Sav-bázis indikátor

A sav-bázis indikátor (lat. indicare, jelez szóból) olyan anyag, amely színváltozással jelzi egy oldat kémhatásának megváltozását. A legismertebb sav-bázis indikátorok: lakmusz, fenolftalein.

A sav-bázis indikátorok olyan gyenge savak vagy gyenge bázisok, amelyek disszociációja során színváltozás következik be. Ez annak a következménye, hogy a kation és az anion más színű, mint a disszociálatlan molekula. Ezen folyamatok során a molekulán belül kötésátrendeződés is megtörténhet, ebből adódik a színváltozás. Az egyes indikátorok színváltozása meghatározott pH-intervallumban következik be, melyet átcsapási tartománynak is hívnak.

ElméletSzerkesztés

Az indikátor vegyületek által végzett pH-mérést kolorimetriás mérésnek nevezik. Ehhez indikátoranyagokat alkalmaznak, amelyek meghatározott pH-értékek esetén megváltoztatják színüket – ezt a színváltozást nevezik átcsapásnak.[1] A mérés papírral és oldattal végezhető. Előbbi esetben olyan szívóképes szűrőpapírokat alkalmaznak, amelyeket indikátoranyagokkal impregnáltak. Ezek pontos pH-mérésre nem alkalmasak, ám mivel gyors és egyszerű megoldást jelentenek, igen népszerűek. A segítségükkel elsősorban az határozható meg, hogy savas vagy lúgos-e a pH.

A kolorimetriás mérések leggyakoribb hibalehetőségei:[2][3]

  • Hőmérséklet hiba: A pH-indikátor papírok skálája általában 20 Celsius-fokra kalibráltak. Az ettől eltérő hőmérsékleten történő mérések nem vehetőek pontosnak, általában további mérések szükségesek az érték pontos meghatározásához.
  • Sajátszín hiba: A kolorimetriás pH-mérésnél az indikátor színátcsapása szolgál a mérési eredmény alapjául. Amennyiben a vizsgálandó oldat maga is színes, úgy a sajátszín zavarhatja a pontos leolvasást.
  • Sav-bázis hiba: A sav-bázis indikátorok kémiai összetételüket illetően maguk is savakat, illetve bázisokat tartalmazó anyagok. Az indikátorok ionszegény mérendő közegbe (pl. desztillált víz, igen gyengén hidrolizált sav-, illetve lúgoldatok) juttatása, illetve mártása következtében kis mértékben beoldódnak, és így megváltoztatják a mérendő közeg pH-ját, amit azután a maradék indikátor rész visszamér. Ezt a szakirodalom ún. sav-bázis hibaként említi, és akár 1 pH egység hibához is vezethet kedvezőtlen esetben, amikor a híg, ionszegény, illetve nem pufferolt oldatok mérése történik. A pufferek kétkomponensű stabil kémhatású oldatok. Kémhatásuk akkor sem változik (bizonyos kapacitáshatárig) ha eltérő kémhatású oldatot adagolunk hozzá, így megakadályozzák, hogy a mérési eljárás során a pH-érték megváltozzon.[4] Ugyanez a hiba indikátor oldat alkalmazása esetén tizedrészre csökkenthető. Más esetekben úgynevezett „nem vérző” indikátorcsíkokat lehet használni az ilyen hiba kiküszöbölése céljából.
  • Sóhiba: A hidrogénionokon kívül – ha jóval kisebb mértékben is, de – hatással vannak az indikátorok színváltozására a különféle kationok is. Éppen ezért tömény sóoldatokban előfordulhat kismértékű színeltolódás. Ezt a jelenséget nevezik sóhibának. Amennyiben a sókoncentráció 0,2 mol/l alatt van, akkor egyáltalán nem jelentkezik ez a probléma.
  • Alkoholhiba: Indikátorral „színezett” alkoholos oldatoknál előfordul, hogy ugyanolyan színt mutató indikátoros vizes pufferoldattal összehasonlítva nem egyforma kémhatású oldatok vannak a háttérben. Az oldószerváltozás bizonyos mértékben eltolhatja a sav-bázis egyensúlyt, aminek következtében az indikátor konstansok is megváltoznak.
  • Alkaloidhiba: Alkaloidokat tartalmazó oldatokban, ha indikátort cseppentenek bele, alkaloidszármazékok keletkezése figyelhető meg, amely megnehezíti, illetve pontatlanná teszi a mérést. Alkaloidok jelenléte esetében ajánlatos a vakérték meghatározása az alkaloidhiba mértékének tisztázása céljából.

Az indikátorok működéseSzerkesztés

A sav-bázis indikátorok gyenge savak vagy gyenge bázisok, melyek általános reakcióvázlata így írható fel:

 

A HInd itt a savat, az Ind- pedig az indikátor konjugált bázisát jelöli. Ezek aránya adja meg a színt és kapcsolja azt a pH-értékhez.

AlkalmazásukSzerkesztés

A sav-bázis indikátorokat gyakran használják titrálási folyamatoknál az analitikai kémia és biológia területén, hogy meghatározzák egyes kémiai folyamatok kimenetelét. Problémát jelenthet és jelentős szubjektív hibákhoz vezethet a „detektorok” (ez esetben az emberi szem) sokfélesége, amellyel a színt meghatározzák. Az indikátorok alkalmazása azért okoz gyakran elvi hibát, mert a színátcsapás pH-ja ritkán egyezik meg az ekvivalenciapont pH-jával.[5] Az olyan esetekben, amikor a pH pontos meghatározására van szükség, gyakran pH-metriás módszert alkalmaznak. Egyes esetekben, amikor csak a pH körülbelüli meghatározása szükséges, több indikátort használnak, hogy egyenletes színváltozást érjenek el egy nagyobb pH-érték tartományban.

Az alábbi táblázatban laboratóriumokban gyakran használt indikátorok láthatóak. Az indikátorok az átcsapási tartományban rendszerint köztes színeket vesznek fel, így például a fenol vörös színt mutat 6,8 és 8,4 pH-érték között. Az indikátor koncentrációja és a hőmérséklet függvényében az átcsapási tartomány némileg eltolódhat.

Indikátor Szín alacsony
pH-értéknél
Átcsapási tartomány
alsó határa
Átcsapási tartomány
felső határa
Szín magas
pH-értéknél
Kristályibolya sárga 0,0 2,0 kék-ibolya
Malachitzöld (első átcsapás) sárga 0,0 2,0 zöld
Malachitzöld (második átcsapás) zöld 11,6 14,0 színtelen
Timolkék (első átcsapás) vörös 1,2 2,8 sárga
Timolkék (második átcsapás) sárga 8,0 9,6 kék
Metilsárga vörös 2,9 4,0 sárga
Brómfenolkék sárga 3,0 4,6 kék
Kongóvörös kék-ibolya 3,0 5,0 vörös
Metilnarancs vörös 3,1 4,4 sárga
Brómkrezolzöld sárga 3,8 5,4 kék
Metilvörös vörös 4,4 6,2 sárga
Metil-lila lila 4,8 5,4 zöld
Lakmusz vörös 4,5 8,3 kék
Brómkrezol lila sárga 5,2 6,8 lila
Brómkrezol kék sárga 6,0 7,6 kék
Fenolvörös sárga 6,4 8,0 vörös
Természetes vörös vörös 6,8 8,0 sárga
Naftolftalein színtelen-vöröses 7,3 8,7 zöldeskék
Krezolvörös sárga 7,2 8,8 vöröses-lila
Krezolftalein színtelen 8,2 9,8 lila
Fenolftalein színtelen 8,3 10,0 püspöklila
Timolftalein színtelen 9,3 10,5 kék
Alizarin-sárga sárga 10,2 12,0 vörös
Indigókármin kék 11,4 13,0 sárga

Mesterséges indikátorokSzerkesztés

AzovegyületekSzerkesztés

Azobenzol-származékokSzerkesztés

 
Az azobenzol-származékok általános képlete
Név R1 R2 R3
metilnarancs(en) (CH3)2N H NaO—SO2
metilvörös(en) COOH H
metilsárga(en) H H
tropeolin OO(en) C6H5NH H NaO—SO2


Trifenilmetán vegyületekSzerkesztés

(ftalein-származékok)

2 típusuk létezik:
1; Ftaleinek R = COOH
2; Szulfoftaleinek R = SO3H

Főbb képviselőikSzerkesztés

FtaleinekSzerkesztés
  • fenolftalein
  • krezolftalein
  • timolftalein
SzulfoftaleinekSzerkesztés
  • fenolvörös
  • timolkék
  • brómfenolkék

Természetes indikátorokSzerkesztés

A természetben található sok festékanyag között vannak olyanok, amelyek színe állandó, viszont vannak olyanok is, amelyeké nem, mert bizonyos körülmények hatására (akár már napsütésre is) megváltozik a színük. Ezen kívül savas és lúgos hatásra is történhet változás. Ezen színváltozás a sejtnedv pH-értékének megváltozása miatt alakul ki. A legtöbb természetes indikátor ezen az elven működik.

Legfontosabb természetes indikátorokSzerkesztés

 
A vörös káposzta színtartománya különböző pH-értékű oldatokban

JegyzetekSzerkesztés

  1. A pH „érzékelése” indikátorokkal. www.inc.bme.hu (Hozzáférés: 2015. márc. 9.) (PDF) arch
  2. A pH mérést befolyásoló tényezők. phmerok.hu (2014. szept. 15.) (Hozzáférés: 2015. márc. 9.)
  3. Nagy László: PH mérés indikátorokkal. www.muszeroldal.hu (Hozzáférés: 2015. márc. 9.) (PDF)
  4. Mire jók a pufferoldatok? phmerok.hu (2014. szept. 8.) (Hozzáférés: 2015. márc. 9.)
  5. Zékány László: PH-potenciometria. www.inorg.unideb.hu (Hozzáférés: 2015. márc. 9.) (PDF) arch

További információkSzerkesztés