Vad är en syrabasindikator?

Syra-basindikatorer är föreningar eller kemikalier som uppvisar markant olika färger vid olika pH-värden . Även om de tjänar till att visa pH-intervallet för en lösning med ett ögonkast, används de huvudsakligen i kemilaboratoriet som ett sätt att visualisera ekvivalenspunkten under en syra-bastitrering eller titrering.

Dessa föreningar är alltid svaga organiska syror eller baser som har en annan färg när de protoneras (vid lågt pH) än när de deprotoneras (vid högt pH). De är vanligtvis monoprotiska eller monobasiska arter, vilket innebär att de bara är involverade i en enda jonisk jämvikt och uppvisar en enda färgförändring.

Några typiska exempel på syrabasindikatorer är fenolftalein, metylrött och tymolblått. Hemgjorda syra-basindikatorer som rödkålsextrakt (rödkål) kan också framställas. Den här kan göras genom att helt enkelt koka en rödkål i vatten i några minuter. Den resulterande lösningen kommer att presentera en serie färger vid olika pH-värden från rött, lila, djupgrönt till gult.

Begreppet syra-bas-indikator är nära kopplat till syra-bas-titrering och till två andra relaterade begrepp, ekvivalenspunkten och slutpunkten . Genom att förstå vad var och en handlar om kan du bättre förstå vad syrabasindikatorer är och vad de är till för.

Syrabastitreringar

Syra-bastitrering är analytiska tekniker som kemister använder för att bestämma koncentrationen av en syra eller bas (kallad analyt) i ett okänt prov . För att göra detta tas en alikvot av provet som ska analyseras och en lösning av en bas eller en syra med känd koncentration (kallad titrant ) tillsätts droppe för droppe tills analyten är fullständigt neutraliserad.

Den exakta punkten vid vilken analyten neutraliseras kallas ekvivalenspunkten , och volymen av titranten som krävs för att nå den punkten tillsammans med dess koncentration gör att koncentrationen av analyten i provet kan bestämmas.

Problemet med titrering är att den analytiska kemisten som utför titreringen inte har något sätt att säga när ekvivalenspunkten har uppnåtts. Syra-basindikatorer adderas till analyten när de genomgår en synlig färgförändring när de når eller överskrider ekvivalenspunkten.

Slutpunkten kontra ekvivalenspunkten

Som nämnts ovan används indikatorer främst för att visa eller ”indikera” ekvivalenspunkten under en syra-bastitrering. Beroende på analytens surhets- eller basicitetskonstant kommer emellertid en sådan ekvivalenspunkt att inträffa vid olika pH-värden, och detta pH sammanfaller sällan exakt med det pH vid vilket en indikator ändrar färg. Trots detta är färgförändringen i indikatorn den enda referens som kemisten kan använda för att veta att det är dags att stoppa titreringen. Av denna anledning hänvisar kemister till den punkt där en indikator ändrar färg som ”slutpunkten”, för att skilja den från den sanna ”ekvivalenspunkten” de letar efter.

Den ideala syra-basindikatorn är en som visar en kraftig färgförändring exakt vid pH-värdet för titreringens ekvivalenspunkt. Det är med andra ord den med vilken slutpunkten sammanfaller exakt med ekvivalenspunkten. Tyvärr finns inte den ideala syra-basindikatorn, men det finns olika indikatorer som har olika pH-intervall vid vilka de vänder eller ändrar färg. Detta är vanligtvis tillräckligt för att få en bra approximation av ekvivalenspunkten utan att göra ett mycket stort experimentfel.

Av denna anledning bör man, närhelst en syra-bastitrering ska utföras, börja med att välja den indikator som ändrar färg så nära som möjligt pH för ekvivalenspunkten för analyten i fråga.

Användning av syrabasindikatorerna

Syra-bas-indikatorer är svaga syror eller baser som är involverade i en syra-bas-jämvikt mellan deras protonerade syraform och deras konjugerade bas eller deprotonerade form. De som är svaga syror är neutrala i surt pH och negativa i alkaliska pH, och motsatsen händer med de som är svaga baser, det vill säga de är neutrala i alkaliskt pH och positiva joner i surt pH.

För att förstå varför detta händer, låt oss överväga jämvikten i vilken en syra-bas-indikator är inblandad. Reaktionen kan representeras enligt följande:

Här representerar _ka indikatorns sura dissociationskonstant.

Baserat på Le Chateliers principer, när koncentrationen av H ⁺ joner är hög, det vill säga när pH är lågt, skiftar denna jämvikt åt vänster, det vill säga mot den protonerade formen HIn. I det här fallet ser vi färgen på HIn eftersom det är den art som finns i högst andel. När motsatsen inträffar (vid låg H ⁺ koncentration ) skiftar jämvikten mot produkterna. I det här fallet är den vanligaste arten vars färg vi ser med blotta ögat nu In ^– .

Normalt kan vi urskilja den ena eller den andra färgen när koncentrationen av den ena är mer än 10 gånger större än den andras.

Exempel på syrabasindikatorer

Följande tabell visar några exempel på syra-basindikatorer som vanligtvis används i kemilaboratoriet, ordnade enligt pH-intervallet där deras färgförändring sker.

Dessa pH-områden kan bestämmas genom att använda surhetskonstanten för indikatorn och beräkna det pH vid vilket [HIn]/[In ^– ]≥10 (när det finns tio gånger mer HIn än In – ) ^och när [HIn]/ [In ^– ]≤0,1 (när det är tio gånger fler In ^– än HIn).

Hur väljer man rätt syrabasindikator?

I allmänhet, om du planerar att titrera till en stark syra eller stark bas, kan nästan vilken indikator som helst användas, eftersom pH vid sådana titrering ändras dramatiskt från mycket surt till mycket basiskt eller från mycket basiskt till mycket surt precis före och efter titreringen . ekvivalenspunkt, som inträffar exakt vid pH = 7.

Å andra sidan, om du titrerar en svag syra eller bas, bör du börja med att titta på dess surhetskonstant, eller, mer exakt, pKa för analyten (pKa är det negativa av logaritmen för jämviktskonstanten). Detta värde representerar lösningens pH halvvägs till ekvivalenspunkten och ger en ledtråd om pH vid vilket ekvivalenspunkten kommer att nås. Eftersom provet har en okänd koncentration (eftersom titreringen utförs bara för att hitta dess koncentration), kan vi inte exakt beräkna pH för ekvivalenspunkten, men pKa ger oss en allmän uppfattning om var den är på pH skala, pH.

Sålunda kommer den lämpliga indikatorn att vara den vars färgförändrings-pKa-intervall är så centrerat som möjligt på nämnda pKa.

Exempel på val av syrabasindikator

• Vid titrering av starka syror eller baser vars ekvivalenspunkt inträffar vid pH=7 används nästan alltid fenolftalein, även om det ändrar färg mellan 8,3 och 10,0. Man skulle också kunna välja bromtymolblått eller kresolrött, vars varv är mycket närmare pH=7, men i allmänhet är det inte nödvändigt.
• Om du vill titrera en svag syra med ett pKa på 3,9 genom att tillsätta NaOH (som är en stark bas) så kan du välja metylorange, eftersom den ändrar färg mellan pH=3,1 och pH=4,4, eller metylröd, som ändras till ett något mer alkaliskt pH. Kom ihåg att vid pH = 3,9 (det vill säga när pH=pKa) har ekvivalenspunkten ännu inte uppnåtts, så du måste fortsätta att tillsätta mer NaOH, så ekvivalenspunkten kommer att vara vid ett högre pH än 3,9.