bg‑cyan

Czym są wskaźniki pH?

Do określenia pH najczęściej używane są indykatoryindykatorindykatory (wskaźniki) pH. Głównie to słabe kwasy lub słabe zasady organiczne, które w wyniku zmiany stężeń jonów H3O+OH zmieniają swoją formę, co w konsekwencji skutkuje zmianą zabarwienia roztworu. Przykładowo, w przypadku wskaźnika pH, będącego słabym kwasem organicznym, może ustalać się następująca równowaga:

HInd+H2OH3O++Ind

Gdzie:

  • HInd – wskaźnik w postaci kwasu;

  • Ind – sprzężona z nim zasada.

Forma HInd nadaje inną barwę roztworowi niż forma Ind. Stąd, w wyniku zajścia przedstawionej reakcji, zmienia się barwa roztworu.

bg‑cyan

Jakie są najpopularniejsze wskaźniki?

Wskaźnik uniwersalny jest to mieszanina różnych wskaźników, która zmienia barwę w skali pH od 0 do 14. Nasączone wskaźnikiem uniwersalnym papierki nazywane są uniwersalnymi papierkami wskaźnikowymi.

R19zOVgrqfshO
Ilustracja przedstawia barwy uniwersalnego papierka wskaźnikowego w zależności od pH badanego roztworu.
Źródło: GroMar Sp. z o.o., licencja: CC BY-SA 3.0.

Fenoloftaleina jest to wskaźnik dla roztworów o odczynie zasadowym. Przyjmuje intensywne zabarwienie koloru malinowego w roztworach zasadowych w pH od 8,2 do 12,0. Powyżej tego pH jej malinowe zabarwienie stopniowo zanika. W środowisku kwasowym lub obojętnym jest bezbarwna. W przypadku bardzo niskiego pH (poniżej 0) przyjmuje pomarańczowe zabarwienie.

RkqQTwrr3A0I2
Zakres zmiany barwy fenoloftaleiny
Źródło: GroMar Sp. z o.o., licencja: CC BY-SA 3.0.

Oranż metylowy jest to wskaźnik dla roztworów o odczynie mocno kwasowym.

R44XVpWMMPk9a
Zakres zmiany barwy oranżu metylowego
Źródło: GroMar Sp. z o.o., licencja: CC BY-SA 3.0.
bg‑cyan

Naturalne wskaźniki pH

Wskaźnikami pochodzenia naturalnego są np.: sok z czerwonej kapusty, wywar z buraka, borówki, napar z czarnej herbaty czy kwiat kalafioru fioletowego. Nie są one jednak powszechnie używane, ze względu na swoją krótką trwałość.

Ciekawostka

Za zmianę barwy wywaru z czerwonej kapusty odpowiadają antocyjany. Są to związki organiczne o złożonej budowie.

RuXdXuB1M6WU5
Kation flawyliowy – struktura antocyjanidyn. Na wzorze zaznaczono położenia podstawników, które znajdują się w barwnikach (antocyjanidynach) naturalnych. (Rx = H, OH, OCH3)
Źródło: dostępny w internecie: pl.wikipedia.org, domena publiczna.

W trakcie zmiany pH, w antocyjanach zachodzą złożone reakcje chemiczne. Ze względu na złożoną budowę cząsteczek antocyjanów, wywar z czerwonej kapusty jest wskaźnikiem działającym w szerokim zakresie pH. Jednakże powyżej pewnej wartości zachodzi reakcja, która dezaktywuje wskaźnik i nie pozwala na jego dalsze działanie.

Ry0sN5wrSDsnV1
Zmiany zabarwienia antocyjanidyn w zależności od pH roztworu (grupy R = H, H; OH, H lub OH, OH).
Źródło: GroMar Sp. z o.o., licencja: CC BY-SA 3.0.
bg‑cyan

Inne metody oznaczania pH

Powyższe wskaźniki nie są dostatecznie precyzyjne, aby określić pH z dużą dokładnością. W celu określenia pH z dużą dokładnością, używa się pH‑metru lub metod analitycznych. Urządzenie, jakim jest pH‑metrpH‑metrpH‑metr, pozwala na precyzyjne określenie pH roztworu. Składa się on z elektrody oraz miernika. W rzeczywistości jest to pomiar siły elektromotorycznej (SEM)siła elektromotoryczna (SEM)siły elektromotorycznej (SEM), na podstawie której określany jest potencjał elektrochemiczny. Metody elektrochemiczne należą do jednych z najbardziej precyzyjnych metod pomiarowych. W trakcie pomiaru układ musi być termostatowanytermostatowanietermostatowany. Oznacza to, że temperatura podczas pomiaru jest stała. Miernik sam przelicza SEM na pH na podstawie wzoru:

E=E0-2,303RTFpH

Gdzie:

  • E – zmierzona SEM ogniwa;

  • E0 – potencjał elektrody wzorcowej;

  • R – stała gazowa;

  • T – temperatura K;

  • F – stała Faradaya.

1
Polecenie 1

W laboratorium chemicznym wykonywano analizę ilościowąanaliza ilościowaanalizę ilościową pewnej substancji. W tym celu przygotowano zestaw do analizy, składający się z: biurety, pipety jednomiarowej, naciągarki oraz kilku kolb Erlenmeyera. Po zakończeniu oznaczania na stole laboratoryjnym pozostały trzy nieopisane kolby z bezbarwnymi roztworami, a po wskaźniku uniwersalnym pusta butelka. Do dyspozycji uczniowie mieli: pH‑metr, alkoholowy roztwór fenoloftaleiny oraz wodny roztwór oranżu metylowego, statyw oraz probówki.

Z każdej kolby pobrano po 2 cm3 znajdującego się w nich roztworu, a każdy z pobranych roztworów umieszczono w osobnych probówkach. Do każdej z nich dodano po kilka kropel alkoholowego roztworu fenoloftaleiny oraz zapisano obserwacje. Powtórzono procedurę dla wodnego roztworu oranżu metylowego. Następnie zawartość każdej kolby została zbadana przy pomocy pH‑metru. Wyniki eksperymentu zanotowano.

Wiedząc, że w czasie analizy wykonywane było miareczkowanie alkacymetrycznemiareczkowanie alkacymetrycznemiareczkowanie alkacymetryczne, postaraj się określić zawartość poszczególnych kolb.

Kolba

Fenoloftaleina

Oranż metylowy

pH‑metr

1

brak zmian

brak zmian

7

2

kolor zmienia się na
malinowy

brak zmian

9,7

3

brak zmian

kolor zmienia się na
czerwony

3,1

R1PkLXQezrgv6
Wnioski Probówka 1 (Uzupełnij) Probówka 2 (Uzupełnij) {duzepole@Probówka 3.

Słownik

indykator
indykator

chem. substancja, która w określonych warunkach wykazuje wyraźną zmianę właściwości, najczęściej zmianę lub pojawienie się zabarwienia, fluorescencji, chemoluminescencji i in., co pozwala na stwierdzenie odczynu badanego roztworu albo obecności określonego jonu lub cząsteczki

pH‑metr
pH‑metr

przyrząd służący do wyznaczania wartości pH

termostatowanie
termostatowanie

utrzymywanie układu w stałej temperaturze

siła elektromotoryczna (SEM)
siła elektromotoryczna (SEM)

pojawia się w procesie zamiany innego rodzaju energii w energię elektryczną (np. energii chemicznej w ogniwach galwanicznych)

miareczkowanie
miareczkowanie

sposób postępowania w analizie miareczkowej, polegający na dodawaniu (małymi porcjami) mianowanego roztworu do roztworu substancji oznaczanej

miareczkowanie alkacymetryczne
miareczkowanie alkacymetryczne

podczas tego typu miareczkowania mianowane roztwory kwasu lub zasady wprowadza się do analizowanej próbki w takiej ilości, aby osiągnąć moment, w którym liczba moli dodanego odczynnika jest stechiometrycznie równoważna liczbie moli oznaczanego składnika w roztworze miareczkowanym

analiza ilościowa
analiza ilościowa

dział analizy chemicznej, obejmujący metody określania składu ilościowego substancji

Bibliografia

Encyklopedia PWN

Bayer E., Komplexbildung und Blütenfarben, Angew. Chem. 1966, t.  78, s. 18‑19, 834‑841.

Minczewski J., Marczenko Z., Chemia analityczna. T.2. Chemiczne metody analizy ilościowej, Warszawa 2011, wyd. 10.