Chapter 16: Acid-base and Solubility Equilibria

Back to chapter

16.8:

المؤشّرات

JoVE Core
Chemistry

A subscription to JoVE is required to view this content. Sign in or start your free trial.

JoVE Core Chemistry

Indicators

Previous Video
16.7: Titration Calculations: Weak Acid – Strong Base

Next Video
16.9: Titration of a Polyprotic Acid

Languages

Share

English العربية 中文 Nederlands français Deutsch עברית italiano 日本語 한국어 português русский español Türkçe

يتغير لون المؤشرات وفقًا لقيمة pH،ويمكن استخدامها لمراقبة قيمة PH في المحلول. يحتوي مؤشر pH على حمض ضعيف يشار إليه بالرمز HIn،والذي يتغير لونه عند تحوله إلى قاعدته المرافقة،وهي HIn. يتغير اللون وفقًا لدرجة pH،التي تعتمد على pKa للمؤشر.إذا كانت درجة pH لمحلول أقل من قيمة pKa للمؤشر،يكون تركيز الهيدرونيوم مرتفع. يتحرك توازن التفاعل باتجاه اليسار،مما يزيد من تركيز الحمض الضعيف HIn. عند إضافة قاعدة،فإن تركيز الهيدرونيوم ينخفض.هذا التغير في قيمة Ph يحول HIn إلى أيون In،فيتغير لون المحلول. يطغى لون HIn عندما تكون قيمة pH أقل من قيمة pKa بمقدار 1 على الأقل،ويطغى لون أيون In عندما تكون قيمة pH أعلى بمقدار 1 على الأقل،ويكون اللون مزيجًا عندما تكون قيمة pH في المنتصف. توجد مجموعة متنوعة من مؤشرات الأس الهيدروجيني،يمكن استخدامها لمراقبة pH التي تغير اللون خلال مجالات pH مختلفة.النقطة التي يتغير عندها لون المؤشر تسمى نقطة نهاية المعايرة. المؤشر النموذجي للمعايرة،تكون فيه نقطة النهاية قريبة من نقطة التكافؤ. يكون منحنى المعايرة لحمض قوي وقاعدة قوية،شديد الانحدار نتيجة التغير السريع في قيمة pH عند الاقتراب من نقطة التكافؤ.هذه المعايرات،يمكنها استخدام مجموعة واسعة من المؤشرات. أثناء معايرة حمض الهيدروكلوريك بتركيز 0.1 مولار مع هيدروكسيد الصوديوم بتركيز 0.1 مولار،ترتفع قيمة pH سريعًا من 3 إلى 11. يمكن هنا استخدام إما فينول فثالين،وهو مؤشر بدرجة pH 8.3 إلى 10،أو الميثيل الأحمر،وهو مؤشر بدرجة pH 4.2 إلى 6،لأن نقطي نهايتهما تتداخلان مع المقطع شديد الانحدار من المنحنى.وعلى العكس،فإن معايرة يدخل فيها حمض ضعيف أو قاعدة ضعيفة،يكون انحدار المنحنى فيها أقل من معايرة،يدخل فيها حمض قوي وقاعدة قوية فقط،لذا يمكن استخدام مجموعة ضيقة نسبيًا من المؤشرات. أثناء معايرة حمض الخليك بتركيز 0.1 مولار مع هيدروكسيد الصوديوم بتركيز 0.1 مولار،ترتفع قيمة pH سريعًا من 7 إلى 11. يمكن هنا استخدام فينول فثالين لأن نقطة نهايته تتداخل مع نقطة التكافؤ،أما المثيل الأحمر فلن يكون مؤشرًا فعّالًا.

16.8:

المؤشّرات

يتغير لون بعض المواد العضوية في المحلول المخفف عندما يصل تركيز أيون الهيدرونيوم إلى قيمة معينة. على سبيل المثال ، الفينول فثالين مادة عديمة اللون في أي محلول مائي بتركيز أيون الهيدرونيوم أكبر من 5.0 × 10⁻⁹ M (pH < 8.3). في المحاليل الأكثر قاعدية حيث يكون تركيز أيون الهيدرونيوم أقل من 5.0 × 10⁻⁹ M (pH > 8.3)، أحمر أو وردي. المواد مثل الفينول فثالين، التي يمكن استخدامها لتحديد الرقم الهيدروجيني لمحلول، تسمى مؤشرات القاعدة الحمضية. مؤشرات الحمض القاعدي هي إما أحماض عضوية ضعيفة أو ضعيفة القواعد العضوية.

يمكن تمثيل التوازن في محلول مؤشر الميثيل البرتقالي الحمضي، وهو حمض ضعيف، بمعادلة نستخدم فيها HIn كتمثيل بسيط لجزيء برتقال الميثيل المعقد:

أنيون برتقال الميثيل، In⁻، أصفر، والصيغة غير المؤينة، HIn، باللون الأحمر. عندما نضيف حمضاً إلى محلول برتقال الميثيل، فإن زيادة تركيز أيون الهيدرونيوم ينقل التوازن نحو الشكل الأحمر غير المتأين، وفقاً لمبدأ #226;لو شاتيلير’. إذا أضفنا القاعدة، فإننا نحول التوازن نحو الشكل الأصفر. هذا السلوك مشابه تماماً لعمل المخازن المؤقتة.

يتم تحديد اللون المدرك لمحلول المؤشر من خلال نسبة تركيزات النوعين في In⁻ و HIn. إذا كان معظم المؤشر (عادةً حوالي 60−90% أو أكثر) موجودًا على النحو التالي في In⁻، يكون اللون المدرك للحل أصفر. إذا كان معظمها موجوداً على شكل HIn، فسيظهر لون المحلول باللون الأحمر. تُعد معادلة هندرسون-هانسنبلاخ مفيدة لفهم العلاقة بين الرقم الهيدروجيني لحل المؤشر وتكوينه (وبالتالي، اللون المدرك):

في المحاليل حيث الرقم الهيدروجيني > pK_a، يجب أن يكون المصطلح اللوغاريتمي موجباً، مما يشير إلى زيادة شكل القاعدة المترافق للمؤشر (الحل الأصفر). عندما يكون الرقم الهيدروجيني > pK_a، يجب أن يكون مصطلح السجل سالباً، مما يشير إلى وجود فائض من الحمض المترافق (محلول أحمر). عندما يكون الرقم الهيدروجيني للحل قريبًا من المؤشر pK_a، توجد كميات ملحوظة من كلا الزوجين المقترنين ، ويكون لون المحلول هو مزيج مضاف من كل منهما (أصفر) والأحمر، ينتج عنها البرتقالي). يتم تعريف الفاصل الزمني لتغيير اللون (أو فاصل الأس الهيدروجيني) لمؤشر القاعدة الحمضية على أنه نطاق قيم الأس الهيدروجيني التي يتم خلالها ملاحظة تغير في اللون، وبالنسبة لمعظم المؤشرات، يكون هذا النطاق تقريبًاpK_a ± 1.

هناك العديد من مؤشرات القاعدة الحمضية المختلفة التي تغطي نطاقاً واسعاً من قيم الأس الهيدروجيني ويمكن استخدامها لتحديد الرقم الهيدروجيني التقريبي لمحلول غير معروف من خلال عملية الإزالة. تحتوي المؤشرات العالمية وورق الأس الهيدروجيني على مزيج من المؤشرات وتعرض ألوانًا مختلفة عند درجات حموضة مختلفة.

هذا النص مقتبس من Openstax, Chemistry 2e, Section 14.7: Acid-Base Titrations.

Suggested Reading

Coleman, William F. "Molecular models of indicators." Journal of Chemical Education 87 no.1, (2008):1152 https://pubs.acs.org/doi/pdf/10.1021/ed800038w.