pH göstergesi - pH indicator

pH göstergeleri: grafik bir görünüm

Bir pH göstergesi a, halochromic kimyasal bileşik , bir küçük miktarlarda ilave çözelti , böylece pH değeri ( asitlik veya bazlık çözeltisi), görsel olarak belirlenebilir. Bu nedenle, bir pH göstergesi, Arrhenius modelinde hidronyum iyonları (H 3 O + ) veya hidrojen iyonları (H + ) için kimyasal bir dedektördür . Normalde, indikatör pH'a bağlı olarak çözeltinin renginin değişmesine neden olur . Göstergeler ayrıca diğer fiziksel özelliklerde değişiklik gösterebilir; örneğin, koku göstergeleri kokularında değişiklik gösterir . Nötr bir çözeltinin pH değeri 25°C'de 7.0'dır ( standart laboratuvar koşulları ). pH değeri 7.0'ın altında olan çözeltiler asidik olarak kabul edilir ve pH değeri 7.0'ın üzerinde olan çözeltiler baziktir (alkali). Doğal olarak oluşan organik bileşiklerin çoğu zayıf protolitler, karboksilik asitler ve aminler olduğundan , pH göstergeleri biyoloji ve analitik kimyada birçok uygulama bulur. Ayrıca pH göstergeleri, kimyasal analizde kullanılan üç ana gösterge bileşiği tipinden birini oluşturur. Metal katyonlarının nicel analizi için, kompleksometrik göstergelerin kullanımı tercih edilirken, üçüncü bileşik sınıfı olan redoks göstergeleri , analizin temeli olarak bir redoks reaksiyonu içeren titrasyonlarda kullanılır.

teori

pH göstergeleri genellikle zayıf asitler veya zayıf bazlardır. Bir pH göstergesinin genel reaksiyon şeması şu şekilde formüle edilebilir:

Arka + H
2
O
H
3
Ö+
+ Ind-

Burada HInd, asit formunu ve Ind - göstergenin eşlenik bazını temsil eder. Bunların oranı çözeltinin rengini belirler ve rengi pH değerine bağlar. Zayıf protolitler olan pH göstergeleri, onlar için Henderson-Hasselbalch denklemi şu şekilde yazılabilir:

pH değeri p = K , bir + günlük 10  [ Ind-
] 
/ [Arka] 

Elde edilen denklem, asitlik sabiti , devletler pH s eşit olduğunda bu k bir : 1 oranında gösterge değerini, iki tür de 1 içinde mevcut bulunmaktadır. PH, p, yukarıda ise, K bir değeri, konjuge bazın konsantrasyonu asit konsantrasyonu ve konjuge baz baskındır ilişkili rengi daha büyüktür. PH, s altındaysa K bir değer, tersi de geçerlidir.

Genellikle, renk değişimi p anlık değildir K bir değer, ama bir renk karışımı mevcut olduğu bir pH aralığı vardır. Bu pH aralığı, göstergeleri arasında değişir, fakat bir kural olarak, bu s arasında kalan K bir değeri artı ya da eksi bir. Bu, diğer türlerin en az %10'u kaldığı sürece çözeltilerin renklerini koruduğunu varsayar. Örneğin konjuge bazın konsantrasyonu asit konsantrasyonu 10 kat daha büyük olduğu takdirde, bunların oranı 10: 1, ve dolayısıyla pH değeri p K bir  + 1 Tersine, eğer bir asit 10-kat fazla tabana göre meydana gelir, bu oran 1:10 ve pH p K bir  - 1.

Optimum doğruluk için, iki tür arasındaki renk farkı mümkün olduğunca açık olmalıdır ve renk değişiminin pH aralığı ne kadar dar olursa o kadar iyi olur. Fenolftalein gibi bazı göstergelerde türlerden biri renksiz iken metil kırmızısı gibi diğer göstergelerde her iki tür de bir renk verir. pH göstergeleri belirlenen pH aralığında verimli bir şekilde çalışırken, istenmeyen yan reaksiyonlar nedeniyle genellikle pH ölçeğinin en uç noktalarında yok edilirler.

Başvuru

Gösterge kağıdı ile pH ölçümü

pH göstergeleri sıklıkla kullanılır titrasyonları olarak analitik kimyada ve biyoloji bir boyutunu belirlemek için kimyasal reaksiyon . Çünkü sübjektif renk seçimi (belirleme), pH göstergeleri okumaları kesin olmayan duyarlıdır. Hassas pH ölçümü gerektiren uygulamalar için sıklıkla bir pH metre kullanılır. Bazen, çok çeşitli pH değerleri üzerinde birkaç düzgün renk değişikliği elde etmek için farklı göstergelerin bir karışımı kullanılır. Bu ticari indikatörler (örneğin, evrensel indikatör ve Hydrion kağıtları ) yalnızca kaba pH bilgisinin gerekli olduğu durumlarda kullanılır.

Aşağıda birkaç yaygın laboratuvar pH göstergesi verilmiştir. Göstergeler genellikle listelenen geçiş aralığı içindeki pH değerlerinde ara renkler sergiler. Örneğin, fenol kırmızısı pH 6.8 ile pH 8.4 arasında turuncu bir renk sergiler. Geçiş aralığı, indikatörün çözeltideki konsantrasyonuna ve kullanıldığı sıcaklığa bağlı olarak biraz değişebilir. Sağdaki şekil, çalışma aralığı ve renk değişimleri ile göstergeleri gösterir.

Gösterge Düşük pH rengi Geçiş
alt sınırı

Üst düzey geçiş
Yüksek pH rengi
Centiyana menekşesi ( Metil menekşe 10B ) sarı 0.0 2.0 Mavi menekşe
Malakit yeşili (ilk geçiş) sarı 0.0 2.0 Yeşil
Malakit yeşili (ikinci geçiş) Yeşil 11.6 14.0 renksiz
Timol mavisi (ilk geçiş) kırmızı 1.2 2.8 sarı
Timol mavisi (ikinci geçiş) sarı 8.0 9.6 Mavi
Metil sarısı kırmızı 2.9 4.0 sarı
bromofenol mavisi sarı 3.0 4.6 Mavi
Kongo kırmızısı Mavi menekşe 3.0 5.0 kırmızı
metil portakal kırmızı 3.1 4.4 sarı
Elenmiş metil turuncu (ilk geçiş) kırmızı 0.0 3.2 mor-gri
Elenmiş metil turuncu (ikinci geçiş) mor-gri 3.2 4.2 Yeşil
bromokresol yeşili sarı 3.8 5.4 Mavi
Metil kırmızısı kırmızı 4.4 6.2 sarı
Metil mor Mor 4.8 5.4 Yeşil
Azolitmin (Turnus) kırmızı 4.5 8.3 Mavi
bromokresol mor sarı 5.2 6.8 Mor
Bromotimol mavisi (ilk geçiş) macenta <0 6.0 sarı
Bromotimol mavisi (ikinci geçiş) sarı 6.0 7.6 Mavi
fenol kırmızısı sarı 6.4 8.0 kırmızı
nötr kırmızı kırmızı 6.8 8.0 sarı
naftolftalein soluk kırmızı 7.3 8.7 yeşilimsi-mavi
Kresol kırmızısı sarı 7.2 8.8 kırmızımsı-mor
Kresolftalein renksiz 8.2 9.8 Mor
Fenolftalein (ilk geçiş) turuncu-kırmızı <0 8.3 renksiz
Fenolftalein (ikinci geçiş) renksiz 8.3 10.0 Mor pembe
Fenolftalein (üçüncü geçiş) Mor pembe 12.0 13.0 renksiz
Timolftalein (ilk geçiş) kırmızı <0 9.3 renksiz
Timolftalein (ikinci geçiş) renksiz 9.3 10.5 Mavi
Alizarin Sarı R sarı 10.2 12.0 kırmızı
indigo karmin Mavi 11.4 13.0 sarı

Evrensel gösterge

pH aralığı Açıklama Renk
1-3 güçlü asit kırmızı
3 – 6 Zayıf asit Turuncu sarı
7 Doğal Yeşil
8 – 11 zayıf taban Mavi
11-14 Güçlü taban Menekşe/İndigo


Hassas pH ölçümü

Protonasyonun farklı aşamalarında bromokresol yeşilinin absorpsiyon spektrumları

İki veya daha fazla dalga boyunda kantitatif olarak absorbansı ölçerek oldukça hassas pH ölçümleri elde etmek için bir gösterge kullanılabilir. İlke, indikatörün H + ve A - 'ye ayrışan basit bir asit olan HA olmasıyla açıklanabilir .

HA ⇌ H + + A -

Değeri asit ayrışma sabiti , p K bir , bilinmelidir. Mol emicilikleri , ε HA ve ε A - iki tür HA ve A - dalgaboylarında λ X ve λ y önceki deney ile tespit edilmiş olmalıdır. Varsayarak Beer yasası ölçülen absorbans, uyulması gereken bir x ve bir y iki dalga boyunda bağlı olarak her bir türe sadece emiciliğin toplamıdır.

Bunlar, [HA] ve [A - ] konsantrasyonlarındaki iki denklemdir . Çözüldükten sonra, pH şu şekilde elde edilir:

Ölçümleri en fazla iki dalga boyunda yapılmaktadır ise, konsantrasyonu [HA] ve [A - ] hesaplanabilir , en küçük kareler doğrusal . Aslında, bu amaç için bütün bir spektrum kullanılabilir. İşlem, bromokresol yeşili göstergesi için gösterilmektedir . Gözlenen spektrum (yeşil), iki türün konsantrasyonu için ağırlıklı olarak HA (altın) ve A - (mavi) spektrumlarının toplamıdır .

Tek bir gösterge kullanıldığı zaman, bu yöntem, pH aralığı p ölçümlerle kısıtlı olan K bir  ± 1, ancak bu aralık, iki ya da daha fazla göstergelerin karışımları kullanılarak uzatılabilir. Göstergelerin yoğun absorpsiyon spektrumları olduğundan, gösterge konsantrasyonu nispeten düşüktür ve göstergenin kendisinin pH üzerinde ihmal edilebilir bir etkiye sahip olduğu varsayılır.

denklik noktası

Asit-baz titrasyonlarında, uygun olmayan bir pH göstergesi, gerçek eşdeğerlik noktasından önce veya sonra gösterge içeren çözeltide bir renk değişikliğine neden olabilir. Sonuç olarak, kullanılan pH indikatörüne bağlı olarak bir çözelti için farklı eşdeğerlik noktaları belirlenebilir. Bunun nedeni, indikatör içeren çözeltinin en ufak bir renk değişikliğinin eşdeğerlik noktasına ulaşıldığını göstermesidir. Bu nedenle, en uygun pH indikatörü, titre edilen çözeltinin eşdeğerlik noktasının pH'ını kapsayan, renkteki değişikliğin belirgin olduğu etkin bir pH aralığına sahiptir.

Doğal olarak oluşan pH göstergeleri

Birçok bitki veya bitki parçası, doğal renkli antosiyanin bileşik ailesinden kimyasallar içerir . Asidik çözeltilerde kırmızı ve bazik olarak mavidirler. Antosiyaninler, yapraklardan ( kırmızı lahana ) dahil olmak üzere bitki kısımları olan çok sayıda renkli bitkiden su veya diğer çözücüler ile ekstrakte edilebilir ; çiçekler ( sardunya , haşhaş veya gül yaprakları); çilek ( yaban mersini , frenk üzümü ); ve sapları ( ravent ). Ham bir pH göstergesi oluşturmak için ev bitkilerinden, özellikle kırmızı lahanadan antosiyaninlerin çıkarılması, popüler bir kimyaya giriş gösterimidir.

Litmus hazır hala orta çağda Simyacıların ve kullanılan, bir karışımından yapılmış bir doğal olarak oluşan bir pH göstergesidir liken türleri, özellikle Roccella tinctoria . Turnusol kelimesi kelimenin tam anlamıyla Eski İskandinav dilindeki 'renkli yosun'dan gelir (bkz. Litr ). Asit çözeltilerde renk kırmızı, alkalilerde mavi arasında değişir. 'Turnus testi' terimi, alternatifler arasında yetkili bir şekilde ayrım yapmayı iddia eden herhangi bir test için yaygın olarak kullanılan bir metafor haline geldi.

Ortanca macrophylla çiçekleri toprak asitliğine bağlı olarak renk değiştirebilir. Asit topraklarda, topraktabu bitkilere alüminyum sağlayan ve çiçekleri maviye çevirenkimyasal reaksiyonlar meydana gelir. Alkali topraklarda bu reaksiyonlar meydana gelmez ve bu nedenle alüminyum bitki tarafından alınmaz. Sonuç olarak, çiçekler pembe kalır.

Bir başka yararlı doğal pH göstergesi de zerdeçal baharatıdır . Asitlere maruz kaldığında sarı, alkali varlığında kırmızımsı kahverengidir .

Gösterge Düşük pH rengi Yüksek pH rengi
ortanca çiçekleri Mavi pembeden mora
antosiyaninler kırmızı Mavi
Turnusol kırmızı Mavi
Zerdeçal sarı kırmızımsı kahverengi

Ayrıca bakınız

Referanslar

Dış bağlantılar