Starp organisko vielu daudzveidībai ir īpaši savienojumi, kam raksturīgas krāsas izmaiņas dažādās vidēs. Pirms moderno elektronisko pH mērītāju parādīšanās indikatori bija neaizstājami "rīki" vides skābju-bāzes rādītāju noteikšanai, un tos turpina izmantot laboratorijas praksē kā palīgvielas analītiskajā ķīmijā, kā arī tad, ja nebija vajadzīgā aprīkojuma..
Kam domāti rādītāji?
Sākotnēji šo savienojumu īpašība mainīt krāsu dažādās vidēs tika plaši izmantota, lai vizuāli noteiktu šķīdumā esošo vielu skābju-bāzes īpašības, kas palīdzēja noteikt ne tikai barotnes raksturu, bet arī zīmēt. secinājums par iegūtajiem reakcijas produktiem. Laboratorijas praksē turpina izmantot indikatoru risinājumus, lai noteiktu vielu koncentrāciju ar titrēšanu un ļautu iemācīties izmantot improvizētas metodes, ja trūkstmūsdienīgi pH mērītāji.
Ir vairāki desmiti šādu vielu, no kurām katra ir jutīga pret diezgan šauru apgabalu: parasti tas nepārsniedz 3 punktus informatīvības skalā. Pateicoties tik daudzveidīgajiem hromoforiem un to zemajai aktivitātei savā starpā, zinātniekiem izdevās izveidot universālus indikatorus, kurus plaši izmanto laboratorijas un ražošanas apstākļos.
Visbiežāk izmantotie pH indikatori
Zīmīgi, ka papildus identifikācijas īpašībai šiem savienojumiem ir laba krāsošanas spēja, kas ļauj tos izmantot audumu krāsošanai tekstilrūpniecībā. No daudzajiem krāsu indikatoriem ķīmijā slavenākie un izmantotie ir metiloranžs (metiloranžs) un fenolftaleīns. Lielākā daļa citu hromoforu pašlaik tiek izmantoti sajaukti savā starpā vai īpašām sintēzēm un reakcijām.
Metiloranžs
Daudzas krāsvielas ir nosauktas to pamatkrāsu dēļ neitrālā vidē, kas attiecas arī uz šo hromoforu. Metiloranžs ir azo krāsviela, kuras sastāvā ir grupējums - N=N -, kas ir atbildīgs par indikatora krāsas pāreju uz sarkanu skābā vidē un uz dzeltenu sārmainā vidē. Azo savienojumi paši par sevi nav stipras bāzes, tomēr elektronu donoru grupu klātbūtne (‒ OH, ‒ NH2, ‒ NH (CH3), ‒ N (CH 3)2 un citi) palielina viena slāpekļa atoma bāziskumu,kas kļūst spējīgs piesaistīt ūdeņraža protonus pēc donora-akceptora principa. Tāpēc, mainot H+ jonu koncentrācijas šķīdumā, var novērot skābes-bāzes indikatora krāsas izmaiņas.
Vairāk par metilapelsīna gatavošanu
Iegūstiet metiloranžu, reaģējot ar sulfanilskābes diazotēšanu C6H4(SO3H)NH2, kam seko kombinācija ar dimetilanilīnu C6H5N(CH3)2. Sulfanilskābi izšķīdina nātrija sārma šķīdumā, pievienojot nātrija nitrītu NaNO 2, un pēc tam atdzesē ar ledu, lai veiktu sintēzi temperatūrā, kas pēc iespējas tuvāka 0 °C, un pievieno sālsskābi HCl. Tālāk tiek sagatavots atsevišķs dimetilanilīna šķīdums HCl, ko atdzesējot ielej pirmajā šķīdumā, iegūstot krāsvielu. Tas tiek tālāk sārmains, un no šķīduma izgulsnējas tumši oranži kristāli, kurus pēc vairākām stundām nofiltrē un žāvē ūdens vannā.
Fenolftaleīns
Šis hromofors ieguva savu nosaukumu, pievienojot divu tā sintēzē iesaistīto reaģentu nosaukumus. Indikatora krāsa ir ievērojama ar tās krāsas maiņu sārmainā vidē, iegūstot aveņu (sarkanvioletu, aveņu sarkanu) nokrāsu, kas kļūst bezkrāsains, ja šķīdums ir stipri sārmains. Fenolftaleīnam var būt vairākas formas atkarībā no vides pH, un stipri skābā vidē tam ir oranža krāsa.
Šis hromofors rodas, kondensējot fenolu un ftālskābes anhidrīdu cinka hlorīda ZnCl2 vai koncentrētas sērskābes klātbūtnē H2 SO 4. Cietā stāvoklī fenolftaleīna molekulas ir bezkrāsaini kristāli.
Iepriekš fenolftaleīns tika aktīvi izmantots caurejas līdzekļu izveidē, taču pakāpeniski tā lietošana tika ievērojami samazināta, pateicoties konstatētajām kumulatīvajām īpašībām.
Lakmuss
Šis indikators bija viens no pirmajiem reaģentiem, ko izmantoja uz cietas barotnes. Lakmuss ir sarežģīts dabisko savienojumu maisījums, ko iegūst no noteikta veida ķērpjiem. To izmanto ne tikai kā krāsvielu, bet arī kā līdzekli barotnes pH noteikšanai. Šis ir viens no pirmajiem rādītājiem, ko cilvēks sāka izmantot ķīmiskajā praksē: to izmanto ūdens šķīdumu vai ar to piesūcinātu filtrpapīra sloksņu veidā. Cietā stāvoklī lakmuss ir tumšs pulveris ar vieglu amonjaka smaržu. Izšķīdinot tīrā ūdenī, indikatora krāsa kļūst purpursarkana, un, paskābinot, tā kļūst sarkana. Sārmainā vidē lakmuss kļūst zils, kas ļauj to izmantot kā universālu indikatoru vides indikatora vispārējai noteikšanai.
Nav iespējams precīzi noteikt reakcijas mehānismu un raksturu, kas rodas, mainoties pH lakmusa sastāvdaļu struktūrām, jo tajā var būt līdz 15 dažādiem savienojumiem, no kuriem dažitās var būt neatdalāmas aktīvās sastāvdaļas, kas sarežģī viņu individuālos ķīmisko un fizikālo īpašību pētījumus.
Universālais indikatora papīrs
Attīstoties zinātnei un parādoties indikatoru dokumentiem, vides indikatoru noteikšana ir kļuvusi daudz vienkāršāka, jo tagad nevienam lauka pētījumiem nebija nepieciešami gatavi šķidrie reaģenti, kurus zinātnieki un tiesu medicīnas zinātnieki joprojām veiksmīgi izmanto. Tātad risinājumi tika aizstāti ar universālajiem indikatorpapīriem, kas to plašā darbības spektra dēļ gandrīz pilnībā izslēdza nepieciešamību izmantot citus skābju-bāzes indikatorus.
Piesūcināto sloksņu sastāvs dažādiem ražotājiem var atšķirties, tāpēc aptuvenais sastāvdaļu saraksts var būt šāds:
- fenolftaleīns (0-3, 0 un 8, 2-11);
- (di)metildzeltens (2, 9–4, 0);
- metiloranžs (3, 1–4, 4);
- metilsarkans (4, 2–6, 2);
- bromotimolzils (6, 0–7, 8);
- α‒naftolftaleīns (7, 3–8, 7);
- timolzils (8, 0–9, 6);
- krezolftaleīns (8, 2–9, 8).
Iepakojumā noteikti ir krāsu skalas standarti, kas ļauj noteikt vides pH no 0 līdz 12 (apmēram 14) ar viena vesela skaitļa precizitāti.
Cita starpā šos savienojumus var izmantot kopā ūdens un ūdens-spirta šķīdumos, kas padara šādu maisījumu lietošanu ļoti ērtu. Tomēr dažas no šīm vielām var slikti šķīst ūdenī, tāpēc tas ir nepieciešamsatlasiet universālo organisko šķīdinātāju.
Savu īpašību dēļ skābju-bāzes indikatori ir atraduši pielietojumu daudzās zinātnes jomās, un to daudzveidība ir ļāvusi radīt universālus maisījumus, kas ir jutīgi pret plašu pH indikatoru klāstu.
