Индикатор pH или кислотно-щелочной индикатор – это соединение, которое меняет цвет в растворе в узком диапазоне значений pH. Для видимого изменения цвета требуется лишь небольшое количество индикаторного соединения.
При использовании в качестве разбавленного раствора индикатор pH не оказывает значительного влияния от кислотности или щелочности химического раствора.
Принцип действия индикатора заключается в том, что он реагирует с водой с образованием катиона водорода H + или ион гидроксония H 3 O + . Реакция изменяет цвет молекулы индикатора.
Некоторые индикаторы меняют цвет с одного цвета на другой, в то время как другие меняют цвет между цветным и бесцветным состояниями. Индикаторы pH обычно представляют собой слабые кислоты или слабые основания. Многие из этих молекул встречаются в природе.
Например, антоцианы, содержащиеся в цветах, фруктах и овощах, являются индикаторами pH. К растениям, содержащим эти молекулы, относятся листья красной капусты, цветы лепестков роз, черника, стебли ревеня, цветы гортензии и цветы мака. Лакмус – это естественный индикатор pH, полученный из смеси лишайников.
Для слабой кислоты с формулой HIn химическое уравнение равновесия будет выглядеть следующим образом:
HIn (вод.) + H 2 O (l) ⇆ H 3 O + (aq) + In – (aq)
При низком pH концентрация иона гидроксония высока, а положение равновесия находится слева. Раствор имеет цвет индикатора HIn. При высоком pH концентрация гидроксония низкая, равновесие находится справа, а раствор имеет цвет конъюгированного основания In – .
Помимо индикаторов pH, в химии используются два других типа индикаторов. Индикаторы окислительно-восстановительного потенциала используются при титровании, включающем реакции окисления и восстановления. Комплексометрические индикаторы используются для количественного определения катионов металлов.
Примеры индикаторов pH
- Метиловый красный – это pH индикатор, используемый для определения значений pH от 4,4 до 6,2. При низком pH (4,4 и ниже) индикаторный раствор имеет красный цвет. При высоком pH (6,2 и выше) цвет желтый. При pH от 4,4 до 6,2 индикаторный раствор имеет оранжевый цвет.
- Бромкрезоловый зеленый – это индикатор pH, используемый для определения значений pH от 3,8 до 5,4. При pH ниже 3,8 индикаторный раствор желтого цвета. При pH выше 5,4 раствор имеет синий цвет. При значениях pH от 3,8 до 5,4 индикаторный раствор имеет зеленый цвет.
Универсальный индикатор
Поскольку индикаторы меняются цвета в разных диапазонах pH, иногда их можно комбинировать для изменения цвета в более широком диапазоне pH.
Например, «универсальный индикатор» содержит тимоловый синий, метиловый красный, бромтимоловый синий, тимоловый синий и фенолфталеин. Он охватывает диапазон pH от менее 3 (красный) до более 11 (фиолетовый).. Промежуточные цвета включают оранжевый/желтый (pH от 3 до 6), зеленый (pH 7 или нейтральный) и синий (pH от 8 до 11).
Использование индикаторов pH
Индикаторы pH используются для определения приблизительного значения pH химического раствора. Для точных измерений используется pH-метр.
В качестве альтернативы, спектроскопия поглощения может использоваться с индикатором pH для расчета pH по закону Бера. Спектроскопические измерения pH с использованием одного кислотно-основного индикатора имеют точность в пределах одного значения pKa. Объединение двух или более индикаторов увеличивает точность измерения.
Индикаторы используются при титровании, чтобы показать завершение кислотно-щелочной реакции.