Teorie acidobazických indikátorů

 

Jako acidobazických indikátorů se používá slabých organických kyselin nebo zásad, jejichž odpovídající konjugované páry kyselina - zásada se od sebe výrazně liší svým zbarvením.

Označíme-li indikátor - kyselinu HInd, přísluší jí konjugovaná zásada Ind a každá z těchto dvou forem, HInd a Ind, má jiné zbarvení. Podle Brönstedtovy teorie kyselin a zásad může být  kyselinou i zásadou nejen elektroneutrální molekula, ale i kladně nebo záporně nabitý ion. Také HInd a Ind může být elektro­neutrální molekula nebo ion.

 

Uvedeným požadavkům vyhovuje řada sloučenin, které mohou sloužit jako acidobazické indikátory. Nejběžnější z nich patří ke třem typům sloučenin:

·         ftaleiny (např. fenolftalein),

·         sulfoftaleiny. (např. bromthymolová modř),

·         azosloučeniny (např. methylová oranž).

Rozdíl ve zbarvení konjugovaných kyselin a zásad, tj. kyselých a zásaditých forem indikátorů, je způsoben rozdílem v jejich struktuře. Zbarvení sloučenin totiž vzniká tím, že absorbují část viditelného záření (modrou, zelenou, žlutou nebo červenou), a to je podmíněno jejich strukturou. Jestliže se struktura látky změní, např. vlivem změny pH, změní se i absorpce viditelného záření a tím i zbarvení sloučeniny.

 

Příklad: použití acidobazických indikátorů při titraci silné kyseliny silnou zásadou a naopak

Acidobazický indikátor jako slabý protolyt zčásti disociuje podle rovnice

 

HInd ¬® Ind  +  H⁺

 

Příslušná rovnovážná konstanta se nazývá indikátorová konstanta, pK_HInd.

 

Vliv různých faktorů na funkční oblast indikátoru

Na funkční oblast indikátoru, popř. na jeho zbarvení, má vliv např. teplota roztoku a přítomnost solí, proteinů, nebo jiných rozpouštědel než vody.

 

·         Vliv teploty:

Hodnota indikátorové konstanty se mění s teplotou. U indikátorů, jejichž kyselou formou je elektroneutrální molekula nebo anion, se mění indikátorová konstanta s teplotou jen velmi málo (k této skupině náleží většinou ftaleiny a sulfoftaleiny). O něco větší změnu s teplotou vykazují indikátorové konstanty indikátorů, jejichž kyselá forma je kationtem (např. methylová oranž).

Změnou teploty se podstatně změní i ionizace vody, tedy koncentrace H⁺ a OH^-. Funkční oblast indikátoru se bude měnit tím více, čím více se bude s teplotou měnit poměr rovnovážných konstant vody a indikátoru.

 

·         Vliv solí:

Účinek neutrálních elektrolytů je dvojí:

a)       posunují rovnováhu změnou aktivitních koeficientů,

b)       působí na intenzitu zbarvení jedné nebo obou forem indikátoru (obvykle až při větší koncentraci elektrolytu).

Posun rovnováhy, a tím i změna zbarvení indikátoru, je největší u indikátorů, jejichž kyselou formu tvoří anion (ftaleiny a sulfoftaleiny). Malý vliv se projevuje u indikátorů, jejichž kyselá forma je elektroneutrální nebo má kladný náboj (např. methylová oranž).

 

·         Vliv proteinů:

Charakteristickým znakem proteinů je přítomnost jak kladného, tak záporného náboj. Na indikátor působí tak, že svým nábojem (obvykle kladným) se vážou na opačně nabitý ion indikátoru, takže se zmenšuje koncentrace jedné z forem indikátoru. Kromě toho vytvářejí proteiny s indikátory komplexy. Oba vlivy působí změnu zbarvení indikátoru, aniž se přitom podstatně mění pH roztoku. Podobně působí i jiné koloidní částice v roz­toku, které rovněž nesou kladný nebo záporný náboj.

 

·         Vliv rozpouštědla:

Nahradí-li se v roztoku indikátoru voda zčásti nebo úplně jiným rozpouštědlem, např. alkoholem, změní se disociační konstanty, a tím i jejich funkční oblast. Nejvíce se vliv rozpouštědla projevuje u indikátorů, jejichž kyselou formou je elektroneutrální molekula nebo anion.

 

Smíšené indikátory

Barevnou změnu indikátoru při dosažení určité hodnoty pH lze zvýraznit přídavkem jiného barviva, které má při žádaném pH doplňkové zbarvení ke zbarvení použitého indikátoru. Dosáhneme tím toho, že v úzkém rozmezí pH přejde zbarvení titrovaného roztoku do šedého odstínu a tento přechod je pro oko dostatečně výrazný. Například směs methylové oranže a indiga (10 ml l % roztoku methylové oranže a 50 ml l % roztoku indigosulfonanu sodného) je v kyselém roztoku fialová, při pH = 4,0 - 4,1 šedivá a nad pH 4 zelená.

Zvláštním typem smíšených indikátorů jsou tzv. univerzální indikátory; získají se smíšením několika indikátorů, jejichž funkční oblasti na sebe navazují, takže v rozmezí pH 0-14 poskytují různá zbarvení (červené-žluté-zelené-modré), navzájem tak odlišná, že lze podle odstínu zbarvení určit pH správné na jednotku až půl jednotky. Používá se jich k přibližnému zjišťování pH roz­toků.

 

 

Jaroslava Vávrová

.