Wskaźniki kwasowe i zasadowe są używane w chemii do określania pH substancji. Zmieniają się na różne kolory w zależności od tego, czy są dodawane do kwasu, zasady czy substancji obojętnej. Większość wskaźników jest sama słabe kwasy i reagują na zmiany stężenia jonów wodorowych.
Skala pH oraz wskaźniki kwasów i zasad
Zakres pH wynosi od 0 do 14, przy czym 7 jest neutralne. pH powyżej 7 wskazuje na zasadę, a poniżej 7 na kwas. Skala pH jest logarytmiczna, a z każdą indywidualną zmianą liczby na skali następuje dziesięciokrotna zmiana kwasowości zasadowości (zasadowości).
Wskaźniki kwasowe i zasadowe są wrażliwe na zmianę pH, a dokładniej na zmianę stężenia jony wodorowe, H+, w rozwiązaniu.
Większość wskaźników kwasowych i zasadowych to duże cząsteczki organiczne, które zawierają naprzemienne podwójne i pojedyncze wiązania węgiel-węgiel. W roztworach zasadowych wskaźniki kwasowe i zasadowe stają się jonami, tracąc jony wodorowe ze swojego składu chemicznego, zwykle z grupy OH. Zmienia to strukturę cząsteczki, powodując, że wskaźniki absorbują światło o różnych długościach fal i zmieniają kolory.
Rodzaje wskaźników
Wiele rodzajów wskaźników działa w całej skali pH. Ważne jest, aby wybrać taki, który mieści się w rozważanym zakresie pH. Kilka wspólnych wskaźników podano poniżej.
Papierek lakmusowy
Jednym z powszechnych wskaźników kwasów i zasad jest papierek lakmusowy wytworzony przez traktowanie bibuły filtracyjnej barwnikiem uzyskanym z porostów. Roztwór nałożony na papierek lakmusowy albo utrzyma lakmus w tym samym kolorze, albo go zmieni.
Czerwony lakmus jest słabym kwasem diprotonowym; może oddać dwa atomy wodoru. Poniżej pH 4,5 czerwony papierek lakmusowy pozostaje czerwony, ale zmienia kolor na niebieski w bazie. Powyżej pH 8,3 niebieski papierek lakmusowy pozostaje niebieski, ale zmienia kolor na czerwony w kwasie.
Wskaźnik lakmusowy nie jest w stanie określić wartości pH, tylko do rozróżnić kwasy i zasady. Neutralny papierek lakmusowy jest fioletowy.
Wskaźnik fenoloftaleiny
Wskaźnik fenoloftaleiny jest słabym kwasem, który ma dwie różne struktury w zależności od tego, czy jest w roztworze alkalicznym (różowym), czy kwaśnym (bezbarwnym). Roztwór alkaliczny absorbuje światło w widmie światła widzialnego, a ludzkie oko dostrzega zmianę koloru na różowy przy pH 8,2, kontynuując jasną purpurę przy pH 10 i wyższym.
Fenoloftaleina jest powszechnie stosowana jako wskaźnik w eksperymentach miareczkowania kwasowo-zasadowego w laboratorium chemicznym. Roztwór o znanym stężeniu ostrożnie dodaje się do roztworu o nieznanym stężeniu i wskaźnika fenoloftaleiny. Gdy roztwór zmieni kolor z bezbarwnego na różowy (lub odwrotnie), miareczkowanie lub osiągnięto punkt neutralizacji i można obliczyć nieznane stężenie.
Wskaźnik błękitu bromotymolowego
Błękit bromotymolowy, słaby kwas, jest najczęściej używany jako wskaźnik dla roztworów, które są stosunkowo obojętne — słabe kwasy i zasady. Jego zakres pH wynosi od 6 do 7,6. Roztwór wydaje się żółty do pH 6, w roztworze obojętnym jest zielony, a zmienia kolor na niebieski w roztworach zasadowych powyżej pH 7,6.
W laboratorium błękit bromotymolowy jest często używany jako plama biologiczna, do badania fotosyntezy i może być używany do badania pH basenów.
Wskaźnik czerwieni metylowej
Jako wskaźnik kwasu i zasady, czerwień metylowa zmienia kolor na czerwony w kwaśnych roztworach o pH 4,4 i niższym i zmienia kolor na żółty po osiągnięciu pH 6,2. Pomiędzy tymi punktami końcowymi koloru, w zakresie pH 4,4 do 6,2, kolor jest pomarańczowy.
Czerwień metylowa może być stosowana jako wskaźnik kwasowo-zasadowy w laboratorium oraz jako barwnik azowy, najliczniejsza grupa syntetycznych barwniki, powszechnie stosowany do obróbki tekstyliów.
Uniwersalny wskaźnik
Uniwersalnym wskaźnikiem jest roztwór zawierający mieszaninę wskaźników, często fenoloftaleiny, czerwieni metylowej i błękitu bromotymolowego. Identyfikację przybliżonego pH uzyskuje się przez dodanie do roztworu kilku kropli uniwersalnego wskaźnika.
Czerwony oznacza mocny kwas, w zakresie pH 1 do 4, podczas gdy słaby kwas ma pomarańczowy odcień. W neutralnym roztworze kolor zmienia się na żółto-zielony. Fioletowy oznacza mocną zasadę, powyżej pH 11, podczas gdy słabe zasady wykazują niebieskawy odcień.