PH-indikaattori tai happo-emäsindikaattori on liuokseen pieni määrä kemikaalia, joka aiheuttaa värinmuutoksen pH:n mukaan. Tässä lataus yleisimmistä indikaattoreista, selitys niiden toiminnasta ja vinkkejä oikean indikaattorin valintaan.
How to Use a pH Indicator
Indikaattori ei vaihda väriä tarkan pH:n tai vetyionikonsentraation kohdalla. Sen sijaan värinmuutos tapahtuu vetyionikonsentraatioalueella. Titraa heikko happo käyttämällä indikaattoria, joka muuttuu hieman emäksisissä olosuhteissa. Titraa heikko emäs käyttäen indikaattoria, jonka väri muuttuu hieman happamassa pH:ssa. Kun titrataan vahvoja happoja tai emäksiä, pyritään pH-indikaattoriin, jonka värimuutos näkyy lähellä neutraalia pH:ta.
Kaavio yleisistä pH-indikaattoreista
Tässä on kaavio yleisistä pH-indikaattoreista, niiden pH-alueesta, liuoksista ja värimuutoksista. Joillakin indikaattoreilla on useita värimuutoksia, joten ne esiintyvät luettelossa useammin kuin kerran. Eri viitteissä luetellaan hieman erilaisia pH-arvoja ja värejä. Tämä johtuu siitä, että pH-aluetta ei ole tarkkaan määritelty (odota tarkkuutta yhden pH-arvon sisällä) ja väri on harkinnanvarainen.
| Indikaattori | pH-alue | Määrä 10 ml:ssa | Happo | Emäs | ||
| Thymolin sininen | 1.2-2.8 | 1-2 tippaa 0.1 % liuosta aq. | punainen | keltainen | ||
| Pentametoksipunainen | 1.2-2.3 | 1 tippa 0.1 % liuosta 70 % alk. | punavioletti | väritön | ||
| Tropeoliini OO | 1.3-3.2 | 1 tippa 1 % aq. liuosta | punainen | keltainen | ||
| 2,4-Dinitrofenoli | 2.4-4.0 | 1-2 tippaa 0,1 % liuosta 50 % alkoholiin | väritön | keltainen | ||
| Metyylikeltainen | 2.9-4.0 | 1 tippa 0,1 % liuosta 90 % alkoholiin | punainen | keltainen | ||
| metyylioranssi | 3,1-4,4 | 1 tippa 0,1 % vesiliuosta | 3,1-4,4 | 1 tippa 0,1 % vesiliuosta | punainen | oranssi |
| Bromifenolisininen | 3.0-4.6 | 1 tippa 0.1 % aq. soln. | keltainen | sini-violetti | ||
| Tetrabromofenolisininen | 3.0-4.6 | 1 tippa 0.1 % vesiliuosta | keltainen | sininen | ||
| Alizariininatriumsulfonaatti | 3.7-5.2 | 1 tippa 0.1 % aq. soln. | keltainen | violetti | ||
| α-naftyylipunainen | 3.7-5.0 | 1 tippa 0.1 % liuotin 70 % alkoholiin | punainen | keltainen | ||
| p-Etoksikrysoidiini | 3.5-5.5 | 1 tippa 0.1 % vesiliuosta. | punainen | keltainen | ||
| Bromokresolivihreä | 4.0-5.6 | 1 tippa 0.1 % aq. soln. | keltainen | sininen | ||
| metyylipunainen | 4.4-6.2 | 1 pisara 0.1 % aq. liuos | punainen | keltainen | ||
| Bromokresoli violetti | 5.2-6.8 | 1 tippa 0.1 % aq. soln. | keltainen | violetti | ||
| Kloorifenolipunainen | 5.4-6.8 | 1 tippa 0.1 % vesiliuos | keltainen | punainen | ||
| bromifenolisininen | 6.2-7.6 | 1 tippa 0.1 % vesiliuosta. | keltainen | sininen | ||
| p-Nitrofenoli | 5.0-7.0 | 1-5 pisaraa 0.1 % aq. soln. | väritön | keltainen | ||
| Azolitmin | 5.0-8.0 | 5 tippaa 0.5 % aq. liuos | punainen | sininen | ||
| Fenolipunainen | 6.4-8.0 | 1 tippa 0.1 % aq. soln. | keltainen | punainen | ||
| neutraali punainen | 6.8-8.0 | 1 tippa 0.1 % liuos 70 % alkoholipitoisuudessa | punainen | keltainen | ||
| Rosolihappo | 6.8-8.0 | 1 tippa 0.1 % liuosta 90 % alkoholipitoisuudessa. | keltainen | punainen | ||
| Kresolipunainen | 7.2-8.8 | 1 pisara 0.1 % aq. liuos | keltainen | punainen | ||
| α-naftoliftaleiini | 7.3-8.7 | 1-5 tippaa 0,1 % liuosta 70 %:n alkoholipitoisuudessa | ruusunvärinen | vihreä | ||
| Tropeoliini OOO | 7.6-8.9 | 1 tippa 0,1 % aq. soln. | keltainen | ruusunpunainen | ||
| tymolinsininen | 8.0-9.6 | 1-5 tippaa 0.1 % aq. liuos | keltainen | sininen | ||
| fenolftaleiini | 8.0-10.0 | 1-5 tippaa 0.1 % liuosta 70 %:n alc. | väritön | punainen | ||
| α-Naftolibentseeni | 9.0-11.0 | 1-5 pisaraa 0.1 %:n liuosta 90 %:n alc. | keltainen | sininen | ||
| Thymolftaleiini | 9.4-10.6 | 1 pisara 0.1 % liuotin 90 % alkoholipitoisuudessa | väritön | sininen | ||
| Niilin sininen | 10.1-11.1 | 1 tippa 0.1 % aq. soln. | sininen | punainen | ||
| Alizarin yellow | 10.0-12.0 | 1 tippa 0.1 % aq. liuos | keltainen | lila | ||
| Salisylikeltainen | 10.0-12.0 | 1-5 pisaraa 0.1 % liuosta 90 %:n alc. | keltainen | oranssinruskea | ||
| diatsovioletti | 10.1-12.0 | 1 tippa 0.1 % aq. soln. | keltainen | violetti | ||
| Tropeoliini O | 11.0-13.0 | 1 pisara 0.1 % aq. liuos | keltainen | oranssinruskea | ||
| Nitramiini | 11.0-13.0 | 1-2 tippaa 0,1 % liuosta 70 % alkoholipitoisuudessa | väritön | oranssi-ruskea | ||
| Poirrierin sininen | 11.0-13.0 | 1 tippa 0.1 % vesiliuosta | sininen | violetti-pinkki | ||
| Trinitrobensohappo | 12.0-13.4 | 1 tippa 0,1 % vesiliuosta | väritön | oranssinpunainen |
Tässä luettelossa olevien pH-indikaattoreiden lisäksi on monia luontaisia happo-emäs-indikaattoreita, joita voit valmistaa käyttämällä hedelmiä, vihanneksia, kukkia, mehuja ja mausteita. Punainen tai violetti kaalimehu on näistä tunnetuin.
Universaali-indikaattori
Universaali-indikaattori on useiden eri pH-indikaattoreiden seos, joka näyttää tasaisia värimuutoksia pH-arvojen alueella. Yleisindikaattorikaavoja on useita, joten pH-alueet ja värit riippuvat kaavasta. Yleisimmät ovat muunnelmia Yamadan vuonna 1933 julkaistusta kaavasta. Tyypillinen resepti sisältää 1-propanolia, natriumsuolaa, natriumhydroksidia, mononatriumsuolaa, fenolftaleiinia, metyylipunaa, bromitymolisinistä ja tymolisinistä. Tässä seoksessa näkyvät värit punainen, oranssinkeltainen, vihreä, sininen ja indigo-violetti:
| pH-alue | Väri | Värit | Merkit |
| < 3 | Punainen | Kovasti hapan | |
| 3-6 | oranssista keltaiseen | heikosti hapan | |
| 7 | vihreä | neutraali | |
| 8 – 11 | sininen | heikosti emäksinen (emäksinen) | |
| > 11 | indigosta violettiin | Vahvasti emäksinen (emäksinen) |
Miten pH-indikaattorit toimivat
Useimmat pH-indikaattorit ovat heikkoja happoja tai heikkoja emäksiä. Ne dissosioituvat yleisen kemiallisen reaktion mukaisesti:
HInd + H2O ⇌ H3O+ + Ind-
Tässä HInd on indikaattorin happomuoto ja Ind- sen konjugoitu emäs. HInd:n ja Ind-:n välinen suhde määrää liuoksen värin ja ilmoittaa epäsuorasti liuoksen pH:n Henderson-Hasselbalch-yhtälön mukaisesti:
pH = pKa + log10 /
Muista, että pH-indikaattorin värinmuutos ei ole hetkellinen. Sen sijaan on olemassa pH-alue, jossa happo- ja konjugaattiemäsvärien sekoitus näkyy. Indikaattori antaa kohtuullisen tarkan pH-arvon plus tai miinus yhden pH- tai pKa-arvon sisällä.
Miten valita pH-indikaattori
Tärkein vaihe oikean pH-indikaattorin valinnassa on valita sellainen indikaattori, jonka värinmuutos on tutkittavan kemiallisen reaktion pH-alueella. Titrausta varten kannattaa mieluiten valita pH-indikaattori, jonka väri muuttuu juuri ekvivalenssipisteessä. Käytännössä on lähes mahdotonta löytää indikaattoria, joka vaihtaa väriä täsmälleen samassa pH-arvossa, joten joudut valitsemaan indikaattorin, joka vaihtaa väriä hieman korkeammassa tai matalammassa pH-arvossa. Tällöin titrataan, kunnes väri muuttuu lähimpänä ekvivalenssipistettä.
Titaan esimerkiksi vahva happo vahvaan emäkseen. Tämän reaktion ekvivalenssipiste on pH-arvo 7. Jos käytät fenolftaleiinia, odotat vaaleanpunaisen/punaisen värin häviävän pH-arvon 8,0 alapuolella. Titrataan, kunnes liuos muuttuu värittömäksi, koska se on niin lähellä ekvivalenssipistettä kuin mahdollista. Jos käytät metyylioranssia, odotat värin muuttuvan keltaisesta oranssiksi jossain pH-arvon 6 alapuolella ja oranssista punaiseksi pH-arvon 4 tienoilla. Vahvan hapon ja vahvan emäksen välisessä reaktiossa titrataan, kunnes keltainen alkaa muuttua oranssiksi. Jos odotat, kunnes väri muuttuu punaiseksi, olet kaukana ekvivalenssipisteen ohi.
Jos voit valita sellaisten indikaattorien välillä, jotka muuttavat väriä halutussa pH:ssa, valitse se, jonka värinmuutos on voimakkain. Esimerkiksi bromifenolisininen ja p-nitrofenoli antavat molemmat värimuutoksia neutraalin pH:n tienoilla, mutta muutos keltaisesta siniseksi (bromifenoli) on helpommin havaittavissa kuin muutos värittömästä keltaiseksi (p-nitrofenoli).
Muita tekijöitä, joilla ei ole väliä, ovat muun muassa liuotin (alkoholi tai vesi), hinta ja monipuolisuus. Se, minkä pH-indikaattorin valitset, riippuu sen pH-alueesta, värinmuutoksesta, liuottimesta, saatavuudesta ja hinnasta.
- Foster, L. S.; Gruntfest, I. J. (1937). ”Demonstraatiokokeita yleisindikaattoreita käyttäen”. Journal of Chemical Education. 14 (6): 274. doi:10.1021/ed014p274
- Lange, Norbert A. (1952). Langen kemian käsikirja (8. painos). Handbook Publishers Inc. ASIN : B000RFWWKO
- Kolthoff, I. M.; Stenger, V. A. (1942). Volumetrinen analyysi. Interscience Publishers, Inc., New York. ISBN: 978-0470500507
- Schwarzenbach, Gerold (1957). Kompleksometriset titraukset. Kääntäjä Irving, Harry. London: Methuen & Co.
- Zumdahl, Steven S. (2009). Kemialliset periaatteet (6. painos). New York: Houghton Mifflin Company. ISBN: 978-0618946907.