Hvad er en syrebaseindikator?

Syre-base-indikatorer er forbindelser eller kemikalier, der udviser markant forskellige farver ved forskellige pH-værdier . Selvom de tjener til at vise pH-området for en opløsning på et øjeblik, bruges de hovedsageligt i kemi-laboratoriet som et middel til at visualisere ækvivalenspunktet under en syre-base titrering eller titrering.

Disse forbindelser er altid svage organiske syrer eller baser, der har en anden farve, når de protoneres (ved lav pH), end når de deprotoneres (ved høj pH). De er normalt monoprotiske eller monobasiske arter, hvilket betyder, at de kun er involveret i en enkelt ionisk ligevægt og udviser en enkelt farveændring.

Nogle typiske eksempler på syrebaseindikatorer er phenolphtalein, methylrød og thymolblå. Hjemmelavede syre-base indikatorer såsom rødkålsekstrakt (rødkål) kan også tilberedes. Denne kan laves ved blot at koge en rødkål i vand i et par minutter. Den resulterende opløsning vil præsentere en række farver ved forskellige pH-værdier fra rød, lilla, dyb grøn til gul.

Begrebet syre-base-indikator er tæt forbundet med syre-base-titreringer og to andre beslægtede begreber, ækvivalenspunktet og slutpunktet . At forstå, hvad hver enkelt handler om, giver dig mulighed for bedre at forstå, hvad syrebaseindikatorer er, og hvad de er til.

Syrebasetitreringer

Syre-base titreringer er analytiske teknikker, som kemikere bruger til at bestemme koncentrationen af ​​en syre eller base (kaldet en analyt) i en ukendt prøve . For at gøre dette udtages en alikvot af prøven, der skal analyseres, og en opløsning af en base eller en syre med kendt koncentration (kaldet titrant ) tilsættes dråbe for dråbe, indtil analytten er fuldstændig neutraliseret.

Det nøjagtige punkt, hvor analytten neutraliseres, kaldes ækvivalenspunktet , og det volumen af ​​titranten, der kræves for at nå dette punkt, sammen med dens koncentration gør det muligt at bestemme koncentrationen af ​​analytten i prøven.

Problemet med titreringer er, at den analytiske kemiker, der udfører titreringen, ikke har nogen mulighed for at sige, hvornår ækvivalenspunktet er nået. Syre-base-indikatorer tilføjer til analytten, når de undergår en synlig farveændring, når de når eller overskrider ækvivalenspunktet.

Slutpunktet versus ækvivalenspunktet

Som nævnt ovenfor bruges indikatorer primært til at vise eller “angive” ækvivalenspunktet under en syre-basetitrering. Men afhængigt af analyttens surheds- eller basicitetskonstant vil et sådant ækvivalenspunkt forekomme ved forskellige pH-værdier, og denne pH falder sjældent nøjagtigt sammen med den pH, hvor en indikator skifter farve. På trods af dette er farveændringen i indikatoren den eneste reference, som kemikeren kan bruge til at vide, at det er tid til at stoppe titreringen. Af denne grund henviser kemikere til det punkt, hvor en indikator skifter farve, som “slutpunktet”, for at skelne det fra det sande “ækvivalenspunkt”, de leder efter.

Den ideelle syre-base-indikator er en, der viser en stærk farveændring nøjagtigt ved pH-værdien af ​​ækvivalenspunktet for titreringen. Det er med andre ord den, hvormed slutpunktet falder nøjagtigt sammen med ækvivalenspunktet. Desværre findes den ideelle syre-base-indikator ikke, men der er forskellige indikatorer, som har forskellige pH-intervaller, hvor de vender eller skifter farve. Dette er normalt nok til at få en god tilnærmelse af ækvivalenspunktet uden at lave en meget stor eksperimentel fejl.

Af denne grund bør man, hver gang der skal udføres en syre-basetitrering, starte med at vælge den indikator, der skifter farve så tæt som muligt på pH-værdien af ​​ækvivalenspunktet for den pågældende analyt.

Betjening af syrebaseindikatorerne

Syre-base-indikatorer er svage syrer eller baser, der er involveret i en syre-base-ligevægt mellem deres protonerede syreform og deres konjugerede base eller deprotonerede form. Dem, der er svage syrer, er neutrale i sur pH og negative i alkaliske pH, og det modsatte sker for dem, der er svage baser, det vil sige, at de er neutrale i alkalisk pH og positive ioner i sur pH.

For at forstå hvorfor dette sker, lad os overveje ligevægten, hvori en syre-base-indikator er involveret. Reaktionen kan repræsenteres som følger:

Her repræsenterer k _a indikatorens syredissociationskonstant.

Ud fra Le Chateliers principper, når koncentrationen af ​​H ⁺ ioner er høj, det vil sige når pH er lav, forskydes denne ligevægt til venstre, altså mod den protonerede form HIn. I dette tilfælde ser vi farven på HIn, fordi det er den art, der er til stede i den højeste andel. Når det modsatte opstår (ved lav H ⁺ koncentration ), skifter ligevægten mod produkterne. I dette tilfælde er den mest udbredte art, hvis farve vi ser med det blotte øje nu In ^– .

Normalt er vi i stand til at skelne mellem den ene eller den anden farve, når koncentrationen af ​​den ene er mere end 10 gange større end den andens.

Eksempler på syrebaseindikatorer

Følgende tabel viser nogle eksempler på syre-base-indikatorer, der almindeligvis anvendes i kemi-laboratoriet, sorteret efter det pH-område, hvori deres farveændring finder sted.

Disse pH-områder kan bestemmes ved hjælp af surhedskonstanten for indikatoren og ved at beregne den pH-værdi, ved hvilken [HIn]/[In ^– ]≥10 (når der er ti gange mere HIn end In ^– ), og når [HIn]/ [In ^– ]≤0,1 (når der er ti gange mere In ^– end HIn).

Hvordan vælger du den rigtige syrebaseindikator?

Generelt, hvis du planlægger at titrere til en stærk syre eller stærk base, kan næsten enhver indikator bruges, da pH-værdien i sådanne titreringer ændres dramatisk fra meget sur til meget basisk eller fra meget basisk til meget sur lige før og efter titreringen ækvivalenspunkt, som forekommer nøjagtigt ved pH = 7.

På den anden side, hvis du titrerer en svag syre eller base, bør du starte med at se på dens surhedskonstant, eller mere præcist, pKa af analytten (pKa er den negative af logaritmen af ​​ligevægtskonstanten). Denne værdi repræsenterer opløsningens pH halvvejs til ækvivalenspunktet og giver et fingerpeg om den pH, ved hvilken ækvivalenspunktet nås. Da prøven har en ukendt koncentration (da titreringen udføres bare for at finde dens koncentration), kan vi ikke nøjagtigt beregne pH af ækvivalenspunktet, men pKa giver os en generel idé om, hvor den er på pH skala pH.

Den passende indikator vil således være den, hvis farveændrings pH-område er så centreret som muligt på nævnte pKa.

Eksempel på valg af en syrebaseindikator

• Ved titrering af stærke syrer eller baser, hvis ækvivalenspunkt forekommer ved pH=7, bruges phenolphtalein næsten altid, selvom det skifter farve mellem 8,3 og 10,0. Man kunne også vælge bromthymolblå eller cresolrød, hvis vindinger er meget tættere på pH=7, men generelt er det ikke nødvendigt.
• Hvis man vil titrere en svag syre med en pKa på 3,9 ved at tilsætte NaOH (som er en stærk base), så kan man vælge methylorange, da den skifter farve mellem pH=3,1 og pH=4,4, eller methylrød, som skifter til en lidt mere basisk pH. Husk at ved pH = 3,9 (det vil sige når pH=pKa) er ækvivalenspunktet endnu ikke nået, så du skal blive ved med at tilsætte mere NaOH, så ækvivalenspunktet bliver ved en højere pH end 3,9.