Больше интересного про химию, а также полезные конспекты для экзаменов в ТГ-канале:
Принцип работы кислотно-основных индикаторов основан на обратимых химических реакциях, изменяющих электронную структуру молекулы, что приводит к сдвигу в поглощении света и видимому изменению цвета. Ионы H⁺ и OH⁻ "переключают" структуру молекулы-индикатора, изменяя её способность поглощать свет. Цвет — это сигнал о концентрации протонов в растворе
Лакмус
Лакмус — смесь природных соединений, добываемых из лишайников. Фактически природный лакмус представляет собой сложную смесь 10—15 различных субстанций. Основными компонентами лакмуса считаются: орсеин и азолитмин. Они относятся к классу слабых органических оснований (основная форма — синяя, кислая — красная).
Сам лакмус не вступает в химическую реакцию с определяемыми кислотами или основаниями в обычном смысле. Он выступает как "свидетель": ионы H⁺ или OH⁻ из раствора просто сдвигают равновесие между двумя его собственными формами (HInd и Ind⁻), которые имеют разные цвета.
Химическое равновесие выглядит так:
HInd (красный) ⇌ H⁺ + Ind⁻ (синий)
В кислой среде (избыток ионов H⁺) равновесие сдвигается влево. Молекула индикатора преимущественно находится в форме недиссоциированной слабой кислоты HInd. Она имеет красный цвет.
В щелочной среде (избыток ионов OH⁻) ионы H⁺ связываются с OH⁻, образуя воду. Равновесие сдвигается вправо. Индикатор преимущественно находится в форме сопряженного основания Ind⁻. Эта форма имеет синий цвет.
Кстати, многие думают, что фиолетовый цвет лакмуса означает нейтральную среду (pH=7). На самом деле фиолетовый цвет появляется в широком интервале pH (4.5–8.3) и указывает лишь на то, что среда близка к нейтральной или слабокислая/слабощелочная.
Фенолфталеин
Фенолфталеин был впервые синтезирован немецким химиком Адольфом фон Байером (да, тем самым, что получил Нобелевскую премию и в честь которого названа крупнейшая фармацевтическая компания). Однако его индикаторные свойства были обнаружены и стали широко использоваться в аналитической химии значительно позже.
Долго время фенолфталеин широко использовался как слабительное средство (известное под маркой "Пурген").
Фенолфталеин — сложное органическое соединение, производное фталеина. Его молекула содержит:
- Два фенольных кольца (источник кислотных свойств).
- Центральный карбонильный фрагмент (C=O).
Ключевое отличие от лакмуса — фенолфталеин имеет три основные формы в разных диапазонах pH:
Лактонная форма (pH < 8.2) - закрытая циклическая структура (лактон), бесцветная
Хиноидная форма (pH 8.2–10.0) в результате атаки ОН- групп происходит разрыв лактона и образуется хиноидная структура (поглощает в сине-зеленой области, поэтому видим малиновый цвет)
Карбоксилатная форма pH > 10.0. В сильнощелочной среде от OH-групп фенольных колец отрываются протоны. Сопряжение разрушается, эта форма бесцветна.
Метиловый оранжевый
Принцип работы этого индикатора основан на обратимом изменении структуры азогруппы (–N=N–) при изменении pH, что приводит к сдвигу в поглощении света.
Когда азогруппа протонирована (–N⁺=N–), это происходит при pH < 3.1, видим красный цвет.
Если азогруппа депротонирована (–N=N–) при pH > 4.4, индикатор для игр приобретает желтый цвет.
В интервале рН от 3.1 до 4.4 индикатор имеет оранжевый цвет из-за присутствия сразу двух форм
Таким образом, цвет индикатора — это визуальное отражение установления специфического кислотно-основного равновесия внутри его молекулы, напрямую зависящего от концентрации протонов в растворе.