Окислительно-восстановительные индикаторы (Ktnvlnmyl,uk-fkvvmgukfnmyl,udy nu;ntgmkjd)

Эксперимент «Голубая колба»^[англ.]: демонстрация действия окислительно-восстановительного индикатора

Окисли́тельно-восстанови́тельные индика́торы (редо́кс-индика́торы^{[К 1]}) — вещества, которые применяются для определения точки эквивалентности в окислительно-восстановительных реакциях.

Чаще всего такими индикаторами являются органические соединения, которые проявляют окислительно-восстановительные свойства, и металлоорганические, в которых по достижении определённого потенциала меняется степень окисления металла. В обоих случаях изменения в структуре сопровождаются изменением окраски соединения.

Классификация

В зависимости от типа взаимодействия различают индикаторы:

общие — меняют свою окраску в соответствии с потенциалом и независимо от природы веществ в растворе (например, дифениламин, метиленовый синий);
специфические — дают реакцию только с определёнными соединениями (крахмал является индикатором на иод, тиоцианат-ионы — на катион Fe³⁺).

В зависимости от схемы перехода цвета индикаторы делят на:

одноцветные — одна форма имеет цвет, другая — бесцветная;
двухцветные — обе формы имеют собственные цвета.

Применяемые индикаторы должны соответствовать требованиям:

хорошо растворяться в воде, кислотах и других типичных средах для титрования;
быть устойчивыми к действию света, воздуха, других компонентов в растворе и стабильным при длительном хранении;
окраски окисленной и восстановленной форм должны чётко отличаться;
интервал потенциала, на котором происходит переход между формами, должен быть узким и отвечать скачку на кривой титрования;
окраска должна меняться быстро, а ответная реакция быть полностью обратимой, не нести влияния посторонних реакций;
изменение цвета раствора в конечный точке титрования должно быть чётким даже при наименьшем количестве добавленного индикатора.

Протекание реакции

Общей схемой действия индикатора является обратная реакция восстановления его окисленной формы:

Ind_ox + ne^- ⇌ Ind_red

Иногда взаимодействие также проходит с участием ионов H⁺:

Ind_ox + ne^- + xH⁺⇌ Ind_red; (x может приобретать как положительных, так и отрицательных значений).

Эта реакция не влияет на поведение индикаторов, однако вызывает дополнительный расход титранта.

В общем виде потенциал индикатора, который участвует во взаимодействии, описывается уравнением Нернста:

\mathrm {E=E_{ox/red}^{0}+{\frac {0,059}{n}}\cdot lg{\frac {[Ind_{ox}]}{[Ind_{red}]}}}

,

где E⁰_ox/red — стандартный потенциал для данной пары форм, что соответствует условию [Ind_ox]=[Ind_red]

Считается, что переход окраски заметен при десятикратном преобладании одной формы над другой. В этом случае множители в уравнении приобретут вид $\mathrm {lg{\frac {10}{1}}}$ и $\mathrm {lg{\frac {1}{10}}}$ , что равно 1 и -1 соответственно. Из этого предположения следует определение интервала перехода окраски индикатора pT:

\mathrm {pT=E_{ox/red}^{0}\pm {\frac {0,059}{n}}}

Например, дифениламин, который имеет стандартный потенциал 0,76 В и совершает переход при участии двух электронов, меняет окраску в диапазоне 0,76±0,03 В. При значениях меньше 0,73 В он является бесцветным, при больших чем 0,79 преобладает фиолетовая форма. В промежутке 0,73—0,79 В окраска меняется постепенно.

Погрешности при использовании индикаторов

При использовании окислительно-восстановительных индикаторов выделяется три погрешности:

химическая — отсутствие совпадения конечной точки титрования (момента смены окраски) с реальной точкой эквивалентности. Момент смены определяется потенциалом индикатора, на который могут влиять pH среды и ионная сила раствора, поэтому, например, если в ходе определения сильно меняется значение pH, момент смены окраски может не совпадать со скачком на кривой титрования и вызвать искажения результатов;
визуальная — неспособность человеческого глаза точно различать изменения окраски;
индикаторная — расход дополнительного количества титранта на взаимодействие с индикатором.

Распространённые индикаторы

Водный раствор нейтрального красного

Индикатор	Цвет формы		Стандартный потенциал перехода, В^{[К 2]}
Индикатор	Ind_ox	Ind_red	Стандартный потенциал перехода, В^{[К 2]}
Нейтральный красный	красный	бесцветный	0,24
Метиленовый синий	синий	бесцветный	0,53
Дифениламин	фиолетовый	бесцветный	0,76
Дифенилбензидин	фиолетовый	бесцветный	0,76
Дифениламинсульфокислота	красно-фиолетовый	бесцветный	0,85
пара-Фенилантранилова кислота	красно-фиолетовый	бесцветный	1,08
Ферроин	синий	красный	1,06
Трис-(2,2'-дипиридилат) рутения	бесцветный	жёлтый	1,33

См. также

Литература

Пискарёва С. К. и др. Аналитическая химия. — Издание 2-е. — М.: Высшая школа, 1994. — С. 296—297. — ISBN 5-06-002179-3.
Аналитическая химия. Химические методы анализа / Под ред. О. М. Петрухина. — М.: Химия, 1992. — С. 289—290. — ISBN 5-7245-0640-8.
Жаровський Ф. Г., Пилипенко А. Т., П'ятницький І. В. Аналітична хімія. — 2-е. — К.: Вища школа, 1982. — С. 429—431.
Бишоп, Э. Индикаторы / Пер. с англ. под ред. И. Н. Марова. — М.: Мир, 1976. — Т. 2. — С. 146—162.

[1] Термин редокс происходит от англ. redox: reduction — восстановление и oxidation — окисление.

[2] При [H⁺] = 1 моль/л (pH = 0).

[К 1]

[К 2]