Hva er en syrebaseindikator?

Syre-base-indikatorer er forbindelser eller kjemikalier som har markant forskjellige farger ved forskjellige pH-verdier . Selv om de tjener til å vise pH-området til en løsning på et øyeblikk, brukes de hovedsakelig i kjemilaboratoriet som et middel til å visualisere ekvivalenspunktet under en syre-base titrering eller titrering.

Disse forbindelsene er alltid svake organiske syrer eller baser som har en annen farge når de protoneres (ved lav pH) enn når de deprotoneres (ved høy pH). De er vanligvis monoprotiske eller monobasiske arter, noe som betyr at de bare er involvert i en enkelt ionisk likevekt og viser en enkelt fargeendring.

Noen typiske eksempler på syrebaseindikatorer er fenolftalein, metylrødt og tymolblått. Hjemmelagde syre-base-indikatorer som rødkålekstrakt (rødkål) kan også tilberedes. Denne kan lages ved ganske enkelt å koke en rødkål i vann i noen minutter. Den resulterende løsningen vil presentere en rekke farger ved forskjellige pH-verdier fra rød, lilla, dyp grønn til gul.

Konseptet med syre-base-indikator er nært knyttet til syre-base titreringer og til to andre relaterte konsepter, ekvivalenspunktet og endepunktet . Å forstå hva hver enkelt handler om vil tillate deg å bedre forstå hva syrebaseindikatorer er og hva de er for.

Syrebasetitreringer

Syre-base titreringer er analytiske teknikker som kjemikere bruker for å bestemme konsentrasjonen av en syre eller base (kalt en analytt) i en ukjent prøve . For å gjøre dette tas en alikvot av prøven som skal analyseres og en løsning av en base eller en syre med kjent konsentrasjon (kalt titrant ) tilsettes dråpe for dråpe til analytten er fullstendig nøytralisert.

Det nøyaktige punktet der analytten nøytraliseres kalles ekvivalenspunktet , og volumet av titranten som kreves for å nå det punktet sammen med konsentrasjonen gjør at konsentrasjonen av analytten i prøven kan bestemmes.

Problemet med titreringer er at den analytiske kjemikeren som utfører titreringen ikke har noen måte å si når ekvivalenspunktet er nådd. Syre-base-indikatorer legger til analytten når de gjennomgår en synlig fargeendring når de når eller overskrider ekvivalenspunktet.

Sluttpunktet kontra ekvivalenspunktet

Som nevnt ovenfor, brukes indikatorer først og fremst for å vise eller «indikere» ekvivalenspunktet under en syre-base titrering. Avhengig av analyttens surhets- eller basicitetskonstant vil imidlertid et slikt ekvivalenspunkt oppstå ved forskjellige pH-verdier, og denne pH-en faller sjelden nøyaktig sammen med pH-en som en indikator endrer farge ved. Til tross for dette er fargeendringen i indikatoren den eneste referansen som kjemikeren kan bruke for å vite at det er på tide å stoppe titreringen. Av denne grunn refererer kjemikere til punktet der en indikator endrer farge som «endepunktet», for å skille det fra det sanne «ekvivalenspunktet» de leter etter.

Den ideelle syre-base-indikatoren er en som viser en sterk fargeendring nøyaktig ved pH til ekvivalenspunktet for titreringen. Det er med andre ord den som endepunktet sammenfaller nøyaktig med ekvivalenspunktet. Dessverre eksisterer ikke den ideelle syre-base-indikatoren, men det er forskjellige indikatorer som har forskjellige pH-områder som de snur eller endrer farge på. Dette er vanligvis nok til å få en god tilnærming av ekvivalenspunktet uten å gjøre en veldig stor eksperimentell feil.

Av denne grunn, når en syre-base titrering skal utføres, bør man starte med å velge indikatoren som endrer farge så nær pH ​​som mulig til ekvivalenspunktet til den aktuelle analytten.

Drift av syrebaseindikatorene

Syre-base-indikatorer er svake syrer eller baser som er involvert i en syre-base-likevekt mellom deres protonerte syreform og deres konjugerte base eller deprotonerte form. De som er svake syrer er nøytrale i sur pH og negative i alkaliske pH, og det motsatte skjer med de som er svake baser, det vil si at de er nøytrale i alkalisk pH og positive ioner i sur pH.

For å forstå hvorfor dette skjer, la oss vurdere likevekten der en syre-base-indikator er involvert. Reaksjonen kan representeres som følger:

Her representerer k _a syredissosiasjonskonstanten til indikatoren.

Basert på Le Chateliers prinsipper, når konsentrasjonen av H ⁺ ioner er høy, det vil si når pH er lav, skifter denne likevekten til venstre, det vil si mot den protonerte formen HIn. I dette tilfellet ser vi fargen på HIn fordi det er arten som er tilstede i høyest andel. Når det motsatte oppstår (ved lav H ⁺ konsentrasjon ), skifter likevekten mot produktene. I dette tilfellet er den mest tallrike arten hvis farge vi ser med det blotte øye nå In ^– .

Normalt er vi i stand til å skille den ene eller den andre fargen når konsentrasjonen til den ene er mer enn 10 ganger større enn den andre.

Eksempler på syrebaseindikatorer

Følgende tabell viser noen eksempler på syre-base-indikatorer som vanligvis brukes i kjemilaboratoriet, sortert i henhold til pH-området der fargeendringen deres skjer.

Disse pH-områdene kan bestemmes ved å bruke surhetskonstanten til indikatoren og beregne pH der [HIn]/[In ^– ]≥10 (når det er ti ganger mer HIn enn In ^– ) og når [HIn]/ [In ^– ]≤0,1 (når det er ti ganger flere In ^– enn HIn).

Hvordan velger du riktig syrebaseindikator?

Generelt, hvis du planlegger å titrere til en sterk syre eller sterk base, kan nesten hvilken som helst indikator brukes, siden i slike titreringer endrer pH seg dramatisk fra veldig sur til veldig basisk eller fra veldig basisk til veldig sur rett før og etter titreringen . ekvivalenspunkt, som oppstår nøyaktig ved pH = 7.

På den annen side, hvis du titrerer en svak syre eller base, bør du begynne med å se på surhetskonstanten, eller mer presist, pKa til analytten (pKa er den negative av logaritmen til likevektskonstanten). Denne verdien representerer pH til løsningen halvveis til ekvivalenspunktet, og gir en pekepinn på pH som ekvivalenspunktet vil nås ved. Siden prøven har en ukjent konsentrasjon (siden titreringen utføres bare for å finne konsentrasjonen), kan vi ikke nøyaktig beregne pH til ekvivalenspunktet, men pKa gir oss en generell ide om hvor den er på pH skala, pH.

Den passende indikatoren vil således være den hvis fargeendrings pH-område er så sentrert som mulig på nevnte pKa.

Eksempel på valg av en syrebaseindikator

• Ved titrering av sterke syrer eller baser hvis ekvivalenspunkt oppstår ved pH=7, brukes nesten alltid fenolftalein, selv om det skifter farge mellom 8,3 og 10,0. Man kan også velge bromtymolblått eller kresolrødt, hvis svinger er mye nærmere pH=7, men generelt er det ikke nødvendig.
• Hvis du ønsker å titrere en svak syre med en pKa på 3,9 ved å tilsette NaOH (som er en sterk base) så kan du velge metyloransje, siden den skifter farge mellom pH=3,1 og pH=4,4, eller metylrød, som endres til en litt mer alkalisk pH. Husk at ved pH = 3,9 (det vil si når pH=pKa) er ekvivalenspunktet ennå ikke nådd, så du må fortsette å tilsette mer NaOH, så ekvivalenspunktet vil være på en høyere pH enn 3,9.