A pH indikátor vagy sav-bázis indikátor olyan kémiai anyag, amelyet kis mennyiségben adnak egy oldathoz, és amely a pH függvényében színváltozást okoz. Itt a leggyakoribb indikátorok töltése, működésük magyarázata, valamint tippek a megfelelő indikátor kiválasztásához.
Hogyan használjunk pH-indikátort
Az indikátor nem egy pontos pH-érték vagy hidrogénion-koncentráció esetén változtatja a színét. Ehelyett a színváltozás a hidrogénion-koncentráció egy tartományában következik be. Titráljon gyenge savat olyan indikátorral, amely enyhén lúgos körülmények között változik. Titráljon gyenge bázist olyan indikátorral, amely enyhén savas pH-nál változtatja a színét. Erős savak vagy bázisok titrálásakor olyan pH-indikátorra törekedjen, amely a semleges pH közelében mutat színváltozást.
Táblázat a gyakori pH-indikátorokról
Itt egy táblázat a gyakori pH-indikátorokról, azok pH-tartományáról, oldataikról és színváltozásukról. Néhány indikátor több színváltozást mutat, ezért többször is előfordulnak a listán. A különböző referenciák kissé eltérő pH-értékeket és színeket sorolnak fel. Ennek oka, hogy a pH-tartomány nem jól meghatározott (1 pH értéken belüli pontossággal számoljunk), a szín pedig megítélés kérdése.
| Indikátor | pH-tartomány | mennyiség per 10 ml | Sav | Bázis | ||
| Thymol kék | 1.2-2,8 | 1-2 csepp 0,1%-os oldat vízben. | vörös | sárga | ||
| Pentametoxi vörös | 1.2-2.3 | 1 csepp 0.1%-os szoln. 70%-os alkoholban. | vörös-ibolya | színtelen | ||
| Tropeolin OO | 1,3-3.2 | 1 csepp 1%-os vizes oldat | vörös | sárga | ||
| 2,4-Dinitrofenol | 2.4-4,0 | 1-2 csepp 0,1%-os oldat 50%-os alkoholban | színtelen | sárga | ||
| Metilsárga | 2,9-4.0 | 1 csepp 0,1%-os oldat 90%-os alkoholban | vörös | sárga | ||
| Metil narancs | 3,1-4,4 | 1 csepp 0,1%-os oldat 90%-os alkoholban | 3,1-4,4 | 1 csepp 0,1%-os oldat. | vörös | narancs |
| Bromofenol kék | 3,0-4,6 | 1 csepp 0.1%-os aq. oldat | sárga | kék-ibolya | ||
| Tetrabromofenol kék | 3.0-4,6 | 1 csepp 0,1%-os aq. oldat | sárga | kék | ||
| Alizarin-nátrium-szulfonát | 3.7-5,2 | 1 csepp 0,1%-os vizes oldat | sárga | lila | ||
| α-naftilvörös | 3,7-5,0 | 1 csepp 0.1%-os oldat 70%-os alkoholban | vörös | sárga | ||
| p-etoxikriszoidin | 3,5-5,5 | 1 csepp 0,1%-os oldat. | vörös | sárga | ||
| Bromokrezol zöld | 4,0-5,6 | 1 csepp 0,1%-os aq. oldat. | sárga | kék | ||
| metilvörös | 4,4-6,2 | 1 csepp 0.1%-os aq. oldat | vörös | sárga | ||
| Bromokrezol lila | 5.2-6,8 | 1 csepp 0,1%-os vizes oldat | sárga | lila | ||
| Klórfenol vörös | 5,4-6,8 | 1 csepp 0.1%-os vizes oldat | sárga | vörös | ||
| brómfenol kék | 6,2-7,6 | 1 csepp 0,1%-os vizes oldat | 1 csepp 0,1%-os vizes oldat | vörös | ||
| brómfenol kék | 6,2-7,6 | 1 csepp 0,1%-os vizes oldat. | sárga | kék | ||
| p-Nitrofenol | 5,0-7,0 | 1-5 csepp 0,1%-os aq. old. | színtelen | sárga | ||
| Azolitmin | 5,0-8,0 | 5 csepp 0.5%-os aq. oldat | vörös | kék | ||
| Phenol red | 6.4-8,0 | 1 csepp 0,1%-os vizes oldat | sárga | piros | ||
| semleges vörös | 6,8-8,0 | 1 csepp 0,1%-os vizes oldat | sárga | vörös | ||
| semleges vörös | 6,8-8,0 | 1 csepp 0.1%-os oldat 70%-os alkoholban | vörös | sárga | ||
| Rozolsav | 6.8-8.0 | 1 csepp 0.1%-os oldat 90%-os alkoholban. | sárga | vörös | ||
| Kreszol vörös | 7,2-8,8 | 1 csepp 0.1%-os aq. oldat | sárga | vörös | ||
| α-Naftolftalein | 7.3-8,7 | 1-5 csepp 0,1%-os oldat 70%-os alkoholban | rózsaszín | zöld | ||
| Tropeolin OOO | 7,6-8.9 | 1 csepp 0,1%-os aq. szoln. | sárga | rózsavörös | ||
| Thymol kék | 8,0-9,6 | 1-5 csepp 0.1%-os aq. oldat | sárga | kék | ||
| fenolftalein | 8,0-10,0 | 1-5 csepp 0,1%-os oldat 70%-os alkoholban. | színtelen | vörös | ||
| α-Naftolbenzein | 9,0-11,0 | 1-5 csepp 0,1%-os oldat 90%-os alkoholban. | sárga | kék | ||
| Thymolftalein | 9.4-10.6 | 1 csepp 0.1%-os oldat 90%-os alkoholban | színtelen | kék | ||
| Níluskék | 10.1-11,1 | 1 csepp 0,1%-os aq. szoln. | kék | vörös | ||
| Alizarin sárga | 10,0-12,0 | 1 csepp 0.1%-os aq. oldat | sárga | lila | ||
| Salicilsárga | 10,0-12,0 | 1-5 csepp 0,1%-os oldat 90%-os alkoholban. | sárga | narancsbarna | ||
| Diazo ibolya | 10,1-12,0 | 1 csepp 0,1%-os szoln. old. | sárga | ibolya | ||
| Tropeolin O | 11,0-13,0 | 1 csepp 0.1%-os aq. oldat | sárga | narancsbarna | ||
| Nitramin | 11.0-13,0 | 1-2 csepp 0,1%-os oldat 70%-os alkoholban | színtelen | narancsbarna | ||
| Poirrier-kék | 11.0-13,0 | 1 csepp 0,1%-os vizes oldat | kék | lila-rózsaszín | ||
| Trinitrobenzoesav | 12,0-13.4 | 1 csepp 0,1%-os vizes oldat | színtelen | narancsvörös |
A listán szereplő pH-indikátorokon kívül számos természetes sav-bázis indikátor készíthető gyümölcsök, zöldségek, virágok, gyümölcslevek és fűszerek felhasználásával. A vörös vagy lila káposztalé a legismertebb ezek közül.
Univerzális indikátor
Az univerzális indikátor több különböző pH-indikátor keveréke, amely egyenletes színváltozást mutat a pH-értékek tartományában. Többféle univerzális indikátor formula létezik, így a pH-tartományok és a színek a formulától függnek. A legelterjedtebbek az 1933-ban publikált Yamada-képlet variációi. Egy tipikus recept 1-propanolt, nátriumsót, nátrium-hidroxidot, mononátriumsót, fenolftaleint, metilvöröset, brómtimol-kéket és timol-kéket tartalmaz. Ez a keverék a vörös, narancssárga, zöld, kék és indigólila színeket jeleníti meg:
| pH-tartomány | Szín | jelzi |
| < 3 | vörös | erősen savas |
| 3-6 | narancsostól a sárgáig | gyengén savas |
| 7 | zöld | semleges |
| 8-tól 11-ig | kék | gyengén lúgos (bázikus) |
| > 11 | indigótól liláig | Erősen lúgos (bázikus) |
Hogyan működnek a pH-indikátorok
A legtöbb pH-indikátor gyenge sav vagy gyenge bázis. Az általános kémiai reakció szerint disszociálnak:
HInd + H2O ⇌ H3O+ + Ind-
Itt a HInd az indikátor savas formája, az Ind- pedig annak konjugált bázisa. A HInd és Ind- aránya határozza meg az oldat színét, és közvetve jelzi az oldat pH-ját a Henderson-Hasselbalch-egyenlet szerint:
pH = pKa + log10 /
Ne feledjük, hogy a pH-indikátor színváltozása nem azonnali. Ehelyett van egy pH-tartomány, ahol a sav és a konjugált bázis színeinek keveréke jelenik meg. Egy indikátor egy plusz vagy mínusz egy pH vagy pKa értéken belül viszonylag pontos pH-értéket ad.
Hogyan válasszunk pH-indikátort
A megfelelő pH-indikátor kiválasztásának legfontosabb lépése, hogy olyat válasszunk, amelynek színváltozása a vizsgált kémiai reakció pH-tartományán belül van. Titráláshoz ideális esetben olyan pH-indikátort kell választani, amelynek színe közvetlenül az ekvivalenciaponton változik. A gyakorlatban szinte lehetetlen olyan indikátort találni, amelyik pontosan a pH-értéknél változtatja a színét, ezért olyat kell választania, amelyik valamivel magasabb vagy alacsonyabb pH-értéknél változtatja a színét. Ebben az esetben addig kell titrálni, amíg az ekvivalenciaponthoz legközelebbi színváltozást nem látjuk.
Tegyük fel például, hogy egy erős savat titrálunk egy erős bázissal. Ennek a reakciónak az ekvivalenciapontja a 7-es pH-érték. Ha fenolftaleint használ, akkor a rózsaszín/vörös szín eltűnését várja 8,0 pH-érték alatt. Addig titrál, amíg az oldat színtelen nem lesz, mert ez a lehető legközelebb van az ekvivalenciaponthoz. Ha metilnarancsot használ, azt várja, hogy a szín valahol 6-os pH-érték alatt sárgáról narancssárgára változik, és 4-es pH-érték körül narancssárgáról vörösre. Az erős sav-erős bázis reakció esetén addig titráljon, amíg a sárga éppen csak elkezd narancssárgává válni. Ha megvárja, amíg a szín vörösre változik, akkor már messze túl van az ekvivalenciaponton.
Ha a kívánt pH-nál színt változtató indikátorok közül választhat, válassza azt, amelyik a legélesebb színváltozást mutatja. Például a brómfenol-kék és a p-nitrofenol mindkettő semleges pH körül ad színváltozást, de a sárgáról kékre (brómfenol) történő változás könnyebben észrevehető, mint a színtelenről sárgára (p-nitrofenol) történő változás.
Az egyéb tényezők közé tartozik az oldószer (alkohol vagy víz), az ár és a sokoldalúság. Hogy melyik pH-indikátort választjuk, az a pH-tartomány, a színváltozás, az oldószer, a hozzáférhetőség és az ár függvénye.
- Foster, L. S.; Gruntfest, I. J. (1937). “Demonstrációs kísérletek univerzális indikátorokkal”. Journal of Chemical Education. 14 (6): 274. doi:10.1021/ed014p274
- Lange, Norbert A. (1952). Lange’s Handbook of Chemistry (A kémia kézikönyve) (8. kiadás). Handbook Publishers Inc. ASIN : B000RFWWKO
- Kolthoff, I. M.; Stenger, V. A. (1942). Volumetrikus analízis. Interscience Publishers, Inc, New York. ISBN: 978-0470500507
- Schwarzenbach, Gerold (1957). Komplexometriai titrálások. Fordította Irving, Harry. London: Methuen & Co.
- Zumdahl, Steven S. (2009). Kémiai alapelvek (6. kiadás). New York: Houghton Mifflin Company. ISBN: 978-0618946907.