常见酸碱指示剂.doc

2.5 酸碱指示剂2.5.1 酸碱指示剂的作用原理酸碱指示剂一般都是有机弱酸或有机弱碱，弱酸与它的共轭碱具有不同的颜色。在酸碱滴定中，由于溶液pH 的变化，指示剂可以失去质子由酸式色变成共轭碱的碱式色，或得到质子由碱式色变成共轭酸的酸式色，从而指示溶液pH 的变化。因为指示剂的酸式和碱式具有不同的分子结构，所以它们具有不同的颜色。例如，甲基橙是一种偶氮类指示剂，它在pH3. 1 时呈红色，在pH4. 4 时呈黄色。 从上述平衡式可以看出，当酸度增大时甲基橙主要以红色醌式存在，酸度降低主要以黄色偶氮式存在。酚酞也是常用的酸碱指示剂，当溶液酸度发生变化时，分子结构发生如下变化:在酸性溶液中，酚酞以无色的内酯式存在，在弱碱性溶液中以红色的醌式结构存在。2.5.2 指示剂的变色范围以HIn 代表指示剂的酸式形式，In- 代表指示剂的碱式形式。在溶液中HIn和In- 存在如下平衡关系:HIn H + In- 或 对于某种指示剂而言，Ka是常数，因此 比值只是H+ 的函数。溶液的颜色取决于 。在一般情况下，当一种形式的浓度是另一种形式浓度的10 倍时，才能辨别出浓度大的形式的颜色。因此，当时，可看到酸式的颜色；当 可以看到碱式的颜色。当时，pH = pKa 是指示剂的颜色转变点，称为指示剂的理论变色点。当溶液的pH 在pKa 1 范围内时，呈现酸式和碱式的混合色，这个pH 范围称为指示剂的理论变色范围。从理论上讲，指示剂的变色范围都有两个pH 单位，但实际上并不都是如此。人的眼睛对各种颜色的灵敏度不一样，人眼观察到的实际变色范围与理论变色范围不完全一致。例如，甲基橙的pKa = 3.4，理论上的变色范围应该在pH 2.44.4 之间，但人眼对红色较敏感，而对黄色不敏感，实践证明，pH = 3.1 时，就能观察到明显的红色；pH = 4.4 时，才能观察到明显的黄色。所以甲基橙的实际变色范围在pH 3.1 4.4 之间。但是指示剂变色的pH 范围总是出现在pKa 两侧。表5 - 5 给出了几种常用酸碱指示剂。2.5.3 混合指示剂酸碱指示剂一般都有约为2 个pH 单位的变色范围，在此范围内，随着pH 的改变，指示剂由一种形式的颜色逐渐地变为另一种形式的颜色。但在酸碱滴定中，有时需要使用变色范围窄，变色敏锐的指示剂。例如，某些弱酸或弱碱的滴定，滴定曲线的pH 突跃范围很窄。为了提高滴定终点的敏锐性，减小终点误差，就要选用变色范围窄，色调变化鲜明的指示剂，使用混合指示剂可以达到这一目的。表5 - 5 几种常用的酸碱指示剂混合指示剂可分为两类。一类是一种指示剂与一种惰性染料(其颜色不随溶液pH 的变化而改变)混合而成，利用两种颜色的互补作用使指示剂的变色范围变窄并敏锐。例如，甲基黄和亚甲基蓝，前者的pKa = 3. 3，其酸式为红色，碱式为黄色，后者的颜色是蓝色，当二者混合后，在pH 3. 4 时，显绿色，在pH 3. 2 3. 4 时，甲基黄的红色形式与黄色形式的浓度比接近于1，两者加合而显橙色，它与亚甲基蓝的蓝色互为补色，结果呈浅灰色，这样就基本消除了甲基黄变色过程中的过渡颜色橙色，从而使变色范围窄且变色敏锐。另一类混合指示剂是将两种 pKa相近的指示剂混合，其作用原理与前一类基本相同。例如甲基红与溴甲酚绿的混合指示剂，pH 5. 2 为绿色，pH 5. 1 为灰色，变色范围很窄且颜色易于辨别。表5 - 6 列出了几种常用的酸碱混合指示剂。表5