常用的酸堿指示劑是一些有機弱酸或弱堿,它們在溶液中或多或少的解離成離子,同時發(fā)生結(jié)構(gòu)變化,呈現(xiàn)不同的顏色。
現(xiàn)以甲基橙為例,說明指示劑的變色原理。設(shè)HIn為甲基橙的紅色分子,In為甲基橙的黃色離子,當達平衡時,存在下述平衡:
HIn ? H+ + In-
紅色分子 黃色離子
指示劑酸式 指示劑堿式
K(HIn)=〔H+〕·〔In-〕/〔HIn〕
K(HIn)是指示劑的電離常數(shù),簡稱指示劑常數(shù)。其數(shù)值取決于指示劑的性質(zhì)和溫度。由于甲基橙的酸式HIn是紅色的,所以甲基橙在酸性溶液中顯紅色,當加入堿時,OH-與H+結(jié)合生成難電離的水,使平衡向右移動,此時溶液顯黃色。由此可知指示劑本身結(jié)構(gòu)的變化是指示劑變色的內(nèi)因,而溶液pH值的改變是外因。
酸堿指示劑的顏色是隨溶液pH值的改變而變化的。但由于人的視覺對顏色的辨別能力有局限性。事實證明當指示劑的一種顏色為另一種顏色的10倍時,我們才能看出濃度大的那種顏色。所以其顏色改變的范圍在:
紅色分子的濃度/黃色離子的濃度=〔HIn〕/〔In-〕≈10/1至1/10之間
當 〔HIn〕/〔In-〕≥10/1時,人眼所能看出的只是紅色;
當 〔HIn〕/〔In-〕≤1/10時,人眼只能看到黃色。
當 〔HIn〕/〔In-〕比值是由溶液的pH值決定的。我們將用眼睛看到的指示劑明顯地由一種顏色變到另一種顏色的pH范圍稱為指示劑的“變色范圍”。
例如在一系列不同pH值的溶液中,各加入一滴甲基橙,可以看出溶液顏色的變化:
紅色 | 紅橙色 | 橙 | 黃橙色 | 黃色 |
PH=3.1 PH=4 PH=4.4
酸式色 堿式色
當溶液的pH值從3.1逐漸增加到4.4時,人們視覺所能觀察到甲基橙呈現(xiàn)出
紅色 → 紅橙色 → 橙色 → 黃橙色 → 黃色的漸變過程。因此甲基橙指示劑的變色范圍是
pH=3.1~4.4
各種指示劑由于其電離常數(shù)不相同,其變色點的pH值也不相同。指示劑變色范圍通常在變色點前后各一個pH單位,
pH=pK(HIn)±1
也就是通常在兩個pH單位之間。這是從理論上推出的變色范圍,它只能說明變色范闈的由來,由于人的視覺對各種顏色的敏感程度不同,所以實驗測得的變色范圍常小于兩個pH單位。
在酸堿滴定中有時需要用顏色變化明顯而變色范圍較窄的指示劑,即混合指示劑?;旌现甘緞┦怯梢环N酸職指示劑和一種惰性染料,或兩種酸堿指示劑按一定比例配制成的混合物。例如當將0.1%甲基橙溶液與0.25%靛藍二磺酸鈉溶液等體積混合。旋藍二磺酸鈉是一種染料,本身為藍色,它與甲基橙混合后,顏色隨溶液酸度而改變。
三種顏色的差別很大,顏色變化非常明顯。
應(yīng)當指出配制混合指示劑時,應(yīng)嚴格控制兩種組分的比例,否則顏色變化將不顯著。