I. Теоретическая часть исследования

Диссоциация воды. Водородный показатель. Индикаторы.

Чистая вода очень плохо проводит электрический ток, но все же обладает измеримой электропроводимостью, которая объясняется небольшой диссоциацией воды на ионы:

 

                               Н₂О ↔Н⁺ + ОН^-                                                                                                    (1)          

 

Таким образом, вода – это слабый амфотерный электролит. О степени диссоциации воды можно судить по так называемому ионному произведению воды, которое определяется различными методами, в частности по величине электропроводности чистой воды. Ионное произведение воды можно рассматривать как константу диссоциации воды. Записывается оно следующим образом:

 

                      К=[H]^+.[OH]^-                                                                                                           (2)

 

В воде и разбавленных водных растворах произведение концентраций ионов водорода и гидроксид – ионов есть величина постоянная (при неизменной температуре). Так, при 25⁰С в чистой воде [Н]⁺ =[ОН]^- = 1 ^. 10^-7 моль/дм³. поэтому для указанной температуры:

 

                                  К_w = [Н]^+. [ОН]^- = 10^{-7 .}10^-7 = 10^-14                                      (3)

 

В зависимости от концентрации ионов водорода в водных растворах различают три типа среды: нейтральную, щелочную и кислую.

 

                                             Среда растворов                                         Таблица1

Среда раствора

Кислая

Нейтральная

Щелочная

Концентрация ионов водорода (моль/дм³)

[H]⁺>10^-7

[Н]⁺ = [ОН]^- = 10^-7

[Н]⁺ < 10^-7

Водородный показатель (pH)

pH < 7

pH = 7

pH > 7

 

Индикаторы химические – это вещества, введение которых в анализируемый раствор позволяет установить конец химической реакции или концентрацию водородных ионов по легкозаметному признаку. Индикаторы используют главным образом в титриметрическом анализе (для определения конечной точки титрования). В присутствии индикаторов в этой точке (или вблизи нее) могут наблюдаться изменение цвета, появление или исчезновение мутности, свечение и т.д., обусловленные изменением определенного свойства исследуемого раствора.

Кислотно-основные индикаторы - вещества, изменяющие свою окраску при изменении водородного показателя (pH) среды. Механизм химико-физических процессов, вызывающих изменение окраски индикаторов, оставался неясным до конца XIX века, и только В. Оствальдом (1894) была предложена ионная теория индикаторов, основанная на теории электролитической диссоциации. Согласно этой теории индикаторы рассматриваются как органические кислоты или основания, у которых недиссоциированные молекулы и ионы имеют различную окраску. Так, например, у лакмуса в водных растворах неионизированные молекулы имеют красную окраску, анионы - синюю..Реакцию ионизации этого соединения можно выразить следующей схемой: Hind ↔ H⁺ + Ind^-, т.е. молекулы лакмуса в данном случае играют роль донора против, и если к раствору добавить 1-2 капли раствора гидроксида натрия, то ОН^--ионы соединятся с Н⁺-ионами и образуют молекулу воды. Поэтому равновесие сдвинется вправо и окраска раствора станет синей вследствие появления ионов Ind^-.

При добавлении 1-2 капель раствора хлороводородной кислоты равновесие сменится в сторону образования Hind, и раствор приобретает красную окраску. В случае нейтральной реакции молекулы и ионы Hind и Ind^- будут находиться в эквивалентном количестве, и цвет раствора станет фиолетовым. Следовательно, одни индикаторы будут донорами протонов – это кислотные индикаторы, а другие могут играть роль акцепторов Н⁺-ионов, т.е. будут основными согласно схеме: IndOH + H⁺ ↔ Ind⁺ + H₂O. Индикаторы, имеющие две окрашенные формы, называют двухцветными (лакмус, метилоранж, метиловый красный и др.), а имеющие только одну окрашенную форму – одноцветными (фенолфталеин, паранитрофенол и др.). дальнейшие исследования показали, что теория Оствальда не полностью раскрывает действительное положение вещей. Как выяснилось, окраска индикаторов зависит не только от диссоциации (ионизации) молекул индикатора, но и от их структуры, наличия так называемых хромофорных и ауксомоформных группировок.

                 

Важнейшие кислотно-основные индикаторы         Таблица2

Название индикатора	Цвет индикатора в различных средах
	в кислой	в нейтральной	в щелочной
Метиловый оранжевый	красный (pH<3.1)	оранжевый (3,3<pH<4,4)	желтый (pH>4,4)
Фенолфталеин	бесцветный (pH<8)	бесцветный (8<pH<9,8)	малиновый (pH>9.8)
Лакмус	красный (pH<5)	фиолетовый (5<pH<8)	синий (pH>8)

 

При проведении анализа индикатор выбирают таким образом, чтобы интервал перехода окраски включал то значение pH, которое раствор должен иметь в точке эквивалентности. Наиболее часто анализы методом нейтрализации проводят с метиловым оранжевым, фенолфталеином, лакмусом.