Mezi různými organickými látkami existují speciální sloučeniny, které se vyznačují barevnými změnami v různých prostředích. Před nástupem moderních elektronických pH-metrů byly indikátory nepostradatelnými „nástroji“pro stanovení acidobazických indikátorů prostředí a nadále se používají v laboratorní praxi jako pomocné látky v analytické chemii a také při absenci potřebného vybavení..
K čemu slouží indikátory?
Zpočátku byla vlastnost těchto sloučenin měnit barvu v různých médiích široce používána k vizuálnímu stanovení acidobazických vlastností látek v roztoku, což pomohlo určit nejen povahu média, ale také kreslit závěr o výsledných reakčních produktech. Indikátorové roztoky se i nadále používají v laboratorní praxi ke stanovení koncentrace látek titrací a umožňují vám naučit se používat improvizované metody při nedostatkumoderní pH metry.
Takových látek je několik desítek, z nichž každá je citlivá na poměrně úzkou oblast: obvykle nepřesahuje 3 body na škále informativnosti. Díky takové rozmanitosti chromoforů a jejich nízké vzájemné aktivitě se vědcům podařilo vytvořit univerzální indikátory, které jsou široce používány v laboratorních a výrobních podmínkách.
Nejpoužívanější indikátory pH
Je pozoruhodné, že kromě identifikačních vlastností mají tyto sloučeniny dobrou barvicí schopnost, což umožňuje jejich použití pro barvení látek v textilním průmyslu. Z velkého množství barevných indikátorů v chemii jsou nejznámější a nejpoužívanější methyloranž (methyloranž) a fenolftalein. Většina ostatních chromoforů se v současné době používá smíchaných mezi sebou nebo pro specifické syntézy a reakce.
Methyl pomeranč
Mnoho barviv je pojmenováno podle svých primárních barev v neutrálním prostředí, což platí i pro tento chromofor. Methylová oranž je azobarvivo mající ve svém složení seskupení - N=N, které je zodpovědné za přechod barvy indikátoru na červenou v kyselém prostředí a na žlutou v alkalickém prostředí. Azosloučeniny samy o sobě nejsou silné báze, nicméně přítomnost elektronových donorových skupin (‒ OH, ‒ NH2, ‒ NH (CH3), ‒ N (CH 3)2 a další) zvyšuje zásaditost jednoho z atomů dusíku,který se stává schopným vázat vodíkové protony podle principu donor-akceptor. Proto při změně koncentrací iontů H+ v roztoku lze pozorovat změnu barvy acidobazického indikátoru.
Více o výrobě methyl pomeranče
Získejte methyloranž reakcí s diazotací kyseliny sulfanilové C6H4(SO3H)NH2 následovaná kombinací s dimethylanilinem C6H5N(CH3)2. Kyselina sulfanilová se rozpustí v alkalickém roztoku sodném přidáním dusitanu sodného NaNO 2, a poté ochlazen ledem pro provedení syntézy při teplotách co nejbližších 0 °C a přidá se kyselina chlorovodíková HC1. Dále se připraví samostatný roztok dimethylanilinu v HCl, který se po ochlazení nalije do prvního roztoku, čímž se získá barvivo. Dále se alkalizuje a z roztoku se vysrážejí tmavě oranžové krystaly, které se po několika hodinách odfiltrují a suší ve vodní lázni.
Fenolftalein
Tento chromofor dostal své jméno podle přidání názvů dvou činidel, která se podílejí na jeho syntéze. Barva indikátoru se vyznačuje změnou barvy v alkalickém prostředí se získáním malinového (červenofialového, malinově červeného) odstínu, který se při silném zalkalizaci roztoku stává bezbarvým. Fenolftalein může mít několik forem v závislosti na pH prostředí a v silně kyselém prostředí má oranžovou barvu.
Tento chromofor se vyrábí kondenzací fenolu a anhydridu kyseliny ftalové v přítomnosti chloridu zinečnatého ZnCl2 nebo koncentrované kyseliny sírové H2 SO 4. V pevném stavu jsou molekuly fenolftaleinu bezbarvé krystaly.
Předtím byl fenolftalein aktivně používán při výrobě laxativ, ale postupně bylo jeho použití výrazně omezeno díky zavedeným kumulativním vlastnostem.
Litmus
Tento indikátor byl jedním z prvních činidel používaných na pevných médiích. Lakmus je komplexní směs přírodních sloučenin, která se získává z určitých druhů lišejníků. Používá se nejen jako barvivo, ale také jako prostředek ke stanovení pH média. Jde o jeden z prvních indikátorů, který začal člověk využívat v chemické praxi: používá se ve formě vodných roztoků nebo jím impregnovaných proužků filtračního papíru. Lakmus v pevném stavu je tmavý prášek s mírným zápachem po amoniaku. Po rozpuštění v čisté vodě se barva indikátoru změní na fialovou a po okyselení zčervená. V alkalickém prostředí lakmus zmodrá, což umožňuje jeho použití jako univerzálního indikátoru pro obecné stanovení indikátoru média.
Není možné přesně stanovit mechanismus a povahu reakce, ke které dochází při změně pH ve strukturách lakmusových složek, protože může zahrnovat až 15 různých sloučenin, z nichž některémohou být neoddělitelnými účinnými látkami, což komplikuje jejich individuální studium chemických a fyzikálních vlastností.
Univerzální indikátorový papír
S rozvojem vědy a nástupem indikátorových papírů se stanovení environmentálních indikátorů mnohem zjednodušilo, protože nyní nebylo nutné mít připravená tekutá činidla pro jakýkoli terénní výzkum, který vědci a kriminalisté stále úspěšně používat. Řešení byla tedy nahrazena univerzálními indikátorovými papírky, které díky svému širokému spektru účinku téměř zcela eliminovaly nutnost použití jakýchkoli jiných acidobazických indikátorů.
Složení impregnovaných proužků se může u různých výrobců lišit, takže přibližný seznam složek může být následující:
- fenolftalein (0-3, 0 a 8, 2-11);
- (di)methyl žlutá (2, 9–4, 0);
- methyl pomeranč (3, 1–4, 4);
- methylová červeň (4, 2–6, 2);
- bromthymolová modř (6, 0–7, 8);
- α‒naftolftalein (7, 3–8, 7);
- thymolová modř (8, 0–9, 6);
- kresolftalein (8, 2–9, 8).
Obal nutně obsahuje standardy barevné škály, které umožňují určit pH média od 0 do 12 (asi 14) s přesností na jedno celé číslo.
Tyto sloučeniny lze mimo jiné používat společně ve vodných a vodně-alkoholových roztocích, díky čemuž je použití takových směsí velmi pohodlné. Některé z těchto látek však mohou být špatně rozpustné ve vodě, proto je to nutnévyberte univerzální organické rozpouštědlo.
Díky svým vlastnostem našly acidobazické indikátory uplatnění v mnoha oblastech vědy a jejich rozmanitost umožnila vytvořit univerzální směsi, které jsou citlivé na širokou škálu indikátorů pH.
