Onder de verscheidenheid aan organische stoffen zijn er speciale verbindingen die worden gekenmerkt door kleurveranderingen in verschillende omgevingen. Vóór de komst van moderne elektronische pH-meters waren indicatoren onmisbare "hulpmiddelen" voor het bepalen van de zuur-base-indicatoren van de omgeving en worden ze nog steeds in de laboratoriumpraktijk gebruikt als hulpstoffen in de analytische chemie, en ook bij afwezigheid van de benodigde apparatuur.
Waar zijn indicatoren voor?
Aanvankelijk werd de eigenschap van deze verbindingen om van kleur te veranderen in verschillende media veel gebruikt om de zuur-base-eigenschappen van stoffen in oplossing visueel te bepalen, wat niet alleen hielp om de aard van het medium te bepalen, maar ook om te tekenen een conclusie over de resulterende reactieproducten. Indicatoroplossingen worden nog steeds gebruikt in de laboratoriumpraktijk om de concentratie van stoffen te bepalen door middel van titratie en stellen u in staat te leren hoe u geïmproviseerde methoden kunt gebruiken bij gebrek aanmoderne pH-meters.
Er zijn enkele tientallen van dergelijke stoffen, die elk gevoelig zijn voor een vrij smal gebied: meestal niet meer dan 3 punten op de schaal van informativiteit. Dankzij zo'n verscheidenheid aan chromoforen en hun lage activiteit onderling, zijn wetenschappers erin geslaagd universele indicatoren te creëren die veel worden gebruikt in laboratorium- en productieomstandigheden.
Meest gebruikte pH-indicatoren
Het is opmerkelijk dat deze verbindingen naast de identificatie-eigenschap een goed verfvermogen hebben, waardoor ze kunnen worden gebruikt voor het verven van stoffen in de textielindustrie. Van het grote aantal kleurindicatoren in de chemie, zijn de meest bekende en gebruikte methyloranje (methyloranje) en fenolftaleïne. De meeste andere chromoforen worden momenteel gemengd met elkaar gebruikt, of voor specifieke syntheses en reacties.
Methylsinaasappel
Veel kleurstoffen zijn genoemd naar hun primaire kleuren in een neutrale omgeving, wat ook geldt voor deze chromofoor. Methyloranje is een azokleurstof met een groepering - N=N - in zijn samenstelling, die verantwoordelijk is voor de overgang van de kleur van de indicator naar rood in een zure omgeving en naar geel in een alkalische omgeving. Azoverbindingen zelf zijn geen sterke basen, maar de aanwezigheid van elektronendonorgroepen (‒ OH, ‒ NH2, ‒ NH (CH3), ‒ N (CH 3)2 en andere) verhoogt de basiciteit van een van de stikstofatomen,die in staat wordt waterstofprotonen te binden volgens het donor-acceptorprincipe. Daarom kan bij het veranderen van de concentraties van H+-ionen in de oplossing een verandering in de kleur van de zuur-base-indicator worden waargenomen.
Meer over het maken van methylsinaasappel
Verkrijg methyloranje door reactie met diazotering van sulfanilzuur C6H4(SO3H)NH2 gevolgd door een combinatie met dimethylaniline C6H5N(CH3)2. Sulfanilzuur wordt opgelost in een natriumalkali-oplossing door toevoeging van natriumnitriet NaNO 2, en vervolgens afgekoeld met ijs om de synthese uit te voeren bij temperaturen zo dicht mogelijk bij 0°C en zoutzuur HCl wordt toegevoegd. Vervolgens wordt een afzonderlijke oplossing van dimethylaniline in HCl bereid, die bij afkoeling in de eerste oplossing wordt gegoten, waardoor een kleurstof wordt verkregen. Het wordt verder alkalisch gemaakt en uit de oplossing slaan donkeroranje kristallen neer, die na enkele uren worden afgefiltreerd en gedroogd in een waterbad.
Fenolftaleïne
Deze chromofoor dankt zijn naam aan de toevoeging van de namen van de twee reagentia die betrokken zijn bij de synthese. De kleur van de indicator v alt op door zijn kleurverandering in een alkalisch medium met de verwerving van een framboos (rood-violet, framboos-rood) tint, die kleurloos wordt wanneer de oplossing sterk alkalisch wordt. Fenolftaleïne kan verschillende vormen aannemen, afhankelijk van de pH van de omgeving, en in sterk zure omgevingen heeft het een oranje kleur.
Deze chromofoor wordt geproduceerd door condensatie van fenol en ftaalzuuranhydride in aanwezigheid van zinkchloride ZnCl2 of geconcentreerd zwavelzuur H2 SO 4. In de vaste toestand zijn fenolftaleïnemoleculen kleurloze kristallen.
Voorheen werd fenolftaleïne actief gebruikt bij het maken van laxeermiddelen, maar geleidelijk aan werd het gebruik ervan aanzienlijk verminderd vanwege de gevestigde cumulatieve eigenschappen.
lakmoes
Deze indicator was een van de eerste reagentia die op vaste media werd gebruikt. Lakmoes is een complex mengsel van natuurlijke verbindingen dat wordt verkregen uit bepaalde soorten korstmossen. Het wordt niet alleen als kleurstof gebruikt, maar ook als middel om de pH van het medium te bepalen. Dit is een van de eerste indicatoren die de mens in de chemische praktijk begon te gebruiken: het wordt gebruikt in de vorm van waterige oplossingen of stroken filterpapier die ermee zijn geïmpregneerd. Lakmoes in vaste toestand is een donker poeder met een lichte ammoniakgeur. Wanneer opgelost in zuiver water, wordt de kleur van de indicator paars, en wanneer aangezuurd, wordt het rood. In een alkalisch medium wordt lakmoes blauw, wat het mogelijk maakt om het te gebruiken als een universele indicator voor de algemene bepaling van de mediumindicator.
Het is niet mogelijk om nauwkeurig het mechanisme en de aard van de reactie vast te stellen die optreedt wanneer de pH verandert in de structuren van lakmoescomponenten, aangezien deze tot 15 verschillende verbindingen kan bevatten, waarvan sommigehet kunnen onafscheidelijke actieve ingrediënten zijn, wat hun individuele onderzoeken naar chemische en fysische eigenschappen bemoeilijkt.
Universeel indicatorpapier
Met de ontwikkeling van de wetenschap en de komst van indicatorpapieren is het opstellen van milieu-indicatoren veel eenvoudiger geworden, omdat het nu niet nodig was om kant-en-klare vloeibare reagentia te hebben voor veldonderzoek, dat wetenschappers en forensische wetenschappers nog steeds met succes gebruiken. Dus werden oplossingen vervangen door universele indicatorpapieren, die, vanwege hun brede werkingsspectrum, de noodzaak om andere zuur-base-indicatoren te gebruiken bijna volledig elimineerden.
De samenstelling van de geïmpregneerde strips kan van fabrikant tot fabrikant verschillen, dus een geschatte lijst van ingrediënten kan als volgt zijn:
- fenolphtaleïne (0-3, 0 en 8, 2-11);
- (di)methylgeel (2, 9–4, 0);
- methylsinaasappel (3, 1-4, 4);
- methylrood (4, 2–6, 2);
- broomthymolblauw (6, 0–7, 8);
- α‒naftolphtaleïne (7, 3–8, 7);
- thymolblauw (8, 0–9, 6);
- cresolphtalein (8, 2–9, 8).
De verpakking bevat noodzakelijkerwijs standaarden voor kleurenschaal waarmee u de pH van het medium kunt bepalen van 0 tot 12 (ongeveer 14) met een nauwkeurigheid van één geheel getal.
Deze verbindingen kunnen onder andere samen worden gebruikt in waterige en water-alcoholoplossingen, wat het gebruik van dergelijke mengsels erg handig maakt. Sommige van deze stoffen kunnen echter slecht oplosbaar zijn in water, dus het is noodzakelijkselecteer universeel organisch oplosmiddel.
Vanwege hun eigenschappen hebben zuur-base-indicatoren hun toepassing gevonden in veel wetenschapsgebieden, en hun diversiteit heeft het mogelijk gemaakt om universele mengsels te creëren die gevoelig zijn voor een breed scala aan pH-indicatoren.
