شاخص های اسید پایه

آیا می دانید اگر برگهای کلم قرمز را با آب گرم اضافه کرده و آن را مخلوط کنید تا زمانی که آب کلم به رنگ بنفش داشته باشید ، در واقع نشانگر پایه اسیدی خود را می سازید؟کلم قرمز دارای فلاوین ، نوعی مولکول آنتوسیانین است که هنگام مخلوط شدن با اسید یا پایه ، رنگ را تغییر می دهد. اگر اسیدی به آن اضافه کنید ، آب کلم قرمز می شود ، در حالی که اگر پایه ای را به آن اضافه کنید ، از بنفش به مایل به سبز مایل به آبی تغییر می کند!

بسیار جالب ، درست است؟حال ، بیایید به دنیای شاخص های اسید پایه شیرجه بزنیم!

• ابتدا یک شاخص اسید پایه را تعریف خواهیم کرد.
• سپس ، ما در مورد محدودیت شاخص های اسید پایه صحبت خواهیم کرد.
• در مرحله بعد ، ما به انواع مختلف شاخص های اسید پایه و تغییر رنگ آنها شیرجه می شویم.
• سرانجام ، ما نگاهی به تئوری های مربوط به شاخص های اسید پایه خواهیم انداخت.

تعریف یک شاخص اسید پایه

اول ، ما باید تعریف کنیم که یک شاخص اسید پایه چیست.

یک شاخص اسید پایه ماده ای است که هنگام تغییر در pH یک محلول آبی ، تغییر قابل مشاهده (معمولاً تغییر رنگ) را نشان می دهد.

شاخص ها اسیدهای ضعیف یا پایه هستند. یک شاخص (HIN) تا حدی در آب جدا می شود تا یون های H + و فرم کونژوگه آن را در - ایجاد کند.

hin (aq) ⇌ h + (aq) + in - (aq)

• هین شاخص اتحادیه است که دارای رنگ است.
• در - پایه مزدوج هین است که در مقایسه با هین رنگ متفاوتی دارد

آنچه در مورد نشانگرها بسیار جالب است این است که رنگ هین_(aq)(یعنی فرم pH پایین) و پایه کونژوگه در -_(aq)(یعنی فرم pH بالاتر) متفاوت هستند.

در اصل ، رنگ نشانگر به غلظت نسبی HIN و IN بستگی دارد. در صورت وجود بیشتر مولکول های شاخص به شکل هین ، یک محلول از رنگ pH پایین ، HIN برخوردار خواهد بود. به همین ترتیب ، یک محلول رنگ IN را دارد - اگر بیشتر مولکول های شاخص به شکل در وجود داشته باشند -.

• اگر محلول حاوی مقادیر تقریباً مساوی از اسید ضعیف و شکل پایه کونژوگه باشد ، رنگ ترکیبی از این دو خواهد بود!

اگر هنوز با عناوین پایه اسید آشنا نیستید ، ابتدا "عناوین اسید پایه" را بخوانید ، و سپس به این نقطه برگردید تا یادگیری را ادامه دهید!

شاخص ها کاربردهای مختلفی دارند: می توان از آنها برای سیگنال نقطه پایانی تیتراسیون اسید پایه استفاده کرد و همچنین pH یک محلول را تخمین می زند! شاخص های اسید پایه به شیمیدانان کمک می کنند تا بدانند که نقطه پایان تیتراسیون به دست آمده است. در حالت ایده آل ، شاخص باید رنگ را در نقطه هم ارزی تغییر دهد. با این حال ، تغییرات pH در نزدیکی نقطه هم ارزی سریع است و یک قطره اضافی از عنوان می تواند pH را توسط چندین واحد تغییر دهد.

نقطه آخر به نقطه ای گفته می شود که نشانگر رنگ را تغییر می دهد. معمولاً از نظر pH نقطه هم ارزی نزدیکی دارد.

بیایید به نمونه ای که شامل یک اسید ضعیف/تیتراسیون پایه قوی است ، نگاهی بیندازیم.

در تیتراسیون پایه ای ضعیف/قوی ، ما می دانیم که نقطه هم ارزی کمی بالاتر از pH 7 خواهد بود. بنابراین ، برای اینکه بتوانیم زمان رسیدن به نقطه معادل سازی را تشخیص دهیم ، می توانیم از شاخصی استفاده کنیم که رنگ اطراف آن pH را تغییر می دهددامنه. فنل فتالین شاخصی است که معمولاً در عناوین پایه اسید/قوی مورد استفاده قرار می گیرد زیرا رنگ را در حدود pH 8. 2 تغییر می دهد.

• هنگامی که برای اولین بار به محلول اسید ضعیف اضافه شد ، فنول فتالین بی رنگ است.
• سپس NaOH اضافه می شود و هنگامی که pH محلول در حدود 8. 2 می شود ، فنل فتالین رنگ محلول را از بی رنگ به صورتی روشن تغییر می دهد!
• اگر NaOH بیشتر اضافه شود ، محلول به رنگ صورتی/بنفش تیره تر می شود.

بیایید در مورد یک شاخص دیگر فکر کنیم. meth yl red نشانگر است که بین pH 4. 2 و 6. 3 رنگ را تغییر می دهد. متیل قرمز هنگام برخورد با تیتراسیون یک پایه ضعیف با استفاده از یک اسید قوی ، یک شاخص عالی است زیرا pH یک پایه ضعیف/تیتراسیون اسید قوی در نقطه هم ارزی کمی کمتر از 7 است ، بنابراین نقطه هم ارزی در فاصله pH قرار می گیرد!

شما احتمالاً قبلاً در آزمایشگاه شیمی خود یک مقاله Litmus را شنیده اید یا حتی از آنها استفاده کرده اید. Litmus یک شاخص اسید پایه است که از گلسنگ ساخته شده است ، که معمولاً برای بررسی وجود اسیدها و پایه ها استفاده می شود. از کاغذ Litmus آبی برای نشان دادن وجود یک اسید استفاده می شود. اگر اسید وجود داشته باشد ، کاغذ لیتم آبی قرمز می شود! به همین ترتیب ، یک کاغذ قرمز Litmus هنگام حضور در یک پایه به رنگ آبی می شود!

برای یافتن pH تقریبی یک راه حل ، می توانیم از یک شاخص جهانی ، که از مخلوطی از چندین شاخص تشکیل شده است ، استفاده کنیم. به عنوان مثال ، اگر می خواستیم pH سفید کننده را تعیین کنیم ، می توانیم چند قطره از شاخص جهانی را به نمونه ای از سفید کننده اضافه کنیم و تغییر رنگ را یادداشت کنیم. سپس می توانیم تغییر رنگ را با مقیاس pH مقایسه کنیم تا pH تقریبی پیدا کنیم.

Bleach دارای pH اساسی/قلیایی در حدود 12 است. بنابراین ، باید انتظار داشته باشید که با افزودن یک شاخص جهانی ، سفید کننده به یک رنگ بنفش تبدیل شود!

مقیاس pH - Originals StudySmarter.

نظریه های شاخص های اسید پایه

اکنون که می دانیم شاخص های اسید پایه چیست ، بیایید به برخی از نظریه های مربوط به آنها نگاه کنیم! دو تئوری وجود دارد که شما باید با آنها آشنا باشید: نظریه اوستوالد و نظریه کوینوئید.

نظریه اوستوالد در سال 1891 ارائه شد ، و این مبتنی بر اسید آرنیوس و نظریه پایه است.

اسیدهای Arrhenius H + را در H اهدا می کنند₂o ، افزایش غلظت یون های هیدروژن در محلول آبی. پایگاه های آرنیوس OH - در ساعت اهدا می کنند₂o ، افزایش غلظت یونهای هیدروکسید.

طبق نظریه اوستوالد ، یک شاخص اسید پایه می تواند یک اسید آلی ضعیف یا یک پایه آلی ضعیف باشد. تغییر رنگ یک شاخص به دلیل یونیزاسیون جزئی شاخص و رنگهای مختلفی که فرم اتحادیه و شکل پایه (یونیزه شده) وجود دارد ، رخ می دهد.

به عنوان مثال ، فنل فتالین (HPH) تا حدی جدا می شود تا یون های H + و pH را تشکیل دهد. HPH بی رنگ است ، در حالی که pH - صورتی است.

نظریه دوم ، نظریه کینونوئید ، بر این عقیده است که شاخص های اسید پایه در دو شکل tautomeric (بنزنوئید و کینونوئید) وجود دارند و این دو شکل دارای رنگ های مختلفی هستند. یک تاوتومر در یک محیط اسیدی وجود دارد ، و دیگری در یک محیط اساسی وجود دارد. بنابراین ، تغییر رنگ به دلیل تبدیل از یک تاوتومر به دیگری با تغییر pH محلول رخ می دهد.

فنول فتالین در محلول اسیدی و یک فرم کوئینوئید در محلول اساسی دارای فرم بنزنوئید است.

تغییر ساختار به فنل فتالین - Originals StudySmarter.

محدودیت شاخص های اسید پایه

همانطور که در بالا یاد گرفتیم ، شاخص ها بسته به شکل آنها رنگ های مختلفی دارند (HIN یا IN -). محدودیت شاخص های اسید پایه دامنه pH آنها است. شاخص ها فقط رنگ ها را در محدوده pH خاص تغییر می دهند ، بنابراین شما باید با دامنه pH آنها آشنا باشید تا بتوانید شاخص مناسب را برای تیتراسیون اسید پایه انتخاب کنید.

• برای تیتراژهای پایه قوی اسید/قوی ، شاخص های اسید پایه ای که معمولاً مورد استفاده قرار می گیرند ، مواردی هستند که رنگ را در pH 7 تغییر می دهند.
• For weak acid/strong base titrations, the acid-base indicators commonly used are those that change color at pH >7
• برای تیتراسیون های پایه ضعیف/ اسید قوی ، شاخص های اسید پایه که معمولاً مورد استفاده قرار می گیرند ، مواردی هستند که رنگ را در pH تغییر می دهند< 7.

نمودار نشانگر اسید پایه

بیایید نگاهی به دامنه pH برخی از شاخص ها و pH نقطه انتهایی بیندازیم. به یاد داشته باشید که رنگ در pH پایین رنگ اسید یا پایه ضعیف است ، در حالی که رنگ در pH بالاتر رنگ شکل ترکیب آن است.

نقطه پایانی pH است که در آن نشانگر به رنگی بین دو رنگ تغییر می کند.

به عنوان مثال، بروموتیمول آبی در pH پایین تر (HIn) رنگ زرد و در PH بالاتر آبی (In - ) دارد. با این حال، در نقطه پایانی، رنگ تشکیل شده نوعی رنگ سبز است!

برخی از مشکلات را حل کنیم!

کدام شاخص اسید-باز را برای تیتراسیون اسید/باز قوی انتخاب می کنید؟

در تیتراسیون اسید/باز قوی، نقطه هم ارزی در pH 7 است. بنابراین، مناسب ترین شاخص برای این نوع تیتراسیون، بروموتیمول آبی است.

اگر تصمیم به انجام تیتراسیون اسید ضعیف/باز قوی داشته باشید، از کدام یک از موارد زیر به عنوان شاخص استفاده می کنید؟متیل اورنج، بروموتیمول بلو یا فنل فتالئین؟

در تیتراسیون اسید ضعیف/باز قوی، نقطه هم ارزی دارای pH بیشتر از 7 است. بنابراین، باید شاخصی با محدوده pH بیشتر از 7 انتخاب کنیم.

• بروموتیمول بلو دارای محدوده pH 6. 0 - 7. 6 است
• متیل اورنج دارای محدوده pH 3. 2 - 4. 4 است
• فنل فتالئین دارای محدوده pH 8. 2 تا 10 است

از بین سه شاخص، مناسب ترین مورد برای استفاده در تیتراسیون اسید ضعیف/باز قوی فنل فتالئین است زیرا کل محدوده pH آن بیشتر از 7 است.

رنگ نشانگرهای اسید-باز

هر شاخص دارای محدوده pH متفاوت و رنگ های متفاوتی است! ابتدا بیایید به تصویر زیر نگاه کنیم که رنگ برخی از شاخص های رایج را نشان می دهد.

ما می توانیم از این تصویر برای حل برخی از مشکلات استفاده کنیم! بیایید به چند نمونه نگاه کنیم!

فنل فتالئین در محلول آمونیاک چه رنگی دارد؟

آمونیاک دارای pH حدود 11-12 است. بنابراین، با نگاه کردن به تصویر بالا، می دانیم که در آن pH خاص، فنل فتالئین یک رنگ صورتی فوشیا خواهد داشت!

رنگ متیل اورنج در محلولی که PH آن 2 است چه خواهد بود؟

با توجه به تصویر بالا، در PH 2 متیل نارنجی رنگ قرمز خواهد داشت!

آیا می دانستید که گل های ادریسی شاخص طبیعی محسوب می شوند؟این گل‌ها وقتی در جامدات اسیدی رشد می‌کنند به رنگ آبی و در خاک‌هایی با pH پایه صورتی/قرمز هستند! انواع دیگر شاخص های طبیعی عبارتند از رز قرمز و صورتی، زنبق آبی و حتی برخی میوه ها و سبزیجات مانند توت فرنگی و چغندر!

اکنون، امیدوارم هنگام انتخاب نشانگرهای اسید-باز، اعتماد به نفس بیشتری داشته باشید!

نشانگرهای اسید-باز - موارد کلیدی

• یک شاخص اسید پایه ماده ای است که هنگام تغییر در pH یک محلول آبی ، تغییر قابل مشاهده (معمولاً تغییر رنگ) را نشان می دهد.
• در نشانگرهای اسید-باز، رنگ Hin و باز مزدوج In - متفاوت است.
• شاخص های اسید پایه رنگ را در محدوده pH خاص تغییر می دهند.

منابع

1. Lawrie ، R. ، & Norris ، R. (2014). کمبریج بین المللی AS و شیمی سطح.
2. Brown ، T. E. ، Lemay ، H. E. H. ، Bursten ، B. E. ، & Murphy ، C. (2014). شیمی علوم مرکزی نسخه سیزدهم. سالن پرنتیس.
3. Saunders ، N. (2020). شیمی Supersimple: راهنمای مطالعه نهایی Bitesize. لندن: Dorling Kindersley.

سؤالاتی که اغلب در مورد شاخص های اسید پایه پرسیده می شود

شاخص اسید پایه چیست؟

یک شاخص اسید پایه ماده ای است که هنگام تغییر در pH یک محلول آبی ، تغییر قابل مشاهده (معمولاً تغییر رنگ) را نشان می دهد.

استفاده از شاخص های اسید پایه چیست؟

از شاخص ها می توان برای نشان دادن نقطه پایانی یک تیتراسیون پایه اسید استفاده کرد ، و همچنین توسط شیمیدانان برای تخمین pH یک محلول استفاده می شود!

چگونه می توان PKA یک نشانگر پایه اسیدی را پیدا کرد؟

PK_aشاخص های اسید پایه برابر با pH محلول در نقطه پایانی تیتراسیون خواهد بود.

شاخص های طبیعی اسیدها و پایه ها چیست؟

شاخص های طبیعی انواع گیاهان و میوه ها هستند که در حضور اسیدها یا پایه ها رنگ را تغییر می دهند. نمونه ای از یک شاخص طبیعی Hydrangea است. این گلها وقتی در مواد جامد اسیدی رشد می کنند ، به رنگ آبی هستند و در خاک هایی با pH اساسی صورتی/قرمز می شوند

مثال نشانگر پایه اسیدی چیست؟

نمونه ای از یک شاخص اسید پایه ، eth yl قرمز است. متیل قرمز نشانگر است که بین pH 4. 2 و 6. 3 رنگ را تغییر می دهد.