Unter der Vielzahl organischer Substanzen gibt es spezielle Verbindungen, die sich durch Farbveränderungen in unterschiedlichen Umgebungen auszeichnen. Indikatoren waren vor dem Aufkommen moderner elektronischer pH-Meter unentbehrliche „Werkzeuge“zur Bestimmung der Säure-Base-Indikatoren der Umwelt und werden in der Laborpraxis als Hilfsmittel in der analytischen Chemie auch in Ermangelung der notwendigen Geräte weiterhin eingesetzt.
Wozu dienen Indikatoren?
Anfangs wurde die Eigenschaft dieser Verbindungen, die Farbe in verschiedenen Medien zu ändern, weithin genutzt, um die Säure-Base-Eigenschaften von Substanzen in Lösung visuell zu bestimmen, was dazu beitrug, nicht nur die Art des Mediums zu bestimmen, sondern auch zu zeichnen einen Rückschluss auf die entstehenden Reaktionsprodukte. Indikatorlösungen werden in der Laborpraxis weiterhin verwendet, um die Konzentration von Substanzen durch Titration zu bestimmen und den Umgang mit improvisierten Methoden aus Mangel an Methoden zu erlernenmoderne pH-Meter.
Es gibt mehrere Dutzend solcher Substanzen, von denen jede in einem ziemlich engen Bereich empfindlich ist: Normalerweise übersteigt sie 3 Punkte auf der Informationsskala nicht. Dank einer solchen Vielf alt an Chromophoren und ihrer geringen Aktivität untereinander gelang es den Wissenschaftlern, universelle Indikatoren zu entwickeln, die unter Labor- und Produktionsbedingungen weit verbreitet sind.
Am häufigsten verwendete pH-Indikatoren
Bemerkenswert ist, dass diese Verbindungen neben der Identifikationseigenschaft auch über eine gute Färbefähigkeit verfügen, wodurch sie zum Färben von Stoffen in der Textilindustrie verwendet werden können. Von den zahlreichen Farbindikatoren in der Chemie sind Methylorange (Methylorange) und Phenolphthalein die bekanntesten und am häufigsten verwendeten. Die meisten anderen Chromophore werden derzeit gemischt oder für spezifische Synthesen und Reaktionen verwendet.
Methylorange
Viele Farbstoffe sind nach ihren Primärfarben in einer neutralen Umgebung benannt, was auch für diesen Chromophor gilt. Methylorange ist ein Azofarbstoff mit einer Gruppierung - N=N - in seiner Zusammensetzung, die für den Übergang der Farbe des Indikators zu Rot in einer sauren Umgebung und zu Gelb in einer alkalischen Umgebung verantwortlich ist. Azoverbindungen selbst sind keine starken Basen, aber das Vorhandensein von Elektronendonorgruppen (‒ OH, ‒ NH2, ‒ NH (CH3), ‒ N (CH 3)2 und andere) erhöht die Basizität eines der Stickstoffatome,das nach dem Donor-Akzeptor-Prinzip Wasserstoffprotonen anlagern kann. Daher kann bei Änderung der Konzentrationen von H+-Ionen in der Lösung eine Farbänderung des Säure-Base-Indikators beobachtet werden.
Mehr zur Herstellung von Methylorange
Durch Reaktion mit Diazotierung von Sulfanilsäure C6H4(SO3 erhält man MethylorangeH)NH2 gefolgt von einer Kombination mit Dimethylanilin C6H5N(CH3)2. Sulfanilsäure wird in Natronlauge durch Zugabe von Natriumnitrit NaNO gelöst 2, und dann mit Eis gekühlt, um die Synthese bei Temperaturen so nahe wie möglich an 0°C durchzuführen, und Salzsäure HCl wird zugegeben. Als nächstes wird eine separate Lösung von Dimethylanilin in HCl hergestellt, die beim Abkühlen in die erste Lösung gegossen wird, wodurch ein Farbstoff erh alten wird. Es wird weiter alkalisiert, und aus der Lösung fallen dunkelorange Kristalle aus, die nach mehreren Stunden abfiltriert und im Wasserbad getrocknet werden.
Phenolphthalein
Dieser Chromophor erhielt seinen Namen durch die Addition der Namen der beiden an seiner Synthese beteiligten Reagenzien. Die Farbe des Indikators zeichnet sich durch seine Farbveränderung in alkalischem Medium mit der Annahme eines himbeerfarbenen (rotvioletten, himbeerroten) Farbtons aus, der bei starker Alkalisierung der Lösung farblos wird. Phenolphthalein kann je nach pH-Wert der Umgebung verschiedene Formen annehmen und hat in stark sauren Umgebungen eine orange Farbe.
Dieser Chromophor wird durch Kondensation von Phenol und Phthalsäureanhydrid in Gegenwart von Zinkchlorid ZnCl2 oder konzentrierter Schwefelsäure H2 hergestellt SO 4. Im festen Zustand sind Phenolphthaleinmoleküle farblose Kristalle.
Früher wurde Phenolphthalein aktiv bei der Herstellung von Abführmitteln verwendet, aber nach und nach wurde seine Verwendung aufgrund der festgestellten kumulativen Eigenschaften erheblich reduziert.
Lackmus
Dieser Indikator war einer der ersten Reagenzien, die auf festen Medien verwendet wurden. Lackmus ist eine komplexe Mischung natürlicher Verbindungen, die aus bestimmten Flechtenarten gewonnen wird. Es wird nicht nur als Färbemittel, sondern auch als Mittel zur Bestimmung des pH-Werts des Mediums verwendet. Dies ist einer der ersten Indikatoren, der vom Menschen in der chemischen Praxis verwendet wurde: Er wird in Form von wässrigen Lösungen oder damit imprägnierten Filterpapierstreifen verwendet. Lackmus im festen Zustand ist ein dunkles Pulver mit leichtem Ammoniakgeruch. Beim Auflösen in reinem Wasser wird die Farbe des Indikators violett und beim Ansäuern rot. In alkalischem Medium färbt sich Lackmus blau, wodurch es als universeller Indikator zur allgemeinen Bestimmung des Mediumindikators verwendet werden kann.
Es ist nicht möglich, den Mechanismus und die Art der Reaktion, die auftritt, wenn sich der pH-Wert in den Strukturen von Lackmuskomponenten ändert, genau zu bestimmen, da sie bis zu 15 verschiedene Verbindungen umfassen kann, von denen einigesie können untrennbare Wirkstoffe sein, was ihre individuelle Untersuchung chemischer und physikalischer Eigenschaften erschwert.
Universalindikatorpapier
Mit der Entwicklung der Wissenschaft und dem Aufkommen von Indikatorpapieren ist die Erstellung von Umweltindikatoren viel einfacher geworden, da es jetzt nicht mehr notwendig war, fertige flüssige Reagenzien für Feldforschungen zu haben, die Wissenschaftler und Forensiker benötigen immer noch erfolgreich verwenden. So wurden Lösungen durch universelle Indikatorpapiere ersetzt, die aufgrund ihres breiten Wirkungsspektrums den Einsatz anderer Säure-Base-Indikatoren fast vollständig überflüssig machten.
Die Zusammensetzung der imprägnierten Streifen kann von Hersteller zu Hersteller variieren, daher kann eine ungefähre Liste der Inh altsstoffe wie folgt aussehen:
- Phenolphthalein (0-3, 0 und 8, 2-11);
- (Di)methylgelb (2, 9–4, 0);
- Methylorange (3, 1–4, 4);
- Methylrot (4, 2–6, 2);
- Bromthymolblau (6, 0–7, 8);
- α‒Naphtholphthalein (7, 3–8, 7);
- Thymolblau (8, 0–9, 6);
- Kresolphthalein (8, 2–9, 8).
Die Verpackung enthält notwendigerweise Farbskalenstandards, mit denen Sie den pH-Wert des Mediums von 0 bis 12 (etwa 14) mit einer Genauigkeit von einer ganzen Zahl bestimmen können.
Unter anderem können diese Verbindungen zusammen in wässrigen und Wasser-Alkohol-Lösungen verwendet werden, was die Verwendung solcher Mischungen sehr bequem macht. Einige dieser Substanzen können jedoch in Wasser schlecht löslich sein, daher ist dies erforderlichWählen Sie ein universelles organisches Lösungsmittel.
Säure-Basen-Indikatoren haben aufgrund ihrer Eigenschaften ihre Anwendung in vielen Bereichen der Wissenschaft gefunden, und ihre Vielf alt hat es ermöglicht, universelle Mischungen herzustellen, die für eine Vielzahl von pH-Indikatoren empfindlich sind.
