Получение и применение индикаторов

Индикатор (позднелат. indicator-указатель) – химическое вещество, изменяющее окраску, люминесценцию или образующие осадок при изменении концентрации количества компонента в растворе. Индикаторы указывают на определенное состояние системы или на момент достижения этого состояния.

Индикаторы бывают обратимые и необратимые. Изменение окраски при изменении состояния системы может быть повторено многократно. Необратимые индикаторы подвергаются необратимым химическим обращениям.

Индикаторы, которые вводят в исследуемый раствор называют внутренними, в отличие от внешних, реакцию, с которыми проводят вне анализируемой смеси. В последнем случае одну или несколько капель анализируемого раствора помещают на бумажку пропитанную индикатором или смешивают их на белой фарфоровой пластинке с каплей индикатора. Индикаторы применяют чаще всего для установления конца количества химической реакции, главным образом конечной точки титрования (к.т.т.). В соответствии с титрометрическими методами различают кислотно-основные, адсорбционные, окислительно-восстановительные и комплекснометрические индикаторы.

Комплекснометрические индикаторы (металлиндикаторы) – вещества, которые вступают в реакцию с металлами, что сопровождается изменением окраски раствора.

Адсорбционные индикаторы – вещества, с помощью которых устанавливают конечную точку титрования по методу осаждения. Адсорбционные индикаторы проявляются осадком, изменяя при этом окраску (цветные индикаторы) или цвет и интенсивность окраски.

Индикаторы бывают с одной или двумя окрашенными формами; такие индикаторы называют соответственно одноцветными и двухцветными. Наиболее четкое изменение окраски наблюдалось бы у тех индикаторов кислотная и основная формы, которых окрашены в дополнительные цвета, однако таких индикаторов не существует. Поэтому, добавляя краситель, изменяют соответствующим образом окраски обеих форм. Можно использовать смесь двух индикаторов, цвета которых дополняют друг друга. Такие индикаторы называют смешанными.

Смеси индикаторов, которые непрерывно изменяют свой цвет во всей области значений рН от1 до 14 называют универсальными. Их используют для приблизительной оценки рН растворов.

Кислоты и щелочи

Так как впоследствии я буду говорить о кислотно-основных индикаторах, я хочу немного рассказать о кислотах и основаниях.

Слово «Щёлочь» происходит от слова «щёлок». Так называли мыльный раствор, образующийся при варке золы. Щелочами в старину называли вещества, растворы которых мылки на ощупь. Щелочи использовались в мыловарении, производстве стекла, при окраске тканей. Позже научились производить едкие щелочи.

Первоначально под кислотой понимали вещество, раствор которого имеет кислый вкус. Главные минеральные кислоты – соляная, серная и азотная были получены ещё алхимиками. Постепенно накапливались факты, свидетельствующие об общих свойствах кислот, например, об их способности разрушать металлы. Ещё Лавуазье и Дэви вместе с Ю. Либих пытались объяснить свойства кислот.

Водородный показатель

Понятие водородный показатель было введено датским химиком Серенсеном в 1909г. – буква «р» - начальная буква датского слова potenz- математическая степень, буква «Н» - символ водорода. Зависимость между концентрацией ионов водорода величиной рН и реакцией раствора можно выразить следующим образом: чем меньше рН, тем больше концентрация ионов водорода, то есть выше кислотность среды. В зависимости от концентрации ионов Н+ в растворе может быть кислая, нейтральная или щелочная среда.

Дистиллированную воду, взятую при температуре 220С, принято считать нейтральной рН = 7. Если значение водородного показателя меньше 7, раствор является кислым. А при рН больше 7 концентрация ионов водорода в растворе меньше. Такие растворы называются щелочными. Дождевая вода обычно имеет слабокислую реакцию среды (рН=6) за счет растворения в ней углекислого газа; дождь считается кислотным, если его рН 5. Желудочный сок- это сильнокислая среда (рН=1,7) а рН крови (7,4), слюны (6,9) и слезы (7) близок к нейтральному.

Исключительно велика роль рН в различных явлениях и процессах и в природе, и в технике. Многие производственные процессы в разных отраслях пр-и протекают лишь при определенной реакции среды. Наш организм нормально функционирует только тогда, когда и в крови, и в тканевых жидкостях важнейших органов поддерживается определенное соотношение Н+ и ОН- ( с незначительными колебаниями). В условиях производства применяют весьма точные инструментальные методы определения рН- с помощью приборов рН-метров.

История использования индикаторов

Лакмус был известен уже в Древнем Египте и в Древнем Риме, где его использовали в качестве фиолетовой окраски – заменителя дорогостоящего пурпура. Затем рецепт приготовления лакмуса оказался утерян. Лишь в начале XIV в. во Флоренции вновь была открыта фиолетовая краска орсейль, тождественная лакмусу, причем способ ее приготовления в течение многих лет держали в секрете.

В XVII столетии производство орсейли было налажено во Фландрии и Голландии, а в качестве сырья использовали лишайники, которые привозили с Канарских островов. Похожее на орсейль красе вещество было выделено в XVII в. из гелиотропа – душистого садового растения с темно- иловыми цветками. Знаменитый физик и химик XVII в. Роберт Бойль писал о гелиотропе: « Плоды этого растения дают сок, который при нанесении на бумагу или материю имеет сначала свежий ярко-зеленый цвет, но неожиданно изменяет его на пурпурный. Если материал замочить в воде и отжать, вода окрашивается в винный цвет; такие виды красителя (их обычно называют «турне соль») есть у аптекарей, в бакалейных лавках и в других местах, которые служат для окраски желе, или других веществ, кто как хочет». С того времени орсейль, и гелиотроп стали использовать в химических лабораториях. «Как только вношу незначительное малое количество кислоты, - писал в 1694г. французский химик Пьер Поме о «турнесоле», - он становится красным, поэтому, если кто хочет узнать, содержится ли в чем-нибудь кислота, его можно использовать». В 1704г. немецкий ученый М.Валентин назвал эту краску лакмусом. В некоторых странах краску, сходную с лакмусом, добывали из других растений. Простейшим примером служит свекольный сок, который также изменяет цвет в зависимости от кислотности среды. В XIX в. на смену лакмусу пришли более прочные и дешевые синтетические красители, поэтому использование лакмуса ограничивается лишь определением кислотности среды. На смену лакмусу в аналитической химии пришел лакмоид - краситель резорциновый синий, который отличается от природного лакмуса по строению, но сходен с ним по окраске: в кислой среде он красный, а в щелочной – синий.

Лакмус

один из самых известных индикаторов - лакмус. Это твердое вещество, частично растворимое в воде и спирте. Он хорошо известен каждому школьнику – с его помощью определяют кислотность среды. Это вещество является кислотно-основным индикатором, т.е. обладает способностью обратимо изменять окраску в зависимости от кислотности раствора: в кислой среде лакмус становится красным, а в щелочной – синим. В нейтральной среде цвет лакмуса фиолетовый – это сочетание равных количеств синего и красного. Хотя лакмус уже в течение нескольких столетий, верно служит людям, его состав так до конца и не изучен. В этом нет ничего удивительного: ведь лакмус- это сложная смесь природных соединений.

Готовили лакмус из специальных видов лишайников. Измельченные лишайники увлажняли, а затем добавляли в эту смесь золу и соду. Приготовленную таким образом густую массу помещали в деревянные бочки, добавляли мочу и выдерживали длительное время. Постепенно раствор приобретал темно-синий цвет. Его упаривали и в таком виде применяли для окрашивания тканей.

Сегодня для производства лакмуса измельченные лишайники сбраживают в растворах поташа (карбоната калия) и аммиака, затем в полученную смесь добавляют мел или гипс.

В XIX в. на смену лакмусу пришли прочные и дешевые синтетические красители, поэтому использование лакмуса ограничивается лишь грубым определением кислотности среды. Для этой цели служат полоски фильтрованной бумаги, пропитанные раствором лакмуса. Сейчас лакмус лишь изредка используют в химических лабораториях. Однако в современном русском языке слово «лакмус» закрепилось: выражение «стать лакмусовой бумажкой» используют, когда говорят о чем-либо, выявляющем суть человеческого характера или поступка.

Применение:

• В химических лабораториях то и дело пользуются индикаторами – иногда для определения тех или иных веществ, а большей частью, чтобы узнать кислотность среды, потому что от этого свойства зависит и поведение веществ, и характер реакции.
• Даже хозяйки используют индикаторы, чтобы борщ был ярко-красным - в него перед окончанием варки добавляют немного пищевой кислоты – уксусной или лимонной; цвет меняется прямо на глазах.
• Давненько было в моде писать приглашения на лепестках цветов; а писали их в зависимости от цветка и желаемого цвета надписи раствором кислоты или щелочи, пользуясь тонким пером или заостренной палочкой.
• Ещё в прошлом веке реакцию йода с крахмалом (в результате которой все окрашивается в синий цвет) использовали, уличить недобросовестных торговцев, которые добавляли в сметану «для густоты» пшеничную муку. Если на образец такой сметаны капнуть йодной настойки, синее окрашивание сразу выявит подвох.
• Раньше лакмус использовали в качестве красителя, но когда изобрели синтетические красители, использование лакмуса ограничилось. Для этой цели служат полоски фильтрованной бумаги, пропитанной раствором лакмуса.