常見酸堿指示劑.doc

2.5 酸堿指示劑2.5.1 酸堿指示劑的作用原理酸堿指示劑一般都是有機(jī)弱酸或有機(jī)弱堿，弱酸與它的共軛堿具有不同的顏色。在酸堿滴定中，由于溶液pH 的變化，指示劑可以失去質(zhì)子由酸式色變成共軛堿的堿式色，或得到質(zhì)子由堿式色變成共軛酸的酸式色，從而指示溶液pH 的變化。因?yàn)橹甘緞┑乃崾胶蛪A式具有不同的分子結(jié)構(gòu)，所以它們具有不同的顏色。例如，甲基橙是一種偶氮類指示劑，它在pH3. 1 時(shí)呈紅色，在pH4. 4 時(shí)呈黃色。 從上述平衡式可以看出，當(dāng)酸度增大時(shí)甲基橙主要以紅色醌式存在，酸度降低主要以黃色偶氮式存在。酚酞也是常用的酸堿指示劑，當(dāng)溶液酸度發(fā)生變化時(shí)，分子結(jié)構(gòu)發(fā)生如下變化:在酸性溶液中，酚酞以無(wú)色的內(nèi)酯式存在，在弱堿性溶液中以紅色的醌式結(jié)構(gòu)存在。2.5.2 指示劑的變色范圍以HIn 代表指示劑的酸式形式，In- 代表指示劑的堿式形式。在溶液中HIn和In- 存在如下平衡關(guān)系:HIn H + In- 或 對(duì)于某種指示劑而言，Ka是常數(shù)，因此 比值只是H+ 的函數(shù)。溶液的顏色取決于 。在一般情況下，當(dāng)一種形式的濃度是另一種形式濃度的10 倍時(shí)，才能辨別出濃度大的形式的顏色。因此，當(dāng)時(shí)，可看到酸式的顏色；當(dāng) 可以看到堿式的顏色。當(dāng)時(shí)，pH = pKa 是指示劑的顏色轉(zhuǎn)變點(diǎn)，稱為指示劑的理論變色點(diǎn)。當(dāng)溶液的pH 在pKa 1 范圍內(nèi)時(shí)，呈現(xiàn)酸式和堿式的混合色，這個(gè)pH 范圍稱為指示劑的理論變色范圍。從理論上講，指示劑的變色范圍都有兩個(gè)pH 單位，但實(shí)際上并不都是如此。人的眼睛對(duì)各種顏色的靈敏度不一樣，人眼觀察到的實(shí)際變色范圍與理論變色范圍不完全一致。例如，甲基橙的pKa = 3.4，理論上的變色范圍應(yīng)該在pH 2.44.4 之間，但人眼對(duì)紅色較敏感，而對(duì)黃色不敏感，實(shí)踐證明，pH = 3.1 時(shí)，就能觀察到明顯的紅色；pH = 4.4 時(shí)，才能觀察到明顯的黃色。所以甲基橙的實(shí)際變色范圍在pH 3.1 4.4 之間。但是指示劑變色的pH 范圍總是出現(xiàn)在pKa 兩側(cè)。表5 - 5 給出了幾種常用酸堿指示劑。2.5.3 混合指示劑酸堿指示劑一般都有約為2 個(gè)pH 單位的變色范圍，在此范圍內(nèi)，隨著pH 的改變，指示劑由一種形式的顏色逐漸地變?yōu)榱硪环N形式的顏色。但在酸堿滴定中，有時(shí)需要使用變色范圍窄，變色敏銳的指示劑。例如，某些弱酸或弱堿的滴定，滴定曲線的pH 突躍范圍很窄。為了提高滴定終點(diǎn)的敏銳性，減小終點(diǎn)誤差，就要選用變色范圍窄，色調(diào)變化鮮明的指示劑，使用混合指示劑可以達(dá)到這一目的。表5 - 5 幾種常用的酸堿指示劑混合指示劑可分為兩類。一類是一種指示劑與一種惰性染料(其顏色不隨溶液pH 的變化而改變)混合而成，利用兩種顏色的互補(bǔ)作用使指示劑的變色范圍變窄并敏銳。例如，甲基黃和亞甲基藍(lán)，前者的pKa = 3. 3，其酸式為紅色，堿式為黃色，后者的顏色是藍(lán)色，當(dāng)二者混合后，在pH 3. 4 時(shí)，顯綠色，在pH 3. 2 3. 4 時(shí)，甲基黃的紅色形式與黃色形式的濃度比接近于1，兩者加合而顯橙色，它與亞甲基藍(lán)的藍(lán)色互為補(bǔ)色，結(jié)果呈淺灰色，這樣就基本消除了甲基黃變色過程中的過渡顏色橙色，從而使變色范圍窄且變色敏銳。另一類混合指示劑是將兩種 pKa相近的指示劑混合，其作用原理與前一類基本相同。例如甲基紅與溴甲酚綠的混合指示劑，pH 5. 2 為綠色，pH 5. 1 為灰色，變色范圍很窄且顏色易于辨別。表5 - 6 列出了幾種常用的酸堿混合指示劑。表5