Gemeinsame Säure-Base-Indikatoren

Säure- und Basenindikatoren werden in der Chemie verwendet, um den pH-Wert einer Substanz zu bestimmen. Je nachdem, ob sie einer Säure, einer Base oder einem neutralen Stoff zugesetzt werden, verfärben sie sich unterschiedlich. Die meisten Indikatoren sind sie selbst schwache Säuren und reagieren auf Änderungen der Wasserstoffionenkonzentration.

Der pH-Bereich liegt zwischen 0 und 14, wobei 7 neutral ist. Ein pH-Wert über 7 weist auf eine Base hin und ein pH-Wert unter 7 auf eine Säure. Die pH-Skala ist logarithmisch, und mit jeder einzelnen Zahlenänderung auf der Skala ändert sich der Säuregrad oder die Alkalinität (Basizität) um das Zehnfache.

Säure- und Basenindikatoren reagieren empfindlich auf die Änderung des pH-Werts, genauer gesagt auf die Änderung der Konzentration von Wasserstoffionen, H⁺, in Lösung.

Die meisten Säure- und Basenindikatoren sind große organische Moleküle, die abwechselnde Doppel- und Einfachbindungen von Kohlenstoff zu Kohlenstoff enthalten. In basischen Lösungen werden die Säure- und Basenindikatoren zu Ionen, indem sie Wasserstoffionen aus ihrer chemischen Zusammensetzung verlieren, normalerweise aus einer OH-Gruppe. Dadurch ändert sich die Struktur des Moleküls, wodurch Indikatoren Licht mit unterschiedlichen Wellenlängen absorbieren und die Farbe ändern.

Viele Arten von Indikatoren funktionieren über die gesamte pH-Skala. Es ist wichtig, einen auszuwählen, der in den betrachteten pH-Bereich fällt. Im Folgenden sind einige gemeinsame Indikatoren aufgeführt.

Ein üblicher Säure- und Basenindikator ist Lackmuspapier, das durch Behandlung von Filterpapier mit einem aus Flechten gewonnenen Farbstoff hergestellt wird. Eine auf Lackmuspapier aufgetragene Lösung behält entweder die gleiche Farbe des Lackmus oder verändert sie.

Roter Lackmus ist eine schwache Diprotonensäure; es kann zwei Wasserstoffatome spenden. Unter pH 4,5 bleibt ein rotes Lackmuspapier rot, wird aber in einer Base blau. Oberhalb von pH 8,3 bleibt ein blaues Lackmuspapier blau, wird aber in einer Säure rot.

Der Lackmusindikator kann keinen pH-Wert bestimmen, nur um zwischen Säuren und Basen unterscheiden. Neutrales Lackmuspapier ist lila.

Der Phenolphthalein-Indikator ist eine schwache Säure mit zwei unterschiedlichen Strukturen, je nachdem, ob er in einer alkalischen (rosa) oder sauren (farblosen) Lösung vorliegt. Die Alkalilösung absorbiert Licht im sichtbaren Lichtspektrum, und das menschliche Auge nimmt bei einem pH-Wert von 8,2 einen Farbumschlag zu Rosa wahr, der bei pH 10 und darüber weiter zu hellem Magenta wird.

Phenolphthalein wird häufig als Indikator bei Säure-Base-Titrationsexperimenten im chemischen Labor verwendet. Eine Lösung bekannter Konzentration wird vorsichtig zu einer Lösung mit unbekannter Konzentration und dem Phenolphthalein-Indikator hinzugefügt. Wenn sich die Lösung von farblos zu rosa (oder umgekehrt) ändert, Titration oder Neutralisationspunkt erreicht wurde, und die unbekannte Konzentration kann berechnet werden.

Bromthymolblau, eine schwache Säure, wird am häufigsten als Indikator für relativ neutrale Lösungen verwendet – schwache Säuren und Basen. Sein pH-Bereich liegt zwischen 6 und 7,6. Bis pH 6 erscheint die Lösung gelb, in neutraler Lösung grün und über pH 7,6 in basischen Lösungen blau.

Im Labor wird Bromthymolblau häufig als biologische Objektträgerfärbung, zum Testen der Photosynthese und kann verwendet werden, um den pH-Wert von Schwimmbädern zu testen.

Als Säure- und Basenindikator färbt sich Methylrot in sauren Lösungen bei pH 4,4 und darunter rot und bei Erreichen von pH 6,2 gelb. Zwischen diesen Farbendpunkten, im pH-Bereich 4,4 bis 6,2, ist die Farbe orange.

Methylrot kann im Labor als Säure- und Basenindikator und als Azofarbstoff verwendet werden, der größten Gruppe synthetischer Farbstoffe, Wird häufig zur Behandlung von Textilien verwendet.

Ein universeller Indikator ist eine Lösung, die eine Mischung von Indikatoren enthält, oft Phenolphthalein, Methylrot und Bromthymolblau. Die Bestimmung eines ungefähren pH-Wertes wird durch Zugabe mehrerer Tropfen eines Universalindikators zu einer Lösung erhalten.

Rot zeigt eine starke Säure im Bereich von pH 1 bis 4 an, während eine schwache Säure einen orangen Farbton hat. In einer neutralen Lösung wird die Farbe gelbgrün. Violett zeigt eine starke Base oberhalb von pH 11 an, während schwache Basen einen bläulichen Farbton aufweisen.