult olemas ja seetõttu on selle vormi värvus lahuses ülekaalus. Selle kasvades vormile omase värvi A intensiivsus väheneb ja võrrandiga (4) kirjeldatud tasakaal nihkub paremale. Seega suureneb vormile omase värvi B intensiivsus. Täheldatud värvimuutus A-st B-ni toimub tegelikult teatud väärtuste vahemikus. Indikaator on kõige tõhusam, kui on selgelt täheldatud
Tabel 8.5. Näitajad
minu värvimuutus toimub kitsas väärtusvahemikus Enamiku näitajate puhul jääb see vahemik väärtuse piiridesse (tabel 8.5).
Universaalne indikaator on indikaatorite segu, mis annab järk-järgulise värvimuutuse suurel hulgal muutustel.Kui lisada lahusele paar tilka universaalset indikaatorit, saate selle ligikaudu määrata lahuse värvi järgi.
Happe-aluse tiitrimine
Happe-aluse tiitrimine on eksperimentaalne meetod happe või aluse kontsentratsiooni määramiseks, mida kasutatakse peamiselt kvantitatiivses keemilises analüüsis. Tavaliselt lisatakse koonilises kolvis olevale teadmata kontsentratsiooniga leeliselisele lahusele büretist järk-järgult teadaoleva kontsentratsiooniga hapet. Tiitrimise ekvivalentsuspunkt saavutatakse siis, kui alusele on lisatud täpselt stöhhiomeetriline kogus hapet. Sel hetkel on kõik leelised neutraliseeritud ja lahuses pole ei liigset hapet ega liigset alust. Lahus koosneb ainult soolast ja veest. Näiteks vesinikkloriidhappe lisamisel naatriumhüdroksiidi lahuse kontsentratsioonis kontsentratsioonis saavutatakse tiitrimise ekvivalentpunkt hetkel, mil lahusele lisatakse täpselt vesinikkloriidhape. See tuleneb stöhhiomeetrilisest võrrandist
Happe-aluse tiitrimisel kasutatakse sageli samaväärsuse punkti määramiseks indikaatoreid. Samas saab samaväärsuse punkti määrata ka potentsiomeetriliselt, kasutades -meetrit või konduktomeetrilisi meetodeid (vt ptk 10).
Oletame nüüd, et tiitrimine toimub happele aluse lisamisega. Kui joonistada lahuse muutus lisatud aluse mahu suurenedes, siis sõltuvalt sellest, kas hape ja alus on tugevad või nõrgad, saad nelja tüüpi kõveraid. Neid nelja tüüpi tiitrimiskõveraid on näidatud joonisel fig. 8.2. Tuleb märkida, et ekvivalentpunkti saavutamist iseloomustab järsk tõus.Ainsaks erandiks selles osas on nõrga happe tiitrimine nõrga alusega. Kui selleks
Happe-aluse tiitrimise ekvivalentpunkti määramiseks tuleb kasutada indikaatorit, mis tuleb valida nii, et pH vahemik, milles värvimuutus toimub, langeks tiitrimiskõvera vertikaalsele osale. See tagab indikaatori värvi järsu muutumise hetkel, kui saavutatakse tiitrimise ekvivalentpunkt.
Tugeva happe tiitrimine tugeva alusega. Näiteks,
Selle tiitrimise kõvera vertikaalne osa langeb pH muutuste vahemikku 4 kuni 10. Järelikult põhjustab tiitrimise ekvivalentpunktis veel ühe tilga aluse lisamine happele pH kohese tõusu 6 ühiku võrra. See tähendab, et selliseks tiitrimiseks võite kasutada indikaatoreid, mille värvivahemik on pH väärtuste vahemikus 4 kuni 10. Selliste indikaatorite näideteks on metüülpunane värvaine ja fenoolftaleiin. Pange tähele, et kui metüüloranži kasutatakse indikaatorina tugeva happe tiitrimisel tugeva alusega, ei ole värvimuutus nii dramaatiline.
Tugeva happe tiitrimine nõrga alusega. Näiteks,
Selle tiitrimise kõvera vertikaalne osa langeb pH muutuste vahemikku 4 kuni 8. Selle jaoks sobivad indikaatorid on metüülpunane või
bromotümoolsinine, kuid mitte fenoolftaleiin, kuna selle värvimuutuste vahemik langeb tiitrimiskõvera tasasele osale.
Nõrga happe tiitrimine tugeva alusega. Näiteks,
Selle tiitrimiskõvera vertikaalne osa langeb pH vahemikku 6,5 kuni 11. Järelikult on fenoolpunane või fenoolftaleiin selle jaoks mugavad indikaatorid. Indikaatorid, mille värvivahemik on alla pH 6, näiteks metüüloranž, ei sobi selle tiitrimise jaoks.
Riis. 8.2. 25,00 cm3 happe kontsentratsiooniga 0,10 mol/dm3 tiitrimiskõverad alusega kontsentratsiooniga 0,10 mol/dm3: a - tugeva happe tiitrimine tugeva alusega; b - tugeva happe tiitrimine nõrga alusega; c - nõrga happe tiitrimine tugeva alusega; d - nõrga happe tiitrimine nõrga alusega. I-fenoolftaleiin, II-metüüloranž.
kuna nende värvimuutuste vahemik langeb tiitrimiskõvera lamedale osale ja seetõttu ei võimalda ekvivalentpunkti täpselt tuvastada.
Nõrga happe tiitronimine nõrga alusega. Näiteks,
Seda tüüpi tiitrimist iseloomustab pH järsu muutuse puudumine ekvivalentpunkti saavutamisel. pH muutused toimuvad sujuvalt kogu aktsepteeritud väärtuste vahemikus. Seetõttu on seda tüüpi tiitrimiseks võimatu valida indikaatorit.
Nii et ütleme uuesti
1. Tugev elektrolüüt on lahustunud või sulas olekus täielikult ioniseeritud.
2. Nõrk elektrolüüt dissotsieerub ioonideks lahustunud või sulas olekus ainult osaliselt.
3. Ostwaldi lahjendusseadus seob elektrolüüdi dissotsiatsioonikonstandi selle dissotsiatsiooniastme a ja kontsentratsiooniga c:
4. Bronsted-Lowry teooria järgi on hape aine, mis loovutab (annetab) prootoneid ja alus on aine, mis võtab (lisab) prootoneid.
5. Tugeval happel on nõrk konjugeeritud alus.
6. Nõrgal happel on tugev konjugeeritud alus.
7. Amfoteerne aine võib reageerida nii happe kui alusena.
8. Lewise hape on aine, mis on võimeline vastu võtma aluse poolt antud elektronipaari.
9. Lewise alus on aine, millel on üksik elektronide paar.
10. kus on happe dissotsiatsioonikonstant.
11. , kus on aluse dissotsiatsioonikonstant.
12. , kus on vee ioonprodukt.
16. Indikaatori, mis on nõrk hape, tasakaal vesilahuses määratakse võrrandiga
17. Happe-aluse tiitrimise ekvivalentpunkt saavutatakse, kui happele on lisatud stöhhiomeetriline kogus alust.
18. Visuaalse indikaatori värvimuutuste vahemik peaks langema tiitrimiskõvera vertikaalsele osale.
Indikaatorite värvuse muutus sõltuvalt pH-st
Happe-aluse indikaatorid on ühendid, mille värvus muutub sõltuvalt keskkonna happesusest.
Näiteks lakmus on happelises keskkonnas punane ja aluselises keskkonnas sinine. Seda omadust saab kasutada lahuste pH kiireks hindamiseks.
Keemias kasutatakse laialdaselt happe-aluse indikaatoreid. Näiteks on teada, et happelises ja aluselises keskkonnas kulgevad paljud reaktsioonid erinevalt. PH reguleerimisega saate muuta reaktsiooni suunda. Näitajaid saab kasutada mitte ainult kvalitatiivseks, vaid ka kvantitatiivseks happesisalduse hindamiseks lahuses (happe-aluse tiitrimise meetod).
Indikaatorite kasutamine ei piirdu ainult "puhta" keemiaga. Keskkonna happelisust tuleb kontrollida paljudes tootmisprotsessides, toiduainete kvaliteedi hindamisel, meditsiinis jne.
IN Tabel 1 on näidatud kõige populaarsemad indikaatorid ja nende värv neutraalses, happelises ja aluselises keskkonnas.
Tabel 1
Metüüloranž
Fenoolftaleiin
Tegelikult iseloomustab iga indikaatorit oma pH-intervall, milles värvimuutus toimub (üleminekuintervall). Värvimuutus toimub indikaatori ühe vormi (molekulaarse) muutumise tõttu teiseks (ioonseks). Söötme happesuse vähenemisel (pH tõustes) suureneb ioonse vormi kontsentratsioon ja molekulaarvorm väheneb. Tabelis 2 on loetletud mõned happe-aluse näitajad ja neile vastavad üleminekuintervallid.
tabel 2INDIKAATORID(Hiline ladina indikaator - osuti), keemiline. ained, mis muudavad värvi või moodustavad sademe aine muutumisel. lahuses sisalduv komponent. Märkige süsteemi teatud olek või hetk, millal see seisund on saavutatud. On pöörduvaid ja pöördumatuid näitajaid. Esimese värvuse muutus süsteemi oleku muutumisel (näiteks keskkonna pH muutumisel) võib olla. mitu korda korratud. Pöördumatud näitajad alluvad pöördumatule keemiale. teisendusi, näiteks BrO3-ga - hävitatakse. Näitajaid, mida uuritavasse lahendusse tuuakse, nimetatakse. sisemine, erinevalt välisest, protseduur, millega viiakse läbi väljaspool analüüsitavat segu. Viimasel juhul üks või mitu. Analüüsitud lahuse tilgad asetatakse indikaatoriga leotatud paberile või segatakse need valgel portselanplaadil indikaatoritilgaga. JA Populatsiooni lõpu määramiseks kasutatakse kõige sagedamini indikaatoreid. chem. ringkonnad, ptk. arr. lõpp-punkt (t.t.t.). Vastavalt titrimeetrilisele meetodid eristavad happe-aluse, adsorptsiooni, oksüdatsiooni-redutseerimise. ja kompleksomeetriline. näitajad. on r-rime org ühendid, mis muudavad oma värvi või olenevalt H +-st (keskkonna pH). Rakendus vooluahela lõpu kindlakstegemiseks ahelate ja (sealhulgas at) või muude vooluahelate vahel, kui neis on H +, samuti kolorimeetriliseks. vesilahuste pH määramine. Naib. olulisemad on toodud tabelis. 1. Indikaatorite värvuse muutumise põhjuseks on see, et selle lisandumine või vabanemine on seotud mõne kromofoorrühma asendumisega teistega või uute kromofoorrühmade ilmumisega. Kui indikaatoril on nõrk väärtus HIn, siis vesilahuses toimub HIn + H 2 O D sisse – + H3O+. Kui indikaator on nõrk In, siis: In + H 2 O D HIn + + OH - . Üldkujul võime kirjutada: In a + H 2 O D In b + H 3 O +, kus In a ja In b - vastavalt. indikaatori happelised ja aluselised vormid, mis on erinevat värvi. sellest protsessist K ln = / kutsutakse. indikaator. Lahuse värvus sõltub suhtest /, mille määrab lahuse pH.
Loetakse, et indikaatori ühe vormi värvus on märgatav, kui see on 10 korda kõrgem kui teisel kujul, s.o. kui suhe / = /K ln on 0,1 või 10. Indikaatori värvuse muutust märgitakse piirkonnas pH = pK ln b 1, mida nimetatakse. indikaatori ülemineku intervall. Muutus max. selgelt, kui = ja K ln = [H 3 O] +, st. pH juures = pK ln. PH väärtust, mille juures see tavaliselt lõpeb, nimetatakse. pT indikaator. Indikaatorid valitakse nii, et värvi ülemineku intervall sisaldab pH väärtust, mis lahusel peaks ekvivalentpunktis olema. Tihti ei lange see pH väärtus kokku kasutatava indikaatori pH-ga, mis toob kaasa nn. indikaatori viga. Kui tiitrimata nõrga või ühendi liig jääb c.t.t.-sse, kutsutakse viga. resp. aluseline või happeline.
Indikaatori tundlikkus - (v/l) määratud (antud juhul H + või OH). -
) punktis max. järsk värviüleminek. Seal on: hapete suhtes tundlikud indikaatorid, mille üleminekuintervall on leeliselise pH väärtuse piirkonnas (näiteks tümolftaleiin); tundlikud indikaatorid üleminekuintervalliga happelises piirkonnas (nagu dimetüülkollane jne); neutraalsed näitajad, mille üleminekuintervall on u. pH 7 (neutraalne punane jne). JA Indikaatorid on ühe või kahe värvilise kujuga; selliseid näitajaid nimetatakse resp. ühevärviline ja kahevärviline. Naib. selget värvimuutust oleks täheldatav nendel indikaatoritel, mille happelised ja aluselised vormid on värvunud komplementaarselt. värvid. Selliseid näitajaid aga pole. Seetõttu muudetakse lisades mõlema vormi värve vastavalt. Seega toimub metüülpunase puhul üleminek punasest kollaseks vahemikus 2 pH-ühikut ja kui lisate lahusele, siis pH väärtusel 5,3 täheldatakse värvi üleminekut punakasvioletselt roheliseks järsult ja selgelt. Sarnase efekti saab saavutada, kui kasutate kahe indikaatori segu, mille värvid täiendavad teist. sõber. Selliseid näitajaid nimetatakse segatud (tabel 2).
Nimetatakse indikaatorite segusid, mis muudavad pidevalt oma värvi kogu pH vahemikus 1 kuni 14. universaalne. Neid kasutatakse u. lahuste pH hindamine.
Indikaatori värvimuutust mõjutab see. Kahevärviliste indikaatorite puhul, mida kõrgem , seda vähem dramaatiline on värvimuutus, sest Mõlema vormi neeldumisspektrid kattuvad üksteisega suuremal määral ja värvimuutust on raskem tuvastada. Tavaliselt kasutatakse sama minimaalset (mitu tilka lahust) indikaatorikogust.
Paljude indikaatorite üleminekuintervall sõltub temperatuurist. Seega muudab see värvi toatemperatuuril pH vahemikus 3,4-4,4 ja 100 °C juures pH vahemikus 2,5-3,3. See on tingitud muutusest.
Lahuses olevad kolloidsed osakesed adsorbeerivad indikaatoreid, mis viib selle värvi täieliku muutumiseni. Vigade kõrvaldamiseks kohalolekul. positiivse laenguga kolloidosakeste puhul tuleks kasutada baasindikaatoreid ja kui need on olemas. negatiivselt laetud - happeindikaatorid.
Tavatingimustes on vaja arvestada lahustunud CO 2 mõjuga, eriti kui kasutatakse indikaatoreid, mille pK ln > 4 (näiteks metüülpunane). Mõnikord eemaldatakse CO 2 esmalt keetmise teel või lahust tiitritakse, kui see ei puutu kokku.
Kõrvaliste neutraalide mõju (soolaefekt) avaldub näitajate nihkes. Happeindikaatorite puhul nihkub üleminekuintervall happelisemasse piirkonda, baasindikaatorite puhul aga aluselisemasse piirkonda.
Sõltuvalt lahusti olemusest muutuvad indikaatorite värvid, nende pK ln ja tundlikkus. Seega annab metüülpunane värvuse ülemineku kõrgemate H + väärtuste korral kui bromofenoolsinine ja etüleenglükooli lahuses on see vastupidi. Vesi-metanool ja vesi-etanool lahustes on muutus veekeskkonnaga võrreldes ebaoluline. Alkoholikeskkonnas on happeindikaatorid H + suhtes tundlikumad kui alusindikaatorid.
Kuigi mittelooduslikus keskkonnas määratakse see tavaliselt potentsiomeetriliselt klaasindikaatori abil, kasutatakse seda ka (tabel 3).
Kõige sagedamini kasutatakse nõrkade jaoks metüülpunast veevabas CH3COOH-s või sees; nõrkade hapete jaoks - DMF-is.
Indikaatorite käitumine mittevesi- ja veekeskkonnas on sarnane. Näiteks nõrkade väärtuste HIn jaoks lahenduses SH võite kirjutada: HIn + SH D sisse – + SH 2 + . Indikaatorite toimemehhanism on sama, mis aastal, ainult mittevesikeskkonnas kasutavad nad vastavat happesuse skaalat (pH p, pA; vt.).
Neid kasutatakse ka toodetena, mis muudavad värvi ja intensiivsust sõltuvalt pH-st ning võimaldavad tiitrida väga värvilisi ja hägusaid lahuseid.
Nõrkade puhul kasutatakse nn. hägususe näitajad, moodustades pöörduvad, koaguleeruvad väga kitsas pH vahemikus (näiteks isonitroatsetüül-n-aminobenseen tekitab hägusust pH 10,7-11,0 juures). Võite kasutada komplekse koos (vt allpool); Need kompleksid muudavad hävitamisel lahuse värvi kitsas pH vahemikus.
Et määrata org. to-t ja olevikus. Kasutatakse nn lahustit, mis sellega ei segune. amfiibindikaatorid, mis on indikaatorhapped (nt 00), millel on lagunemine. org. (nt ). Need näitajad lahustuvad hästi. in org. r-jaemüüjad, halb sisse; on väga tundlikud.
Adsorptsiooniindikaatorid on ained, mis võivad adsorbeeruda sette pinnale ja muuta nende värvi või intensiivsust. Need indikaatorid on tavaliselt pöörduvad ja neid kasutatakse settimisel. Esiteks adsorbeeritakse need setete poolt, identsed nendega, mis on osa settest. sete ise, pärast mida indikaator adsorbeerub. Suur rühm indikaatoreid (tabel 4) adsorbeerub sette pinnale settes sisalduvate s-de moodustumisega.
Näiteks on lahus roosa, mis AgNO 3 lisamisel ei muutu. Kuid KBr lahusega adsorbeerib välja langev sade Ag +, mis lisatakse iseendale. Sade muutub punakasvioletseks. C.t.t., kui kogu Ag+ on tiitritud, kaob sademe värvus ja lahus muutub uuesti roosaks.
Inorg. adsorbeerib. indikaatorid moodustavad titrandist värvilise sademe või kompleksi (näiteks indikaatoritena kasutatav CrO 4- ja SCN - sisse). Adsorbeeriva ainena. Kasutatakse ka mõningaid indikaatoreid: hape-alus, oksüdatsioon-redutseerimine. ja kompleksomeetriline. indikaatorid, mille omadused (hape, oksüdatsiooni-redutseerimispotentsiaal ja komplekside stabiilsus) adsorbiiris. seisund sõltub sette olemusest ja pinnast.
Oksüdatsioon-redutseerimine indikaatorid - ained, mis võivad muuta värvi sõltuvalt oksüdatsioonist-reduktsioonist. lahenduspotentsiaal. Kasutatakse oksüdatsiooni-redutseerimise temperatuuri määramiseks. ja kolorimeetrilise jaoks oksüdatsiooni-redutseerimise määramine. potentsiaal (peamiselt bioloogias). Sellised indikaatorid on reeglina ained, mis ise puutuvad kokku või, ning oksüdeeritud (In Ox) ja redutseeritud (In Red) vormid on erineva värviga.
Pöörduvaks oksüdatsiooni-redutseerimiseks. näitajaid saab kirjutada: In Oх + ne D Punases, kus n on arv. Potentsiaali E korral määrab indikaatori mõlema vormi suhe:
,
kus E ln – reaalne oksüdatsioon-reduktsioon. indikaatorpotentsiaal, olenevalt lahuse koostisest. Värvuse ülemineku intervall on praktiliselt täheldatav, kui suhe / muutub 0,1-lt 10-le, mis 25 °C juures vastab D E (V-s) = E ln b (0,059/n). Kõige teravamale värvimuutusele vastav potentsiaal on võrdne Elniga. Indikaatori valimisel arvesta ptk. arr. väärtused Eln, koefitsient. indikaatori mõlema vormi molaarne väljasuremine ja lahuse potentsiaal ekvivalentpunktis. Tugeva korral (K 2 Cr 2 O 7, KMnO 4 jne) kasutatakse näitajaid, millel on suhteliselt kõrge näiteks Eln ja selle derivaadid; tugevaga [Ti(III), V(II) jne] kasutatakse näiteks suhteliselt madala Eln-iga näitajaid (tabel 5).
Mõned ained muudavad oma värvi pöördumatult, näiteks kui need hävivad värvitu moodustumisega. tooteid, näiteks BrO 3 mõju all või naftooli sinimust.
Kompleksomeetrilised indikaatorid on ained, mis moodustavad (M-ga) värvilisi komplekse, mille värvus erineb indikaatoritest endist. Neid kasutatakse indikaatori kvaliteedi määramiseks. Indikaatoritega komplekside stabiilsus (In) on väiksem kui vastavatel kompleksonaatidel,
seetõttu tõrjuvad nad K.T.T-s välja indikaatorid kompleksidest koos. Värvuse muutumise hetkel ekvivalentpunktis = ja seetõttu рМ = - log K Mln, kus рМ = - log[M] nimetatakse. indikaatori üleminekupunkt, K Mln - kompleksi stabiilsus indikaatoriga. Viga on tingitud asjaolust, et indikaatorile saab kinnitada teatud summa, mitte tiitrile. Naib. kasutavad sageli nn.
Happelises lahuses pH< 7, в нейтральной среде рН = 7, в щелочной рН >7. Mida madalam on pH, seda happelisem on lahus. Kui pH väärtus on > 7, on lahus väidetavalt aluseline.
Lahuse pH määramiseks on erinevaid meetodeid. Lahenduskeskkonna olemus määratakse kvalitatiivselt indikaatorite abil. Indikaatorid on ained, mis sõltuvalt lahuse keskkonnast muudavad oma värvi pöörduvalt. Praktikas kasutatakse kõige sagedamini lakmust, metüülapelsini, fenoolftaleiini ja universaalset indikaatorit (tabel 2).
tabel 2
Indikaatorite värvimine erinevates lahenduskeskkondades
PH väärtus on meditsiini jaoks väga oluline, selle kõrvalekalle normaalväärtustest isegi 0,01 ühiku võrra viitab patoloogilistele protsessidele organismis. Normaalse happesuse korral on maomahla pH = 1,7; inimese vere pH on 7,4; sülg – pH = 6,9.
Ioonivahetusreaktsioonid ja nende toimumise tingimused
Kuna elektrolüüdi molekulid lahustes lagunevad ioonideks, toimuvad reaktsioonid ka elektrolüütide lahustes ioonide vahel. Ioonivahetusreaktsioonid- need on reaktsioonid ioonide vahel, mis tekivad elektrolüütide dissotsiatsiooni tulemusena. Selliste reaktsioonide põhiolemus on ioonide sidumine nõrga elektrolüüdi moodustumise kaudu. Teisisõnu, ioonivahetusreaktsioon on mõttekas ja kulgeb peaaegu lõpuni, kui selle tulemusena moodustuvad nõrgad elektrolüüdid (sade, gaas, H 2 O jne). Kui lahuses ei ole ioone, mis suudaksid omavahel siduda nõrga elektrolüüdi moodustamiseks, on reaktsioon pöörduv; selliste vahetusreaktsioonide võrrandeid ei kirjutata.
Ioonivahetusreaktsioonide registreerimisel kasutatakse molekulaarseid, täisioonseid ja lühendatud ioonseid vorme. Näide ioonivahetusreaktsiooni kirjutamisest kolmes vormis:
K 2 SO 4 + BaCl 2 = BaSO 4 + 2 KCl,
2K + + SO 4 2– + Ba 2+ + 2Cl – = BaSO 4 + 2K + + 2Cl – ,
Ba 2+ + SO 4 2– = BaSO 4 .
Ioonreaktsioonide võrrandite koostamise reeglid
1. Nõrkade elektrolüütide valemid on kirjutatud molekulaarsel kujul ja tugevate elektrolüütide valemid ioonsel kujul.
2. Reaktsioonide jaoks võetakse ainete lahused, seega kirjutatakse ka vähelahustuvad ained reaktiivide puhul ioonidena.
3. Kui reaktsiooni tulemusena tekib vähelahustuv aine, siis ioonvõrrandi kirjutamisel loetakse see lahustumatuks.
4. Võrrandi vasakul poolel olevate ioonide laengute summa peab olema võrdne paremal pool olevate ioonilaengute summaga.
Test teemal „Elektrolüütilise dissotsiatsiooni teooria. Ioonivahetusreaktsioonid"
1. Magneesiumhüdroksiidi lahustamisel väävelhappes tekkivat reaktsiooni kirjeldatakse lühendatud ioonvõrrandiga:
a) Mg 2+ + SO 4 2– = MgSO 4;
b) H + + OH – = H2O;
c) Mg(OH)2 + 2H+ = Mg2+ + 2H20;
d) Mg(OH) 2 + SO 4 2– = MgSO 4 + 2OH –.
2. Neli anumat sisaldavad ühe liitri allpool loetletud ainete 1M lahuseid. Milline lahus sisaldab kõige rohkem ioone?
a) kaaliumsulfaat; b) kaaliumhüdroksiid;
c) fosforhape; d) etüülalkohol.
3. Dissotsiatsiooni aste ei sõltu:
a) lahuse maht; b) elektrolüüdi olemus;
c) lahusti; d) kontsentratsioonid.
4. Lühendatud ioonvõrrand
Al 3+ + 3OH – = Al(OH) 3
vastab interaktsioonile:
a) alumiiniumkloriid veega;
b) alumiiniumkloriid kaaliumhüdroksiidiga;
c) alumiinium veega;
d) alumiinium kaaliumhüdroksiidiga.
5. Elektrolüüt, mis ei dissotsieeru astmeliselt, on:
a) magneesiumhüdroksiid; b) fosforhape;
c) kaaliumhüdroksiid; d) naatriumsulfaat.
6. Nõrk elektrolüüt on:
a) baariumhüdroksiid;
b) alumiiniumhüdroksiid;
c) vesinikfluoriidhape;
d) vesinikjodiidhape.
7. Bariitvee ja süsinikdioksiidi vastastikmõju lühikese ioonvõrrandi koefitsientide summa on võrdne:
a) 6; b) 4; kell 7; d) 8.
8. Lahuses ei saa esineda järgmisi ainete paare:
a) vaskkloriid ja naatriumhüdroksiid;
b) kaaliumkloriid ja naatriumhüdroksiid;
c) vesinikkloriidhape ja naatriumhüdroksiid;
d) väävelhape ja baariumkloriid.
9. Aine, mille lisamine veele ei muuda selle elektrijuhtivust, on:
a) äädikhape; b) hõbekloriid;
c) väävelhape; d) kaaliumkloriid.
10. Milline näeb välja vooluringiga ühendatud elektripirni intensiivsuse ja aja graafik, kui elektroodid on kastetud lubjavee lahusesse, millest juhitakse pikaks ajaks süsinikdioksiidi?
a) Lineaarne kasv;
b) lineaarne vähenemine;
c) algul kahanevad, siis kasvavad;
d) kõigepealt suureneb, seejärel väheneb.
