Orgaanisten aineiden joukossa on erityisiä yhdisteitä, joille on ominaista värinmuutokset eri ympäristöissä. Ennen nykyaikaisten elektronisten pH-mittareiden tuloa indikaattorit olivat välttämättömiä "työkaluja" ympäristön happo-emäs-indikaattoreiden määrittämiseen, ja niitä käytetään edelleen laboratoriokäytännössä analyyttisen kemian apuaineina ja myös tarvittavien laitteiden puuttuessa..
Mitä indikaattorit ovat?
Alun perin näiden yhdisteiden ominaisuutta muuttaa väriä eri väliaineissa käytettiin laajasti liuoksessa olevien aineiden happo-emäsominaisuuksien visuaalisessa määrittämisessä, mikä auttoi määrittämään väliaineen luonteen lisäksi myös piirtämään. johtopäätös tuloksena olevista reaktiotuotteista. Indikaattoriliuoksia käytetään edelleen laboratoriokäytännössä aineiden pitoisuuden määrittämiseen titraamalla ja niiden avulla voit oppia käyttämään improvisoituja menetelmiänykyaikaiset pH-mittarit.
Tällaisia aineita on useita kymmeniä, joista jokainen on herkkä melko kapealle alueelle: yleensä se ei ylitä 3 pistettä informatiivisuusasteikolla. Monien kromoforien ja niiden keskinäisen alhaisen aktiivisuuden ansiosta tutkijat onnistuivat luomaan universaaleja indikaattoreita, joita käytetään laaj alti laboratorio- ja tuotanto-olosuhteissa.
Eniten käytetyt pH-indikaattorit
On huomionarvoista, että tunnistusominaisuuden lisäksi näillä yhdisteillä on hyvä värjäyskyky, minkä ansiosta niitä voidaan käyttää tekstiiliteollisuuden kankaiden värjäykseen. Suurista kemian väriindikaattoreista tunnetuimmat ja käytetyimmät ovat metyylioranssi (metyylioranssi) ja fenolftaleiini. Useimpia muita kromoforeja käytetään tällä hetkellä sekoitettuna keskenään tai tiettyihin synteeseihin ja reaktioihin.
Metyylioranssi
Monet väriaineet on nimetty niiden perusväreistä neutraalissa ympäristössä, mikä pätee myös tähän kromoforiin. Metyylioranssi on atsoväriaine, jonka koostumuksessa on ryhmä - N=N -, joka vastaa indikaattorin värin siirtymisestä punaiseksi happamassa ympäristössä ja keltaiseksi emäksisessä ympäristössä. Atsoyhdisteet eivät itsessään ole vahvoja emäksiä, mutta elektroneja luovuttavien ryhmien läsnäolo (‒ OH, ‒ NH2, ‒ NH (CH3), ‒ N (CH 3)2 ja muut) lisää yhden typpiatomin emäksisyyttä,joka kykenee kiinnittämään vetyprotoneja luovuttaja-akseptoriperiaatteen mukaisesti. Siksi liuoksessa olevien H+ ionien pitoisuuksia muutettaessa voidaan havaita muutos happo-emäs-indikaattorin värissä.
Lisätietoja metyyliappelsiinin valmistamisesta
Saa metyylioranssi reaktiolla sulfaniilihapon diatsotoinnin kanssa C6H4(SO3H)NH2, jota seuraa yhdistelmä dimetyylianiliinin kanssa C6H5N(CH3)2. Sulfaniilihappo liuotetaan natriumalkaliliuokseen lisäämällä natriumnitriittiä NaNO 2, ja jäähdytettiin sitten jäillä synteesin suorittamiseksi lämpötiloissa, jotka ovat mahdollisimman lähellä 0 °C, ja lisätään suolahappoa HCl:a. Seuraavaksi valmistetaan erillinen dimetyylianiliiniliuos HCl:ssä, joka kaadetaan ensimmäiseen liuokseen jäähdytettynä, jolloin saadaan väriainetta. Se alkalisoidaan edelleen, ja liuoksesta saostuu tummanoransseja kiteitä, jotka usean tunnin kuluttua suodatetaan pois ja kuivataan vesihauteessa.
Fenoliftaleiini
Tämä kromofori sai nimensä sen synteesiin osallistuneiden kahden reagenssin nimien lisäämisestä. Indikaattorin väri on huomattava sen värin muutoksesta emäksisessä väliaineessa, jolloin saadaan vadelman (punavioletti, vadelmanpunainen) sävy, joka muuttuu värittömäksi, kun liuos on voimakkaasti alkaloitu. Fenolftaleiini voi esiintyä useissa muodoissa ympäristön pH:sta riippuen, ja voimakkaasti happamissa ympäristöissä sen väri on oranssi.
Tämä kromofori syntyy kondensoimalla fenoli ja ftaalihappoanhydridi sinkkikloridin ZnCl2 tai väkevän rikkihapon H2 läsnä ollessa. SO 4. Kiinteässä tilassa fenolftaleiinimolekyylit ovat värittömiä kiteitä.
Aiemmin fenolftaleiinia käytettiin aktiivisesti laksatiivien valmistuksessa, mutta vähitellen sen käyttö väheni merkittävästi vakiintuneiden kumulatiivisten ominaisuuksien vuoksi.
Lammus
Tämä indikaattori oli yksi ensimmäisistä reagensseista, joita käytettiin kiinteillä väliaineilla. Lakmus on luonnonyhdisteiden monimutkainen seos, jota saadaan tietyntyyppisistä jäkäläistä. Sitä ei käytetä vain väriaineena, vaan myös keinona määrittää väliaineen pH. Tämä on yksi ensimmäisistä indikaattoreista, joita ihminen alkoi käyttää kemiallisessa käytännössä: sitä käytetään vesiliuoksina tai sillä kyllästetyinä suodatinpaperinauhoina. Kiinteässä tilassa oleva lakmus on tummaa jauhetta, jolla on lievä ammoniakin haju. Liuotettuna puhtaaseen veteen indikaattorin väri muuttuu purppuraiseksi, ja happamaksi tehtynä se muuttuu punaiseksi. Emäksisessä väliaineessa lakmus muuttuu siniseksi, minkä ansiosta sitä voidaan käyttää yleisindikaattorina väliaineen indikaattorin yleisessä määrittämisessä.
Ei ole mahdollista määrittää tarkasti pH:n muuttuessa lakmuskomponenttien rakenteissa tapahtuvan reaktion mekanismia ja luonnetta, koska se voi sisältää jopa 15 erilaista yhdistettä, joista osane voivat olla erottamattomia vaikuttavia aineita, mikä vaikeuttaa heidän yksilöllisiä kemiallisia ja fysikaalisia ominaisuuksia koskevia tutkimuksia.
Yleinen indikaattoripaperi
Tieteen kehityksen ja indikaattoripaperien myötä ympäristöindikaattoreiden määrittäminen on yksinkertaistunut huomattavasti, koska nyt ei tarvinnut olla valmiita nestemäisiä reagensseja mihinkään kenttätutkimukseen, joita tutkijat ja oikeuslääketieteen tutkijat edelleen onnistuneesti käytössä. Niinpä ratkaisut korvattiin yleisillä indikaattoripapereilla, jotka laajan vaikutusalueensa ansiosta eliminoivat lähes kokonaan muiden happo-emäs-indikaattoreiden käytön.
Kyllästettyjen nauhojen koostumus voi vaihdella eri valmistajien välillä, joten likimääräinen ainesosien luettelo voi olla seuraava:
- fenoliftaleiini (0-3, 0 ja 8, 2-11);
- (di)metyylikeltainen (2, 9–4, 0);
- metyylioranssi (3, 1–4, 4);
- metyylipunainen (4, 2–6, 2);
- bromotymolinsininen (6, 0–7, 8);
- α‒naftoliftaleiini (7, 3–8, 7);
- tymolinsininen (8, 0–9, 6);
- kresolftaleiini (8, 2–9, 8).
Pakkauksessa on välttämättä väriasteikon standardeja, joiden avulla voit määrittää väliaineen pH:n välillä 0-12 (noin 14) yhden kokonaisluvun tarkkuudella.
Muun muassa näitä yhdisteitä voidaan käyttää yhdessä vesi- ja vesi-alkoholiliuoksissa, mikä tekee tällaisten seosten käytöstä erittäin kätevää. Jotkut näistä aineista voivat kuitenkin olla huonosti veteen liukenevia, joten se on välttämätöntävalitse yleinen orgaaninen liuotin.
Happo-emäs-indikaattorit ovat ominaisuuksiensa ansiosta löytäneet sovelluksensa monilla tieteenaloilla, ja niiden monimuotoisuus on mahdollistanut universaalien seosten luomisen, jotka ovat herkkiä monenlaisille pH-indikaattoreille.