Mutató (kémia)

A pH-jelző tapad

pH-jelző papír durva pH-meghatározáshoz; bal: 1–11 pH-skálájú fedél; jobbra: az üveg alsó része feltekert tesztcsíkokkal

A mutatók ( latin indicare , "megmutatni") általános segédanyagok, amelyek bizonyos információk megjelenítésére szolgálnak. Lehetővé teszik az állapotok meghatározását és a folyamatok nyomon követését, jelezve, hogy bizonyos állapotok elérték vagy kiléptek.

A kémia területén az indikátor olyan anyag vagy eszköz, amelyet kémiai reakció vagy állapot figyelemmel kísérésére használnak . Az állapotot gyakran egy bizonyos szín, a változást színváltozás jelzi. A titrálások során leggyakrabban indikátorokat használnak .

Attól függően, hogy melyik kémiai vagy fizikai állapotot vagy reakciót követi nyomon egy indikátor, megkülönböztetik a következő indikátorokat:

pH-mutatók ( sav-bázis titráláshoz és a pH-érték meghatározásához)
Redox indikátorok ( redox titrálásokhoz )
Komplex mutatók (a komplexometriában )
Hőjelzők (a hőmérséklet-tartomány kijelzéséhez)

pH-mutatók

Erre gyakran használnak példákat azok a mutatók, amelyek bizonyos anyagok pH-értékét mutatják , összehasonlítva őket egy színskálával . Itt gyakran lakmuszot , brómtimolkéket vagy fenolftaleint használnak . Ez utóbbi csak lúgos oldat hozzáadása esetén változtatja meg a színét. A pH-érték pontosabb méréséhez univerzális indikátorok is rendelkezésre állnak . Ezeket megnedvesítik a vizsgálandó oldattal, általában papírcsík formájában, majd a papírcsík színét összehasonlítják a színskálával. Most egy savas , lúgos vagy semleges oldatról beszélünk .

Az alábbi táblázat a pH-értéktől függően mutatja a különböző indikátorok színeit .

pH-mutatók és színskálájuk

Különbözőek

savas, semleges vagy lúgos oldatokban
abban a pH-tartományban, amelyben a két szín közötti változás megtörténik (ezt a pH-tartományt átmeneti tartománynak is nevezzük , amely pK _a ± 1).

A mindennapi sav-bázis indikátorok

A vörös káposzta / a kék káposzta lé színe, bal oldalon savas, jobb oldalon lúgos

A káposztalé is használható pH-mutatóként. A vörös káposzta lében található cianidin színezék a vöröstől = savastól a kékig = lúgosig terjedhet (még lúgosabb környezetben zöld színűvé válik , pH = 10-nél pedig még sárgábbá is válik ). Elkészítésük módjától függően a vörös káposzta vörösesebb színt kap (pl. Almadarabok vagy kevés ecet hozzáadásakor ), vagy lila-kék színt (lúgos háztartási szódabikarbónával történő elkészítés ), ez a vörös név káposzta kifejezi.

A teaivók tudják, hogyan függ a tea színe a savtartalomtól: Ha citromlevet adnak a fekete teához , akkor a szín sötétbarnáról világos vörösesbarnára változik. Ez a színváltozás a teában található színezőanyagoknak is köszönhető , amelyek indikátorokként működnek.

funkcionalitás

A sav-bázis indikátorok molekulái maguk is gyenge savak (vagy bázisok), ami azt jelenti, hogy protonokat képesek felszabadítani vagy elfogadni. Az indikátorsavmolekulát egyszerűen HInd-nek nevezik. Egy proton felszabadítása után az Ind ^- , az úgynevezett megfelelő indikátor bázis - megmarad .

A proton vizes indikátoroldatban történő felszabadulásának vagy felvételének protolízise egyensúlya a következő:

{\ displaystyle \ mathrm {HInd _ {(aq)} + H_ {2} O _ {(l)} \ balszárnyúk Ind _ {(aq)} ^ {-} + H_ {3} O _ {(aq)} ^ {+}}}

Az indikátor molekula ezért felszabadíthat egy protont, de újra felveheti azt is. Magas H ₃ O ⁺ ionkoncentráció esetén (azaz savas oldatban) a bal oldali reakció nagyobb mértékben megy végbe, így a HInd (indikátorsav) koncentrációja nagyobb, mint az Ind ^- koncentráció . Ha a H ₃ O ⁺ ionok koncentrációja nagyon alacsony (azaz lúgos oldatban), akkor a jobb oldali reakció nagyobb mértékben megy végbe, ami azt jelenti, hogy az Ind ^- nagyobb, mint a HInd koncentrációja.

Ez a tény különösen nyilvánvalóvá válik, ha a tömeghatás törvényét alkalmazzuk a fent említett általános egyenletre. Majd állandóan : ${\ displaystyle K_ {s}}$

{\ displaystyle K_ {s} = {c (\ mathrm {Ind} ^ {-}) \ cdot c (\ mathrm {H_ {3} O} ^ {+}) \ felett c (\ mathrm {HInd})} }

Szokás szerint a víz állandó koncentrációja beleszámít az állandóba. Meg kell jegyezni, hogy a H ₃ O ⁺ koncentrációja más nagyságrendű, mint a mutatóé. Ha ez a koncentráció mostanra nagymértékben növekszik vagy csökken - attól függően, hogy az oldat savas vagy bázikus lesz-e - az egyensúlyt vissza kell állítani, mivel K _s állandó. Ezért az Ind ^- koncentrációjának erőteljesen meg kell változnia, ezzel egyidejűleg, mivel a HInd Indból származik ^- a HInd koncentrációjának ennek megfelelően erősen kell mozognia a másik irányba. Ezért a mutatóváltozás általában nagyon gyors.

A mutató tényleges hatása azon a tényen alapul, hogy a HInd kapcsolat más színű, mint az Ind ^- . A mutató protonálásának vagy deprotonálásának eredményeként megváltozik a mezomerizmusa . Savas oldatban a HInd koncentrációja dominál, így az oldat a protonált forma színét kapja. Ha a pH-érték nő, a koncentráció Ind ^{- növekszik} , míg a koncentrációja Hind csökken, addig, amíg az előbbi dominál, és az oldatot veszi a színe Ind ^- (lásd például fenolftaleint ). A protonált és nem protonált festékmolekulák különböző színét halokrómia néven ismerjük .

A mutató átmeneti pontját az jellemzi . Ezen a ponton az is igaz, hogy a tömeghatás törvényének fent említett egyenletében szereplő két kifejezés csökkenthető, és . Az oldat pH-értéke az átmenet pillanatában tehát elméletileg megfelel a mutató állandójának. Az emberi szem számára érzékelhető átmeneti pont ettől gyakran eltér, mivel az emberi szem a színváltozást csak 9: 1 koncentrációs aránytól ismeri fel. A vegyes színként felismerhető pH-tartományt átmeneti intervallumnak nevezzük. ${\ displaystyle c (HInd) = c (Ind ^ {-})}$ ${\ displaystyle K_ {s} = c (H_ {3} O ^ {+})}$ ${\ displaystyle pK_ {s} = pH}$ ${\ displaystyle pK_ {s}}$

Jelző hiba

A titrálás során egy sav vagy alkáli mennyiségileg pontosan ismert hozzáadása (titrálószer) olyan mértékben eltolja a pufferrendszer pH-értékét, hogy a meghatározandó bázis vagy sav (Titrand) teljesen semleges legyen. A pH-mutató azonban pufferrendszert is jelent, amely egyidejűleg hidroxid-ionokat vagy oxónium-ionokat emészt fel a titrálószerből. A titrálóoldatban a mutatók koncentrációja általában ^10-4 mol / l nagyságrendű . Az indikátor alig játszik szerepet sokkal koncentráltabb titrok esetében. A természetes víz elemzése során azonban a víz alkotóelemeinek pufferkoncentrációja a víz keménységétől függően körülbelül 10-szer nagyobb. Ezért a mutató itt jelentős hibát okozhat.

Egy másik probléma abból adódhat, hogy az indikátorfestéket általában alkoholtartalmú oldat formájában adják hozzá. Ez önmagában megváltoztathatja a teljes puffer rendszer tulajdonságait.

Redox mutatók

A redox-indikátorok legegyszerűbb alkalmazása a redox-titrálás végpontjának meghatározása ( oxidimetria ).

Gyakori redox indikátorok:

Komplex mutatók (fém indikátorok)

Egy lehetséges alkalmazás a fémionok koncentrációjának analitikai meghatározása, például a komplexometrikus titrálás. Tipikus alkalmazás a vízkeménység meghatározása .

Ismert komplexometriai mutatók:

Szolvatokróm indikátorok

A szolvatokróm indikátorok színüket a környező oldószer szerint változtatják meg .

Feszültségfüggő mutatók

A feszültségfüggő színezékek az elektromos feszültségnek megfelelően megváltoztatják színüket

Hőjelzők (termokrómok)

Hőjelzőket gyakran használnak, ahol a hőmérsékletet nem lehet egyszerűen hőmérővel mérni. Például egy olvasztótégelyt hőkrétával jelölünk, és amikor a lángban elérjük a kívánt hőmérsékletet, a hőkréta színe látható. A megfelelő hűtést termokrómok is jelzik.

A hőjelzők matricaként folyadékkristályokon alapulnak . Vannak visszafordíthatóan és visszafordíthatatlanul reagáló változatok. Ez utóbbiak különösen alkalmasak bizonyos hőmérsékleti értékek túllépésének regisztrálására olyan helyeken, amelyek működés közben láthatatlanok.

Lásd még Segerkegel .

Vegyes mutató

A vegyes mutatók különböző mutatók keverékei, amelyekkel a forgalom területe kibővül, vagy több forgalmi terület keletkezik. A vegyes mutatók tartalmazzák a kontrasztmutatókat is. A vegyes mutató gyakori példája a Tashiro .

Kontraszt jelző

A kontrasztjelzők általában egy indikátorból és egy színezékből állnak, amely megtartja színét. Ez az összeg növeli a boríték terület kontrasztját. A kontrasztmutató gyakori példája a eriokróm fekete T metil narancsgal keverve .

Nedvességmutatók

Kék gél száraz (= kék)

Kék gél nedves (= rózsaszín)

A páratartalom-mutatók megváltoztatják a színüket, ha túllépik azokat a páratartalom szinteket, amelyeknek ki vannak téve. A színváltozási reakció a víz felszívódásán alapul, így az expozíció ideje is szerepet játszik. A legismertebb a kobalt-kloriddal kevert kék szilikagél (kék gél), amely nedvesség hatására lila vagy rózsaszínűvé válik. Papírra viszik fel, nedvességre érzékeny szállítmányokhoz adják, vagy hermetikusan lezárt egységekben helyezik el szemüveg mögött.
A kobalt-só toxicitása miatt kobalt-mentes alternatívákat is kínálnak ( narancssárga gél ).

Fluoreszcens indikátor

A fluoreszcencia mutatók olyan anyagok, amelyek változtatni a fluoreszcencia az ekvivalencia pont a titrálás . Fluoreszcencia indikátorokat használnak olyan foszforok leírására is, amelyeket a lemezek állófázisához (elválasztórétegéhez) adnak vékonyréteg-kromatográfia céljából . Lehetővé teszik a színtelen anyagok felismerését az UV-lámpa alatt a fluoreszcencia-kioltás eredményeként .

Egyéni bizonyíték

^ E. Schweda: Jander / Blasius: Szervetlen kémia I - Bevezetés és kvalitatív elemzés . 17. kiadás. Hirzel, 2012, ISBN 978-3-7776-2134-0 , pp. 62 .
^ Bevitel vékonyrétegkromatográfiával. In: Römpp Online . Georg Thieme Verlag, hozzáférés: 2014. június 18.

web Linkek

Blume professzor médiaajánlata az iskolai kémia számára: mutatók

[1] E. Schweda: Jander / Blasius: Szervetlen kémia I - Bevezetés és kvalitatív elemzés . 17. kiadás. Hirzel, 2012, ISBN 978-3-7776-2134-0 , pp. 62 .

[2] Bevitel vékonyrétegkromatográfiával. In: Römpp Online . Georg Thieme Verlag, hozzáférés: 2014. június 18.

Languages