Химические индикаторы (}nbncyvtny nu;ntgmkjd)

Индика́тор (лат. indicator — указатель) — соединение, позволяющее визуализировать изменение концентрации какого-либо вещества или компонента, например, в растворе при титровании, или быстро определить pH, еН и другие параметры.

История открытия

Кислотно-основные индикаторы применяются для установления между кислотами и основаниями, или других реакций, если в них участвуют ионы Н⁺, а также для химического определения рН водных растворов. Причина изменения цвета индикатора в том, что присоединение или отдача протонов его молекулами связаны с заменой одних хромофорных групп другими или с появлением новых хромофорных соединений.

Вероятно, самым древним кислотно-основным индикатором является лакмус. Лакмус был известен уже в Древнем Египте и Древнем Риме. Лакмус (от гол. lakmoes) — красящее вещество, добываемое из некоторых видов лишайников. Фактически природный лакмус представляет собой сложную смесь. Его основными компонентами являются: азолитмин (C₉H₁₀NO₅) и эритролитмин (С₁₃H₂₂O₆). Лакмус в древности использовали в качестве фиолетовой краски, но со временем рецепт его приготовления был утерян. В 1640 ботаники описали гелиотроп (Heliotropium Turnesole) — душистое растение с тёмно-лиловыми цветками, из которого было выделено красящее вещество. Этот краситель, наряду с соком фиалок, стал широко применяться химиками в качестве индикатора, который в кислой среде был красным, а в щелочной — синим.

В 1667 году знаменитый химик и физик Роберт Бойль предложил пропитывать фильтровальную бумагу отваром тропического лишайника — лакмуса, а также отварами фиалок и васильков, и таким образом положил начало применению индикаторной (лакмусовой) бумаги.

Применение индикаторов

Индикаторы позволяют быстро и достаточно точно контролировать состав жидких или газообразных сред, следить за изменением их состава, или за протеканием химической реакции. Индикаторы, удовлетворяющие ряду требований (высокое светопоглощение индикатора; контрастный переход окраски; узкая область перехода окраски), применяются для фиксирования конца титрования.

Широко используются кислотно-основные индикаторы, разбавленные растворы которых обладают способностью заметно изменять цвет, в зависимости от кислотности раствора. Причина изменения цвета — изменения в строении молекул индикатора в кислой и щелочной среде, что приводит к изменению спектра поглощения раствора.

Для определения состава газовых сред используют индикаторные бумажки и индикаторные трубки.

Структура молекул и цвет индикаторов

Трифенилметановые красители-индикаторы

Структура трифенилметановых красителей

Трифенилметановые красители широко используются в качестве индикаторов. В зависимости от типа заместителей изменения структуры молекулы приводят к широкой гамме цветных соединений, большинство из которых могут служить химическими индикаторами.

Название \ Положение	2"	2	3	4	5	2'	3'	4'	5'
Бромтимоловый синий	SO3−	Br	Br	Oh	MeEt	Me	Br	OH	MeEt
Бромфеноловый синий	SO3−	H	Br	OH	Br	H	Br	OH	Br
Бромкрезоловый зелёный	SO3−	Me	Br	OH	Br	Me	Br	OH	Br
Крезоловый красный	SO3−	H	Me	OH	H	H	Me	OH	H
Фенолфталеин	CO2−	H	H	OH	H	H	H	OH	H
Тимолфталеин	CO2−	Me	H	OH	MeEt	Me	H	OH	MeEt
Малахитовый зелёный	H	H	H	NMe2	H	H	H	NMe2	H

Производные азобензола

Структура производных азобензола

.

Виды индикаторов

• Кислотно-основные индикаторы
• Редокс-индикаторы, Ох- и Red-формы которых имеют различный цвет
• Металлоиндикаторы
• Адсорбционные индикаторы

Распространённые кислотно-основные индикаторы

Основная статья: Кислотно-основные индикаторы

Индикатор	Окраска/кислая форма	Окраска/щелочная форма	Интервалы pH
Ализариновый жёлтый	жёлтый	фиолетовый	10,1—12,1
Тимолфталеин	бесцветный	синий	9,4—10,6
Фенолфталеин	бесцветный	малиновый	8,2—10,0
Крезоловый красный	жёлтый	тёмно-красный	7,0—8,8
Нейтральный красный	красный	коричневый	6,8—8,0
Феноловый красный	жёлтый	красный	6,8—8,0
Бромтимоловый синий	жёлтый	синий	6,0—7,6
Лакмус (азолитмин)	красный	синий	5,0—8,0
Метиловый красный	красный	жёлтый	4,4—6,2
Метиловый оранжевый	красный	жёлтый	3,0—4,4
Бромфеноловый синий	красный	синий	3,0—4,6
Тропеолин 00…	-	жёлтый	1,4—3,2

Металлоиндикаторы

Основная статья: Металлоиндикаторы

Окислительно-восстановительные индикаторы

Окислительно-восстановительные индикаторы изменяют цвет в зависимости от присутствия в растворе окислителей или восстановителей. Дифениламин бесцветен в восстановленной форме, но имеет фиолетовый цвет в окисленном состоянии. Метиленовый синий (синька) также бесцветен в восстановленной форме и имеет синий цвет в окисленном состоянии.

Некоторые ярко окрашенные вещества сами могут служить индикатором. Например, при перманганатометрическом определении железа(II)

10FeSO₄ + 2KMnO₄+ 8H₂SO₄ = 5Fe₂(SO₄)₃ + 2MnSO₄ + K₂SO₄ + 8H₂O

добавляемый в ходе титрования раствор перманганата обесцвечивается, пока не будут окислены все ионы Fe²⁺, имевшиеся в исследуемом растворе. Точка эквивалентности определяется по розовой окраске раствора, из-за возникшего избытка перманганат-анионов.

Хингидрон также является окислительно-восстановительным индикатором. Это смесь хинона и гидрохинона.

Адсорбционные индикаторы

Крахмал

Термоиндикаторы

В качестве термоиндикатора можно использовать бумагу, смоченную хлоридом кобальта(II). При нагревании кристаллогидрат теряет связанную воду и меняет последовательно цвет с розового через красный, фиолетовый и синий на бесцветный.

Растительные пигменты

Пигменты — органические соединения, присутствующие в клетках и тканях растений и окрашивающие их. Расположены пигменты в хлоропластах и хромопластах.

В растительном мире известно около 2 тысяч пигментов. Наиболее стойкими являются 150. Некоторые из них представлены в таблице. Накапливаются пигменты главным образом в корнях, цветках, кожуре плодов и в листьях растений.

Общее название растительных пигментов — биофлавоноиды. Это фенольные соединения, продукты жизнедеятельности растений. Большинство хорошо растворимы в воде, не растворимы в этиловом эфире, хлороформе и бензоле. Особенно богаты ими листья чая, цветы и листья гречихи, софоры японской, плоды цитрусовых, шиповника и черноплодной рябины (эти растения служат сырьём для производства медицинских препаратов). Значительные количества содержатся также в красном перце, чёрной смородине, землянике, малине, вишне, облепихе, некоторых сортах яблок, слив и винограда. Многие биофлавоноиды придают окраску цветам и плодам растений.

Все пигменты можно разделить на три группы — хлорофиллы, каротиноиды, антоцианы.

Хлорофилл определяет зелёную окраску листьев. Без этого изумрудного пигмента невозможна жизнь на планете, так как он осуществляет фотосинтез. Спутниками хлорофилла являются каротиноиды, которые определяют жёлтое, оранжевое и красное окрашивание. Так, жёлтые зерна кукурузы, оранжевая кожура мандарина, красные плоды шиповника своей окраской обязаны каротиноидам. Третья группа пигментов — антоцианы, которые определяют практически все краски растений — от оранжевой и красной до синей. Особый интерес представляют пигменты третьей группы — антоцианы, которые обладают хорошими индикаторными свойствами.

См. также

• Титрование
• Аналитическая химия
• pH-метр
• Стеклянный электрод

Литература

• Основы аналитической химии / под ред. Ю. А. Золотова. — 3-е , перераб. и доп. — М.: Высш. шк., 2004. — Т. 2. — 503 с. — (Классический университетский учебник).