Miksi fenolftaleiini muuttaa väriä?

Fenolftaleiinin indikaattorin avulla kemistit voivat visuaalisesti tunnistaa, onko aine happo vai emäs. Värinmuutos fenolftaleiinissa on seurausta ionisaatiosta, mikä muuttaa fenolftaleiinimolekyylien muotoa.

Phenolphthalein (lausutaan maksu-nawl-thal-een), usein lyhennettynä phph, on heikko happo. Tämä lievästi happama yhdiste on valkoinen tai keltainen kiteinen kiinteä aine. Se liukenee helposti alkoholeihin ja liukenee hieman veteen. Fenolftaleiini on suuri orgaaninen molekyyli, jonka kemiallinen kaava on C₂₀H₁₄O₄.

Ionisointi tapahtuu, kun molekyyli saa tai menettää elektroneja, mikä antaa molekyylille negatiivisen tai positiivisen sähkövarauksen. Ionisoidut molekyylit houkuttelevat muita molekyylejä päinvastaisella varauksella ja hylkäävät saman varauksen molekyylit.

Fenolftaleiini on heikko happo ja väritön liuoksessa, vaikka sen ioni on vaaleanpunainen. Jos vetyionit (H⁺, kuten löytyy haposta) lisättiin vaaleanpunaiseen liuokseen, tasapaino muuttuisi ja liuos olisi

Fenolftaleiini-indikaattorilla on kaksi erilaista rakennetta sen perusteella, onko se alkali- (vaaleanpunainen) vai hapan (väritön) liuos. Molemmat rakenteet absorboivat valoa ultraviolettialueella, alueella, johon ihmissilmä ei pääse. Vaaleanpunainen muoto absorboi kuitenkin myös näkyvän valon spektrin.

Syy näkyvän valon imeytymiseen on fenolftaleiini-indikaattorin vaaleanpunaisen muodon rakenne. Ionisoinnin takia molekyylin elektronit ovat sijoittuneet enemmän kuin värittömässä muodossa. Lyhyesti sanottuna delokalisoituminen on silloin, kun molekyylin elektroneja ei ole liitetty yhteen atomiin, vaan ne ovat levinneet useampaan kuin yhteen atomiin.

Delokalisoitumisen lisääntyminen siirtää energiakuilua molekyylien orbitaalien välillä. Vähemmän energiaa tarvitaan elektronille hypätä korkeammalle kiertoradalle. Energian absorptio on vihreällä alueella, 553 nanometriä, valospektristä.

Ihmissilmä havaitsee liuoksessa vaaleanpunaisen sävyn. Mitä vahvempi emäksinen liuos on, sitä enemmän fenolftaleiinin indikaattori muuttuu ja tummempi vaaleanpunainen sävy on.

PH-asteikko on välillä 0 - 14, pH-arvon 7 ollessa neutraali. Aineen alle pH 7 pidetään happamana; yli pH 7 pidetään emäksisenä.

Fenolftaleiini on luonnostaan ​​väritöntä, mutta muuttuu vaaleanpunaiseksi emäksisissä liuoksissa. Yhdiste pysyy värittömänä läpi happamien pH-tasojen, mutta alkaa muuttua vaaleanpunaiseksi pH-tasolla 8.2 ja jatkuu kirkkaaksi purppuraksi pH-arvossa 10 tai enemmän.

Vuonna 1871 saksalainen kemisti Adolf von Baeyer löysi fenolftaleiinin yhdistämällä fenolin ja ftaalin anhydridi rikkihapon tai sinkkikloridin läsnä ollessa, valmistusmenetelmä, jota käytetään edelleen nykyään.

Kemian laboratoriossa fenolftaleiinia käytetään enimmäkseen happo-emäksessä titraukset. Liuos, jonka konsentraatio on tunnettu, lisätään varovasti yhteen, jonka konsentraatio on tuntematon. Fenolftaleiinin indikaattori lisätään tuntemattomaan pitoisuuteen. Kun liuos muuttuu värittömästä vaaleanpunaiseksi (tai päinvastoin), titraus tai neutralointipiste on saavutettu, ja tuntematon pitoisuus voidaan laskea.

Aikaisemmin fenolftaleiinia on käytetty laksatiivina. Se oli osa Ex-Laxia ummetuksen lievittämiseen tiskin. Sen käyttö Yhdysvalloissa kiellettiin kuitenkin vuonna 1999, kun tutkimus osoitti sen mahdolliseksi syöpää aiheuttavaksi aineeksi (syöpää aiheuttava aine).