Fenolftaleīna indikators ļauj ķīmiķiem vizuāli noteikt, vai viela ir skābe vai bāze. Krāsu izmaiņas fenolftaleīnā ir jonizācijas rezultāts, un tas maina fenolftaleīna molekulu formu.
Kas ir fenolftaleīns?
Fenolftaleīns (izteikts fee-nawl-thal-een), ko bieži saīsina kā phph, ir vāja skābe. Šis viegli skābais savienojums ir balta vai dzeltena kristāliska cieta viela. Tas viegli izšķīst spirtos un nedaudz šķīst ūdenī. Fenolftaleīns ir liela organiska molekula ar ķīmisko formulu C20H14O4.
Jonizācija un fenolftaleīna indikators
Jonizācija notiek, kad molekula iegūst vai zaudē elektronus, un tas molekulai piešķir negatīvu vai pozitīvu elektrisko lādiņu. Jonizētās molekulas piesaista citas molekulas ar pretēju lādiņu un atgrūž tās ar tādu pašu lādiņu.
Fenolftaleīns ir vāja skābe un šķīdumā ir bezkrāsaina, lai gan tā jons ir sārts. Ja ūdeņraža joni (H+, kas atrodams skābē) tika pievienoti rozā šķīdumam, līdzsvars pārslēgtos un risinājums būtu bezkrāsains. Pievienojot hidroksīda jonus (OH-, kā atrodams bāzēs) fenolftaleīns mainīsies par jonu un pagriezīs šķīdumu rozā.
Fenolftaleīna struktūra
Fenolftaleīna indikatoram ir divas dažādas struktūras, pamatojoties uz to, vai tas ir sārma (rozā) vai skābes (bezkrāsains) šķīdumā. Abas struktūras absorbē gaismu ultravioletajā reģionā, reģionā, kas nav pieejams cilvēka acīm. Tomēr rozā forma absorbējas arī redzamās gaismas spektrā.
Redzamās gaismas absorbcijas iemesls ir fenolftaleīna indikatora rozā formas struktūra. Jonizācijas dēļ elektroni molekulā ir vairāk delokalizēti nekā bezkrāsainā formā. Īsāk sakot, delokalizācija ir tad, kad molekulas elektroni nav saistīti ar vienu atomu, un tā vietā tiek izplatīti vairāk nekā vienā atomā.
Delokalizācijas pieaugums maina enerģijas plaisu starp molekulārajām orbitālēm. Lai elektrons varētu pāriet uz augstāku orbitālu, ir vajadzīgs mazāk enerģijas. Enerģijas absorbcija atrodas zaļā apgabalā, 553 nanometri, no gaismas spektra.
Cilvēka acs šķīdumā uztver rozā nokrāsu. Jo stiprāks ir sārmains šķīdums, jo vairāk mainās fenolftaleīna indikators un tumšāks būs rozā nokrāsa.
Fenolftaleīna pH diapazons
PH skala ir no 0 līdz 14, pH 7 ir neitrāls. Viela zem pH 7 tiek uzskatīta par skābu; virs pH 7 tiek uzskatīts par bāzisku.
Fenolftaleīns dabiski ir bezkrāsains, bet sārmainos šķīdumos kļūst sārts. Savienojums paliek bezkrāsains visā skābā pH līmeņa diapazonā, bet pie pH līmeņa sāk kļūt sārts 8.2 un turpinās līdz spilgtai fuksīnam pie pH 10 un vairāk.
Fenolftaleīna atklāšana, ražošana un izmantošana
1871. gadā vācu ķīmiķis Ādolfs fon Bajers atklāja fenolftaleīnu, sakausējot fenolu un ftalus anhidrīds sērskābes vai cinka hlorīda klātbūtnē, ražošanas process tiek izmantots joprojām.
Ķīmijas laboratorijā fenolftaleīnu galvenokārt izmanto skābes bāzē titrēšana. Zināmas koncentrācijas šķīdumu uzmanīgi pievieno nezināmas koncentrācijas šķīdumam. Fenolftaleīna indikatoru pievieno nezināmai koncentrācijai. Kad šķīdums kļūst no bezkrāsaina līdz rozā (vai otrādi), titrēšana vai ir sasniegts neitralizācijas punkts, un var aprēķināt nezināmo koncentrāciju.
Agrāk fenolftaleīns tika izmantots kā caurejas līdzeklis. Tas bija Ex-Lax sastāvdaļa bezrecepšu aizcietējumu novēršanai. Tomēr 1999. gadā to bija aizliegts lietot Amerikas Savienotajās Valstīs pēc tam, kad pētījumi to parādīja kā iespējamu kancerogēnu (vēzi izraisošu vielu).