Методы определения pH

Определение pH осуществляют потенциометрическим, визуально-колориметрическим или фотоколориметрическим методами.

Для определения pH визуально-колориметрическим методом используют кислотно-основные индикаторы, которые представляют собой слабые органические кислоты и основания, имеющие различную окраску в диссоциированной и молекулярной формах. Цвет раствора индикатора зависит от соотношения между ионной и молекулярной формами. Их концентрация зависит от pH раствора. Следовательно, окраска раствора будет показателем концентрации ионов водорода.

На совмещении протолитических равновесий основано использование индикаторов для определения pH. Индикаторы представляют собой слабые кислоты или основания, изменяющие окраску в обратимых протолитических реакциях. Молекулярная форма одноцветных индикаторов бесцветна, ионная — окрашена. В растворе индикатора-кислоты устанавливается равновесие:

При добавлении к водному раствору такого индикатора более сильной, чем индикатор кислоты, сопряженное основание (Ind-) переходит в соответствующую бесцветную кислоту (HInd): интенсивность окраски ослабевает или исчезает. Наоборот, прибавление нескольких капель раствора щелочи вызывает смещение равновесия в противоположном направлении: концентрация окрашенной формы индикатора [Ind-] возрастает, интенсивность окраски усиливается. Это соответствует определенному значению pH. Очевидно, что в данных условиях возникают конкурентные отношения между основаниями OHи Ind-за протон.

Преобразовав уравнение кислотной ионизации применительно к индикатору-кислоте, получим:

Последнее уравнение можно привести к виду:

где б — степень ионизации индикатора.

Величина pH раствора равна значению pKa (HInd), если концентрации молекулярной и ионной форм индикатора равны между собой. Интенсивность окраски индикатора изменяется в определенном диапазоне значений pH, отвечающих двум крайним случаям полного смещения равновесия, однако отчетливые изменения окраски, фиксируемые визуально или с помощью фотометра, возможны в том случае, если концентрации одной формы превышают другую не более чем в 10 раз. Следовательно, в случае индикаторов-кислот можно.

Диапазон значений pH = pKa (HInd) ± 1 называется интервалом перехода окраски индикатора.

Область значения, при которой происходит изменение окраски индикатора можно рассчитать по формуле pH = рКинд ± 1. Интервал перехода метилового оранжевого ~4±1, т. е. 3−5. Чем выше Кд индикатора, тем легче его молекула распадается на ионы, тем меньше значение pH, при котором он изменяет свою окраску. Например, Кд метилового оранжевого ?10−4 гораздо больше, чем Кд фенолфталеина ?10−9. Поэтому область перехода метилового оранжевого лежит при более низких значениях pH раствора.

В настоящее время изготавливают индикаторную бумагу, пропитанную смесью различных индикаторов и показывающую несколько переходов цвета; с помощью такой бумаги можно определить pH раствора с точностью до единицы в интервале pH 1−13. Такую индикаторную бумагу называют универсальной индикаторной бумагой.

Характеристики некоторых кислотно-основных индикаторов.