Przeczytaj

bg‑azure

Jak działają wskaźniki kwasowo‑zasadowe?

Dodając cytrynę do esencji herbacianej, sprawisz, że zblednie lub zmieni swoją barwę na żółtą. Z kolei inny będzie mieć kolor, jeśli dodasz ją do soku z buraka lub naparu z hibiskusa. Jeszcze inny, jeśli użyjesz sody oczyszczonej. W chemii odczyn roztworu określa się za pomocą wskaźników kwasowo‑zasadowych, zwanych także indykatoramiindykatorami. Są to substancje, które pod wpływem przemian odczynu środowiska zmieniają swoją barwę. Ale czy potrafisz powiedzieć, dlaczego tak się dzieje?

bg‑azure

Wskaźniki kwasowo‑zasadowe to związki organiczne, zazwyczaj słabe kwasy lub zasady

Wskaźnik	Barwa w środowisku
Wskaźnik	Kwasowym	Obojętnym	Zasadowym
oranż metylowy	czerwona	żółta	żółta
lakmus (mieszanina substancji)	czerwona	fioletowa	niebieska
fenoloftaleina	bezbarwna	bezbarwna	malinowa
wskaźnik uniwersalny (mieszanina substancji)	czerwona (silnie kwaśne), pomarańczowa (słabo kwaśne)	żółta	niebieska (silnie zasadowe) zielona (słabo zasadowe)
herbata	żółta	czerwona‑brunatna	brązowa
sok z czerwonej kapusty	fioletowa	niebieska	zielona

Indeks górny Źródło: Wskaźniki kwasowo‑zasadowe, Edupedia.pl, dostęp online. Indeks górny koniec

Modelowy sposób działania indykatora na przykładzie wskaźnika, który jest słabym kwasem. Jego sprzężona zasada posiada w roztworze inną barwę. Zmiana barwy wskaźnika kwasowo‑zasadowego wynika z równowagi między jego dwiema różnie zabarwionymi postaciami oraz z uwagi na stężenia jonów $H_{3} O^{+}$ .

HWskz + H_{2} O ⇄ H_{3} O^{+} + {Wskz}^{‒}

HWskz – barwa A (postać niezdysocjowana);

WskzIndeks górny ‒ – barwa B (postać zdysocjowana).

$HWskz$	$[HWskz] = [{Wskz}^{-}]$	${Wskz}^{-}$
postać niezdysocjowana		postać zdysocjowana
w roztworze o odczynie kwasowym jest znaczne stężenie jonów $H_{3} O^{+}$ , równowaga przesunięta jest w lewo	obie barwy w równym stopniu znajdują się w roztworze	w roztworze o odczynie zasadowym jest małe stężenie jonów $H_{3} O^{+}$ , równowaga przesunięta jest w prawo.
barwa A	barwa pośrednia ulega rozmyciu	barwa B

Indeks górny Źródło: M. Czaja, B. Karawajczyk, J. Ortyl, A. Smaga, Chemia 1. Podręcznik dla szkół ponadgimnazjalnych, Operon, Gdynia 2013. Indeks górny koniec

Modelowy sposób działania indykatora, na przykładzie wskaźnika będącego słabą zasadą.

WskzOH + H_{2} O ⇄ {OH}^{‒} + {Wskz}^{+}

WskzOH - barwa A

WskzIndeks górny + - barwa B

R1IEh8de5OzD51

Tabela graficznie przedstawia zmiany barwy wybranych wskaźników w roztworach. Tabela składa się z trzech kolumn. Pierwsza z nich to "barwa pierwsza", druga to barwa pośrednia ulegająca rozmyciu, trzecia z nich to barwa druga. Sekwencje kolorów wskaźników podane są od barwy pierwszej przez pośrednią do drugiej. Zestaw 1: barwa czerwona, barwa pomarańczowa - wskaźnik oranż metylowy, barwa żółta., Zestaw 2: barwa biała, barwa biała - wskaźnik fenoloftaleina, barwa różowa., Zestaw 3: barwa żółta, barwa zielona - wskaźnik błękit bromometylowy, barwa niebieska., Zestaw 4: barwa czerwona, barwa fioletowa - wskaźnik lakmus, barwa niebieska. — Barwy wybranych wskaźników
Źródło: GroMar sp.z.o.o., licencja: CC BY-SA 3.0.

Ciekawostka

Jednym ze wskaźników stosowanych w alkacymetrii, czyli metodzie wykorzystującej reakcje kwasów z zasadami, jest czerwień kongo, czyli związek organiczny ( $C_{32} H_{22} N_{6} {Na}_{2} O_{6} S_{2}$ ) o nazwie: sól disodowa kwasu 4‑amino‑3-[4-[4-(1‑amino‑4-sulfonatonaftalen‑2-ylo)diazeny‑lofenylo]fenylo]diazenylonaftaleno‑1-sulfonowego.

Związek ten tworzy krystaliczny proszek o barwie czerwono‑brązowej. Został otrzymany w 1883 r. przez Paula Bottigera, pracującego dla firmy Bayer. Po opatentowaniu nie cieszył się zainteresowaniem, więc został sprzedany firmie AGFA, która wprowadziła go na rynek pod nazwą Czerwień Kongo. A wszystko za sprawą Konferencji Berlińskiej, poświęconej uregulowaniu kolonializmu w Afryce. Dawniej czerwień kongo stosowana była do barwienia bawełny oraz jako wskaźnik kwasowo‑zasadowy. Obecnie znajduje zastosowanie w mikrobiologii jako barwnik bakterii.

R5gHVZxZThx7A

Zdjęcie przedstawia różne formy wskaźnika czerwień kongo. Forma substancji - czerwona, sproszkowana. Przykładowe papierki kongo mają kolor czerwony. Zabarwienie papierków kongo: 1. dla kwasów zmieniają barwę na bardziej intensywną czerwień., 2. dla kropli wody nie zmieniają barwy., 3. dla kropli zasady zmieniają barwę na czarną. Wzór strukturalny czerwieni kongo składa się z sześciu sześcioczłonowych pierścieni z trzema wiązaniami podwójnymi, z czterech atomów azotu połączonych w parze, dwóch atomów siarki, z których każdy łączy się z trzema atomami tlenu, a jeden z atomów tlenu łączy się z kationem sodu. We wzorze są także dwie grupy aminowe. Wzór sumaryczny: C 32 H 22 N 6 N a 2 O 6 S 2 . — Czerwień Kongo
Źródło: GroMar sp.z.o.o., licencja: CC BY-SA 3.0.

bg‑azure

Fenoloftaleina

Fenoloftaleina jest jednym z najczęściej stosowanych wskaźników pH. Powszechnie wiadomo, że w środowisku zasadowym zmienia barwę z bezbarwnej na malinową. Jednak fenoloftaleina posiada bogatszą paletę barw.

Rla49nUn9X2QL1

Grafika przedstawia różne stopnie zabarwienia fenoloftaleiny w zlewce w zależności od pH. Dla pH mniejszego od 0 barwa wskaźnika jest pomarańczowa. Pod zlewką zapisano: karbokation, wzór H 3 W s k z + . Dla pH od 0 do 8,2 barwa wskaźnika jest bezbarwna. Pod zlewką zapisano: forma niezdysocjowana, wzór H 2 W s k z . Dla pH od 8,2 do 12 barwa wskaźnika jest różowa. Pod zlewką zapisano: forma zdysocjowana, wzór W s k z 2 − . Dla pH większego od 12 barwa wskaźnika jest bezbarwna. Pod zlewką zapisano: forma całkowicie zdysocjowana, wzór W s k z 3 − . Dodatkowo podano wzory półstrukturalne fenoloftaleiny. Każdy z nich zbudowany jest między innymi z trzech sześcioczłonowych pierścieni z trzema wiązaniami podwójnymi. Wzór karbokationu zawiera między innymi grupę COOh i dwie grupy OH. Wzór formy niezdysocjowanej ma dwie grupy OH i grupę COO. Wzór formy zdysocjowanej zawiera między innymi anion cząsteczki dwutlenku węgla. Wzór formy całkowicie zdysocjowanej ma dwa aniony tlenu, anion COO, grupę OH. — Paleta barw fenoloftaleiny: w pH < 0 ma kolor pomarańczowy, a w pH 0 – 8,2 i pH > 12,0 jest bezbarwna. Charakterystyczna, malinowa barwa fenoloftaleiny oscyluje w pH zasadowym od 8,2 do 12,0.
Źródło: GroMar sp.z.o.o., licencja: CC BY-SA 3.0.

Niektóre rośliny (w większości kwiaty i warzywa) zawierają naturalne barwniki, które mają właściwości wskaźników pH. Są to najczęściej antocyjany (pochodne flawonu).

R86w9INloMFiY1

Ilustracja przedstawia równanie. Są trzy wzory strukturalne w różnych kolorach. To cząsteczka soku z czerwonej kapusty. Pierwszy wzór jest jasnoczerwony, drugi jasnofioletowy, ostatni niebieski. Cząsteczka składa się z trzech pierścieni aromatycznych. Kolejne wzory różnią się nieznacznie usytuowaniem grup funkcyjnych lub ilością wiązań podwójnych w pierścieniach. — Substancje, które zmieniają kolor, to antocyjany. W roztworze kwaśnym sok z czerwonej kapusty barwi się jasnoczerwono, w obojętnym jest jasnofioletowy, a w zasadowym – niebieskozielony.
Źródło: GroMar Sp. z o.o., licencja: CC BY-SA 3.0.

Do najbardziej znanych wskaźników naturalnych należy wywar (sok) z czerwonej kapusty, ze względu na szeroki zakres zmiany barwy.

Polecenie 1

Zaprojektuj doświadczenie, które pozwoli zbadać zachowanie się wskaźnika kwasowo‑zasadowego w roztworach kwasowych, zasadowych i obojętnych.

R17oZx1G9rlfA

Doświadczenie: Badanie zachowania się wskaźnika (soku z czerwonej kapusty) w roztworach kwasowych, zasadowych i obojętnych.

Odczynniki:

roztwór dowolnego kwasu;

roztwór dowolnego wodorotlenku;

woda;

wskaźnik kwasowo-zasadowy.

Sprzęt:

trzy zlewki lub probówki.

Wykonanie:
Do zlewek/probówek wlewamy przygotowane roztwory i dodajemy wskaźnik.

Obserwacje:

Wnioski:

R10fqrEGSMU5Y1

Grafika przedstawia zmianę barwy wskaźnika, wywaru z czerwonej kapusty w zależności od badanego pH. Na osi oznaczono wartości pH od 0 do 14. I tak wskaźnik od pH wynoszącego 0 zmienia kolejno barwę od: jasnoróżowego, przez intensywnie różowy, fioletowy, intensywnie fioletowy przy pH wynoszącym 7, dalej granatowy, niebieski, zielony i żółty dla pH wynoszącego 14. — Zmiana barwy wskaźnika wywaru z czerwonej kapusty w zależności od badanego pH
Źródło: GroMar sp.z.o.o., licencja: CC BY-SA 3.0.

Słownik

wskaźniki kwasowo‑zasadowe (indykatory)

słabe kwasy lub zasady organiczne, których jony są zabarwione inaczej niż cząsteczki niezdysocjowane; zmieniają barwę w określonym zakresie $pH$ roztworu; popularne wskaźniki kwasowo‑zasadowe to: fenoloftaleina, oranż metylowy, czerwień metylowa, lakmus; każdy wskaźnik ma charakterystyczną wartość $pH$ , przy której następuje zmiana jego zabarwienia

wskaźniki uniwersalne

dobranie mieszaniny różnych wskaźników $pH$ w taki sposób, że ich barwa zmienia się, przechodząc kolejno przez różne zabarwienia w szerokim zakresie $pH$

Wskaźnik	Barwa w środowisku
Wskaźnik	Kwasowym	Obojętnym	Zasadowym
oranż metylowy	czerwona	żółta	żółta
lakmus (mieszanina substancji)	czerwona	fioletowa	niebieska
fenoloftaleina	bezbarwna	bezbarwna	malinowa
wskaźnik uniwersalny (mieszanina substancji)	czerwona (silnie kwaśne), pomarańczowa (słabo kwaśne)	żółta	niebieska (silnie zasadowe) zielona (słabo zasadowe)
herbata	żółta	czerwona‑brunatna	brązowa
sok z czerwonej kapusty	fioletowa	niebieska	zielona

Indeks górny Źródło: Wskaźniki kwasowo‑zasadowe, Edupedia.pl, dostęp online. Indeks górny koniec

Bibliografia

Atkins P., Jones L., Chemia ogólna, Warszawa 2004.

Bielański A., Podstawy chemii nieorganicznej, t. 1‑2, Warszawa 2010.

Czaja M., Karawajczyk B., Ortyl J., Smaga A., Chemia 1. Podręcznik dla szkół ponadgimnazjalnych, Gdynia 2013.

Czerwiński A., Czerwińska A., Jeziorna M., Kańska M., Chemia 1. Podręcznik dla liceum ogólnokształcącego, liceum profilowanego, technikum, Warszawa 2004.

Encyklopedia PWN

Hassa R., Mrzigod A., Mrzigod J., Sułkowski W., Chemia 1. Podręcznik i zbiór zadań w jednym, Warszawa 2003.

Jurowski K., Jurowska A., Różne oblicza papierków wskaźnikowych – archaizm czy niedoceniane możliwości?, „Edukacja biologiczna i środowiskowa” 2016, nr 2.

Krygowski T. M., Chemia. Słownik szkolny, Warszawa 2004.

Litwin M., Styka‑Wlazło SZ., Szymońska J., To jest chemia 1, Warszawa 2013.

Zabiegała B., Gdaniec‑Pietryka M., Namieśnik J., Zrozumieć chemię, Gdańsk 2007.

Wprowadzenie

Film samouczek

Jak działają wskaźniki kwasowo‑zasadowe?

Wskaźniki kwasowo‑zasadowe to związki organiczne, zazwyczaj słabe kwasy lub zasady

Fenoloftaleina

Słownik

Bibliografia