Індикатори

Індикатори дозволяють швидко й достатньо точно контролювати склад рідких або газоподібних середовищ, слідкувати за зміною їх складу, за протіканням хімічної  реакції. …

Причина зміни кольору — зміни в будові  молекул індикатора в кислому та лужному середовищі, що призводить до зміни спектру поглинання розчину.

Середовища водних розчинів

Розрізняють три основні типи середовищ водних розчинів:

1. Нейтральне середовище — середовище, у якому концентрація йонів гідрогену дорівнює концентрації гідроксид-йонів (рН =7).
2. Кисле середовище — середовище, у якому концентрація йонів гідрогену більша за концентрацію гідроксид-йонів (рН <7).
3. Лужне середовище  — середовище, у якому концентрацій йонів гідрогену менша концентрації гідроксид-йонів (рН >7).

При значеннях водневого показника рН:

• від 0до 3 середовище водного розчину вважається сильно кислим,
• від 4до 6 — слабо кислим,
• 7— нейтральним,
• від 8до 10 — слабо лужним,
• від 11до 14 — сильно лужним.

Індикатори

Індикатори — речовини, які оборотно змінюють колір залежно від середовища розчину.

В якості індикаторів найчастіше на практиці використовують:

метилоранж,
• лакмус,

фенолфталеїн,
• універсальний індикатор.

1) Метилоранж у водному розчині (у нейтральному середовищі) має оранжеве забарвлення, лакмус — фіолетове.

У кислому середовищі і метилоранж, і лакмус набувають червоного кольору.

Згадаємо правила змішування кольорів! З яких двох кольорів при змішуванні можна отримати оранжевий? З червоного і жовтого. Дійсно, у лужному середовищі метилоранж набуває жовтого кольору.

Червоний і синій кольори при змішуванні дають фіолетовий. Лакмус у лужному середовищі стає синім.

Обидва індикатори більш зручні на практиці для визначення кислого середовища.

2) Фенолфталеїн є індикатором на лужне середовище. Лише у ньому він набуває яскраво малинового забарвлення. У інших середовищах він безбарвний.

3) Універсальний індикатор змінює забарвлення у широкому діапазоні значень рН розчину.

Дисоціація води. Поняття про водневий показник

Вода є слабким електролітом. При кімнатній температурі з 108 молекул води лише одна молекула води розпадається на йони.

Спрощене рівняння дисоціації води має вигляд:

Н2О ⇄ Н+ + ОН−.

Оскільки при дисоціації молекули води утворюються і катіон гідрогену, і гідроксид-йон, можна стверджувати, що вода є амфотерним електролітом.

Але у чистій воді концентрація йонів гідрогену дорівнює концентрації гідроксид-іонів. Тому таке середовище прийнято вважати нейтральним.

За даних умов молярна концентрація кожного з йонів дорівнює 10−7 моль/л.

Використання таких чисел є незручним, тому частіше використовується інша одиниця виміру концентрації йонів гідрогену — водневий показник.

Водневим показником рН називається негативний десятковий логарифм концентрації йонів гідрогену.

Якщо концентрація йонів гідрогену дорівнює 10−7 моль/л, то рН = 7;

рН може приймати значення від 0 до 14.

Зверни увагу!

Чим меньше рН, тим більша кислотність водного розчину.

Чим більше pH, тим більша лужність водного розчину.

Характер середовища розчину має велике значення при протіканні хімічних і біологічних процесів. Залежно від реакції середовища ці процеси можуть йти з різною швидкістю і в різних напрямках. Тому визначення pH середовища розчинів дуже важливе у медицині, науці, техніці, сільському господарстві.

Зверни увагу!

Сталість концентрацій йонів гідрогену – важливий показник внутрішнього середовища живих організмів.

Зміна pH крові або шлункового соку є діагностичним тестом в медицині. Відхилення pH від нормальних величин навіть на 0,01 одиниці свідчать про патологічні процеси в організмі.

При нормальній кислотності шлунковий сік має pH 1,7;

Водневий показник крові людини дорівнює 7,4; слини — 6,9; сечі — 6,0.

Кожен фермент функціонує при певному значенні pH (каталізу крові при pH 7,0;

пепсин шлункового соку — при pH 1,5–2).

Різні продукти харчування і речовини, що широко використовуються на практиці характеризуються певними значеннями pH.

Водневі показники продуктів харчування і оточуючих нас хімічних речовин є дуже різними.

Приклад:

pH лимонного соку — 2,1;

pH апельсинового соку — 2,8;

pH чорної кави — 5,0;

pH молока — 6,9;

pH дощової води — 6,1;

pH розчину харчової соди — 8,5;

pH нашатирного спирту — 11,9.

Властивості кислотно-основних індикаторів притаманні багатьом природним сполукам, що містяться в живих організмах, переважно у рослинах.
Серед них найбільш поширеними є антоціани (антоціаніни). Антоціаніни
представляють собою глюкозиди – сполуки, що утворені поєднанням залишків двох молекул: вуглеводу (глюкози, рамнози, галактози тощо) і йону флавілію, який також називають антоціанідином
Різнобарв’я кольорів квіток багатьох рослин обумовлене саме наявністю в клітинному соку антоціанів. Наприклад, один із представників цієї групи
органічних речовин – ціанідин обумовлює забарвлення пелюсток квітів волошки синьої (Centaurea cyanus) та маку-самосійки (Papaver rhoeas). На логічне запитання «як може одна і та сама речовина забарвлювати квіти в різний
колір?» є проста і логічна відповідь – клітинний сік волошки має слабко лужну реакцію, клітинний сік пелюсток маку – кислу. Ціанідин, як і належить індикатору, має різний колір за різних значень рН середовища.
Не менш цікавий факт пов’язаний з цілою групою рослин родини шорстколистих (Boraginaceae): живокости (Symphytum), медунки (Pulmonaria),
воловики(Anchusa); та жовтецевих (Ranunculaceae): печіночниці(Hepatica) –
колір щойно розквітлих квіток червоний, а вже запліднених – блакитний або
синій. З біологічної точки зору причина цього явища зрозуміла – червоний
колір більше приваблює комах, після запліднення приваблювати їх сенсу вже
немає і колір змінюється. Але хімічний механізм цього явища полягає, знову ж таки, у зміні реакції клітинного соку – з кислої вона переходить у нейтральну або слабколужну – і ми спостерігаємо ефект зміни кольору, викликаний антоціанами. Антоціани також містяться у багатьох яскраво забарвлених плодах: чорницях, вишнях, смородині, червоних сортах винограду, червоній
капусті тощо. Соки плодів вищеназваних рослин теж можуть бути застосовані в якості індикаторів: спробуйте до невеличкої порції натурального вишневого соку додати невелику кількість харчової соди – нейтралізація органічних кислот, що містяться в соку, призведе до миттєвого переходу забарвлення його у фіолетове або синє. Подібні індикаторні властивості можуть проявляти й інші природні барвники: бетаціанін буряків, теарубігіни чаю тощо.
Вивчення індикаторів дає змогу побачити міжпредметні зв’язки між хімією та біологією, сформувати цілісну картину оточуючого світу, розвивати творчий підхід до пізнання природних явищ.