Blandt de mange forskellige organiske stoffer er der specielle forbindelser, der er kendetegnet ved farveændringer i forskellige miljøer. Før fremkomsten af moderne elektroniske pH-målere var indikatorer uundværlige "værktøjer" til at bestemme miljøets syre-base-indikatorer og fortsætter med at blive brugt i laboratoriepraksis som hjælpestoffer i analytisk kemi, og også i mangel af det nødvendige udstyr.
Hvad er indikatorer til?
Oprindeligt blev disse forbindelsers egenskaber til at ændre farve i forskellige medier i vid udstrækning brugt til visuelt at bestemme syre-base-egenskaberne af stoffer i opløsning, hvilket hjalp med at bestemme ikke kun mediets natur, men også til at tegne en konklusion om de resulterende reaktionsprodukter. Indikatorløsninger bliver fortsat brugt i laboratoriepraksis til at bestemme koncentrationen af stoffer ved titrering og give dig mulighed for at lære at bruge improviserede metoder i mangel afmoderne pH-målere.
Der er flere snesevis af sådanne stoffer, som hver især er følsomme over for et ret snævert område: norm alt overstiger det ikke 3 point på informativitetsskalaen. Takket være en sådan variation af kromoforer og deres lave aktivitet indbyrdes, lykkedes det forskerne at skabe universelle indikatorer, der er meget udbredt i laboratorie- og produktionsforhold.
Mest brugte pH-indikatorer
Det er bemærkelsesværdigt, at disse forbindelser udover identifikationsegenskaberne har en god farvningsevne, som gør det muligt at bruge dem til farvning af stoffer i tekstilindustrien. Af det store antal farveindikatorer i kemi er de mest berømte og brugte methylorange (methylorange) og phenolphtalein. De fleste andre kromoforer bruges i øjeblikket blandet med hinanden eller til specifikke synteser og reaktioner.
Methylorange
Mange farvestoffer er opkaldt efter deres primære farver i et neutr alt miljø, hvilket også gælder for denne kromofor. Methylorange er et azofarvestof med en gruppe - N=N - i sin sammensætning, som er ansvarlig for overgangen af indikatorens farve til rød i et surt miljø og til gult i et alkalisk. Azoforbindelser i sig selv er ikke stærke baser, men tilstedeværelsen af elektrondonorgrupper (‒ OH, ‒ NH2, ‒ NH (CH3), ‒ N (CH 3)2 og andre) øger basiciteten af et af nitrogenatomerne,som bliver i stand til at binde brintprotoner efter donor-acceptor-princippet. Når man ændrer koncentrationerne af H+ ioner i opløsningen, kan der derfor observeres en ændring i farven på syre-base-indikatoren.
Mere om fremstilling af methylorange
Få methylorange ved reaktion med diazotering af sulfanilsyre C6H4(SO3H)NH2 efterfulgt af en kombination med dimethylanilin C6H5N(CH3)2. Sulfanilsyre opløses i en natriumalkaliopløsning ved at tilsætte natriumnitrit NaNO 2, og derefter afkølet med is for at udføre syntesen ved temperaturer så tæt som muligt på 0°C, og s altsyre HCl tilsættes. Dernæst fremstilles en separat opløsning af dimethylanilin i HCl, som hældes i den første opløsning, når den er afkølet, hvilket giver et farvestof. Det alkaliseres yderligere, og der udfældes mørkeorange krystaller fra opløsningen, som efter flere timer filtreres fra og tørres i vandbad.
phenolphtalein
Denne kromofor har fået sit navn fra tilføjelsen af navnene på de to reagenser, der er involveret i dens syntese. Farven på indikatoren er bemærkelsesværdig for dens farveændring i et alkalisk medium med erhvervelsen af en hindbær (rød-violet, hindbær-rød) nuance, som bliver farveløs, når opløsningen er stærkt alkaliseret. Phenolphtalein kan antage flere former afhængigt af miljøets pH, og i stærkt sure miljøer har det en orange farve.
Denne kromofor dannes ved kondensation af phenol og phthalsyreanhydrid i nærværelse af zinkchlorid ZnCl2 eller koncentreret svovlsyre H2 SO 4. I fast tilstand er phenolphtalein-molekyler farveløse krystaller.
Tidligere blev phenolphtalein aktivt brugt til fremstilling af afføringsmidler, men efterhånden blev brugen væsentligt reduceret på grund af de etablerede kumulative egenskaber.
Litmus
Denne indikator var en af de første reagenser, der blev brugt på faste medier. Lakmus er en kompleks blanding af naturlige forbindelser, der opnås fra visse typer lav. Det bruges ikke kun som et farvestof, men også som et middel til at bestemme mediets pH. Dette er en af de første indikatorer, der begyndte at blive brugt af mennesker i kemisk praksis: det bruges i form af vandige opløsninger eller strimler af filterpapir imprægneret med det. Lakmus i fast tilstand er et mørkt pulver med en let ammoniaklugt. Når den opløses i rent vand, bliver farven på indikatoren lilla, og når den forsures, bliver den rød. I et alkalisk medium bliver lakmus blå, hvilket gør det muligt at bruge det som en universel indikator til den generelle bestemmelse af medium-indikatoren.
Det er ikke muligt nøjagtigt at fastslå mekanismen og arten af den reaktion, der opstår, når pH-værdien ændres i strukturerne af lakmuskomponenter, da den kan omfatte op til 15 forskellige forbindelser, hvoraf noglede kan være uadskillelige aktive ingredienser, hvilket komplicerer deres individuelle undersøgelser af kemiske og fysiske egenskaber.
Universelt indikatorpapir
Med udviklingen af videnskab og fremkomsten af indikatorpapirer er etableringen af miljøindikatorer blevet meget enklere, da det nu ikke var nødvendigt at have færdige flydende reagenser til nogen feltforskning, som videnskabsmænd og retsmedicinere stadig med succes. Så løsningerne blev erstattet af universelle indikatorpapirer, som på grund af deres brede virkningsspektrum næsten fuldstændig eliminerede behovet for at bruge andre syre-base-indikatorer.
Sammensætningen af de imprægnerede strimler kan variere fra producent til producent, så en omtrentlig liste over ingredienser kan være som følger:
- phenolphtalein (0-3, 0 og 8, 2-11);
- (di)methylgul (2, 9–4, 0);
- methylorange (3, 1–4, 4);
- methylrød (4, 2–6, 2);
- bromthymolblå (6, 0–7, 8);
- α‒naphtholphtalein (7, 3–8, 7);
- thymolblå (8, 0–9, 6);
- cresolphtalein (8, 2–9, 8).
Emballagen indeholder nødvendigvis farveskalastandarder, der giver dig mulighed for at bestemme mediets pH fra 0 til 12 (ca. 14) med en nøjagtighed på ét heltal.
Disse forbindelser kan blandt andet bruges sammen i vandige og vand-alkoholopløsninger, hvilket gør brugen af sådanne blandinger meget bekvem. Nogle af disse stoffer kan dog være dårligt opløselige i vand, så det er nødvendigtvælg universelt organisk opløsningsmiddel.
På grund af deres egenskaber har syre-base-indikatorer fundet deres anvendelse inden for mange videnskabsområder, og deres mangfoldighed har gjort det muligt at skabe universelle blandinger, der er følsomme over for en lang række pH-indikatorer.
