§ 22. Интервал перехода индикатора

Область значений , в которой становится видимым изменение цвета индикатора, называют интервалом перехода индикатора.

Оптимальное значение титруемого раствора, при котором наблюдается наиболее резкое изменение окраски индикатора, свидетельствующее об окончании титрования, называют показателем титрования индикатора и обозначают символом .

Зависимость цвета индикаторов от соотношения их молекулярной и ионных форм.

Окраска раствора индикатора зависит от соотношения концентраций его диссоциированной и недиссоциированной форм, т. е. от отношения

Когда , то .

Другими словами, в этом случае концентрация диссоциированной формы индикатора равна концентрации его недиссоциированной формы.

Если , то в растворе превалирует диссоциированная форма, а если то превалирует недиссоциированная форма.

При одной и той же концентрации ионов водорода отношение будет тем больше, чем больше . Для фенолфталеина

Если условно для большей наглядности обозначить через , а через , то можно написать:

или

Если , то

Это означает, что при на каждые 100 бесцветных молекул фенолфталеина приходится лишь 1 окрашенный ион, т. е. соотношение между бесцветной молекулярной формой индикатора типа фенолфталеина и его окрашенной ионной формой равно 100.

Так как нейтральные молекулы фенолфталеина бесцветны, то и раствор при визуальном рассмотрении его тоже будет казаться бесцветным. Если к раствору фенолфталеина прибавить щелочь и довести раствора до 8, то соотношение уменьшится по сравнению с первым в десять раз и раствор станет бледно-розовым:

Если , отношение станет равным единице и в растворе окажутся равные количества (50%) бесцветных молекул индикатора и окрашенных в красный цвет ионов , при этом раствор окрасится в розовый цвет (переходная окраска).

При дальнейшем увеличении до 10, 11 и 12 раствор окрасится в малиново-красный цвет. Однако при раствор снова обесцветится вследствие образования тринатриевой соли индикатора. Следовательно, переходная окраска индикатора становится заметной при среды, равном т. е. . Но так как изменение цвета индикатора происходит постепенно, то можно считать, что цвет недиссоциированных молекул индикатора начинает маскироваться цветом ионов задолго до достижения соотношения .

Таким образом, цвет водного раствора индикатора определяется соотношением его молекулярной и ионной форм, отличающихся различной окраской, и зависит от .

Расчет интервала перехода индикатора. Зная константу индикатора (например, для фенолфталеина ), можно рассчитать область значений , в которой изменение окраски индикатора наблюдается визуально.

Опытным путем найдено, что наблюдаемое изменение цвета появляется в том случае, когда соотношение различных форк индикатора становится равным

Для фенолфталеина изменение окраски наблюдается в тот момент, когда

т. е.

или

т. е.

Область значений , в которой визуально наблюдается изменение окраски индикатора, можно рассчитать по формуле:

Пользуясь этой формулой, можно вычислить интервал перехода любого индикатора. Например, для индикатора, характеризующегося , интервал перехода будет соответствовать т. е. 3—5.

Область значений , при которой заметно изменяется цвет индикатора, приблизительно равна двум единицам .

Поэтому для фенолфталеина интервал перехода окраски составляет приблизительно:

Показатель титрования индикатора. Вместо интервала перехода окраски индикатора в объемном анализе пользуются также показателем титрования индикатора определяет оптимальное значение , при котором индикатор наиболее пригоден для титрования. Значения величины приблизительно совпадают со значениями величин (табл. 18).

ТАБЛИЦА 18. Интервалы перехода окраски некоторых индикаторов

Индикаторы, меняющие окраску на всем протяжении шкалы . Наряду с индивидуальными индикаторами иногда применяют универсальные индикаторы. Универсальные индикаторы изменяют свою окраску при различных значениях на всем протяжении шкалы (см. книга I, гл. III, § 16).

Смешанные индикаторы. Иногда вместо одного индикатора добавляют смесь двух индикаторов, или смеси индикатора и нейтрального красителя, не изменяющего свою окраску при различных значениях . Например, вместо метилового оранжевого применяют смесь 1 г метилового оранжевого и 2,5 г индигокармина в воды. Эта смесь имеет в щелочном растворе желто-зеленую окраску, которая в кислом растворе переходит в фиолетовую. Смесь 1 г метилового оранжевого и 1,4 г ксиленолцианолового в -ного спирта имеет в щелочном растворе зеленую окраску и красную в кислом. Такого рода индикаторы называют смешанными индикаторами.

Смешанные индикаторы дают возможность сделать переход окраски более контрастным и достаточно отчетливым в относительно узких пределах , что увеличивает точность результатов титрования. Например, смешанный индикатор, состоящий из -ного водного раствора крезолового красного и -ного раствора тимолового голубого позволяет точно установить точку эквивалентности, соответствующую нейтрализации карбоната до бикарбоната При этот смешанный индикатор имеет розоватый цвет, а при — фиолетовый.

Из других смешанных индикаторов укажем следующие:

а) метиловый красный — бромкрезоловый зеленый изменяет окраску от оранжевой до сине-зеленой;

б) фенолфталеин — тимоловый синий изменяет окраску от желтой до красно-фиолетовой;

в) тимолфталеин — ализариновый желтый изменяет окраску от желтой до фиолетовой.