אינדיקטורים

חומרים אורגניים מסוימים משנים את צבעם בתמיסה מדוללת כאשר ריכוז יוני ההידרוניום מגיע לערך מסוים. לדוגמה, פנולפתלאין הוא חומר חסר צבע בכל תמיסה מימית עם ריכוז יוני הידרוניום הגבוה מ-5.0 × 10⁻⁹ M (pH < 8.3). בתמיסות בסיסיות יותר שבהן ריכוז יוני ההידרוניום נמוך מ-5.0 × 10⁻⁹ M (pH > 8.3), הוא אדום או ורוד. חומרים כמו פנולפתלאין, שניתן להשתמש בהם כדי לקבוע את ה-pH של תמיסה, נקראים אינדיקטורים של חומצה-בסיס. אינדיקטורים של חומצה-בסיס הם חומצות אורגניות חלשות או בסיסים אורגניים חלשים.

שיווי המשקל בתמיסה של אינדיקטור חומצה-בסיס מתיל כתום, חומצה חלשה, יכולה להיות מיוצגת על ידי משוואה שבה אנו משתמשים ב-HIn כייצוג פשוט למולקולת המתיל הכתום המורכבת:

האניון של מתיל כתום, In⁻, הוא צהוב, והצורה הלא מיוננת, HIn, היא אדומה. כאשר אנו מוסיפים חומצה לתמיסה של מתיל כתום, ריכוז יוני ההידרוניום המוגבר מעביר את שיווי המשקל לכיוון הצורה האדומה הבלתי מייננת, בהתאם לעיקרון לה שטלייה. אם נוסיף בסיס, נעביר את שיווי המשקל לכיוון הצורה הצהובה. התנהגות זו אנלוגית לחלוטין לפעולת בופרים.

הצבע הנתפס של תמיסת אינדיקטור נקבע על ידי היחס בין הריכוזים של שני המינים In⁻ ו-HIn. אם רוב האינדיקטור (בדרך כלל כ-60-90% או יותר) קיים כ-In⁻ הצבע הנתפס של התמיסה הוא צהוב. אם רוב קיים כ-HIn, אז צבע התמיסה נראה אדום. משוואת הנדרסון-האסלבאך שימושית להבנת הקשר בין ה-pH של תמיסת אינדיקטור והרכבה (ולכן, הצבע הנתפס):

בתמיסות שבהן pH >pK_a, המונח הלוגריתמי חייב להיות חיובי, מה שמצביע על עודף של צורת הבסיס המצומד של האינדיקטור (תמיסה צהובה). כאשר pH >pK_a, מונח הלוגריתמי חייב להיות שלילי, המצביע על עודף של החומצה המצומדת (תמיסה אדומה). כאשר ה-pH של התמיסה קרוב לאינדיקטור pK_a, קיימות כמויות ניכרות של שני השותפים המצומדים, וצבע התמיסה הוא של שילוב תוסף של כל אחד מהם (צהוב ואדום, מניב כתום). מרווח שינוי הצבע (או מרווח ה-pH) עבור אינדיקטור חומצה-בסיס מוגדר כטווח ערכי ה-pH שלגביו נצפה שינוי בצבע, ועבור רוב האינדיקטורים טווח זה הוא כ-pK_a ± 1.

ישנם אינדיקטורים רבים ושונים של חומצה-בסיס המכסים מגוון רחב של ערכי pH וניתן להשתמש בהם כדי לקבוע את ה-pH המשוער של תמיסה לא ידועה על ידי תהליך חיסול. אינדיקטורים אוניברסליים ונייר pH מכילים תערובת של אינדיקטורים ומציגים צבעים שונים ב-pH שונים.

טקסט זה מותאם מ Openstax, Chemistry 2e, Section 14.7: Acid-Base Titrations.