Окислительно-восстановительные индикаторы

(перенаправлено с «Редокс-индикаторы»)

Окисли́тельно-восстанови́тельные индика́торы (редо́кс-индика́торы[К 1]) — вещества, которые применяются для определения точки эквивалентности в окислительно-восстановительных реакциях.

Эксперимент «Голубая колба»[en]: демонстрация действия окислительно-восстановительного индикатора

Чаще всего такими индикаторами являются органические соединения, которые проявляют окислительно-восстановительные свойства, и металлоорганические, в которых по достижении определённого потенциала меняется степень окисления металла. В обоих случаях изменения в структуре сопровождаются изменением окраски соединения.

КлассификацияПравить

 
Метиленовый синий

В зависимости от типа взаимодействия различают индикаторы:

  • общие — меняют свою окраску в соответствии с потенциалом и независимо от природы веществ в растворе (например, дифениламин, метиленовый синий);
  • специфические — дают реакцию только с определёнными соединениями (крахмал является индикатором на иод, тиоцианат-ионы — на катион Fe3+).

В зависимости от схемы перехода цвета индикаторы делят на:

  • одноцветные — одна форма имеет цвет, другая — бесцветная;
  • двухцветные — обе формы имеют собственные цвета.

Применяемые индикаторы должны соответствовать требованиям:

  • хорошо растворяться в воде, кислотах и других типичных средах для титрования;
  • быть устойчивыми к действию света, воздуха, других компонентов в растворе и стабильным при длительном хранении;
  • окраски окисленной и восстановленной форм должны чётко отличаться;
  • интервал потенциала, на котором происходит переход между формами, должен быть узким и отвечать скачку на кривой титрования;
  • окраска должна меняться быстро, а ответная реакция быть полностью обратимой, не нести влияния посторонних реакций;
  • изменение цвета раствора в конечный точке титрования должно быть чётким даже при наименьшем количестве добавленного индикатора.

Протекание реакцииПравить

 
Окисленная и восстановленная формы ферроина (и цвета их комплексов)

Общей схемой действия индикатора является обратная реакция восстановления его окисленной формы:

Indox + ne- ⇌ Indred

Иногда взаимодействие также проходит с участием ионов H+:

Indox + ne- + xH+⇌ Indred; (x может приобретать как положительных, так и отрицательных значений).

Эта реакция не влияет на поведение индикаторов, однако вызывает дополнительный расход титранта.

В общем виде потенциал индикатора, который участвует во взаимодействии, описывается уравнением Нернста:

 ,
где E0ox/red — стандартный потенциал для данной пары форм, что соответствует условию [Indox]=[Indred]

Считается, что переход окраски заметен при десятикратном преобладании одной формы над другой. В этом случае множители в уравнении приобретут вид   и  , что равно 1 и -1 соответственно. Из этого предположения следует определение интервала перехода окраски индикатора pT:

 

Например, дифениламин, который имеет стандартный потенциал 0,76 В и совершает переход при участии двух электронов, меняет окраску в диапазоне 0,76±0,03 В. При значениях меньше 0,73 В он является бесцветным, при больших чем 0,79 преобладает фиолетовая форма. В промежутке 0,73—0,79 В окраска меняется постепенно.

Погрешности при использовании индикаторовПравить

При использовании окислительно-восстановительных индикаторов выделяется три погрешности:

  • химическая — отсутствие совпадения конечной точки титрования (момента смены окраски) с реальной точкой эквивалентности. Момент смены определяется потенциалом индикатора, на который могут влиять pH среды и ионная сила раствора, поэтому, например, если в ходе определения сильно меняется значение pH, момент смены окраски может не совпадать со скачком на кривой титрования и вызвать искажения результатов;
  • визуальная — неспособность человеческого глаза точно различать изменения окраски;
  • индикаторная — расход дополнительного количества титранта на взаимодействие с индикатором.

Распространённые индикаторыПравить

Водный раствор нейтрального красного
Индикатор Цвет формы Стандартный
потенциал перехода, В[К 2]
Indox Indred
Нейтральный красный красный бесцветный 0,24
Метиленовый синий синий бесцветный 0,53
Дифениламин фиолетовый бесцветный 0,76
Дифенилбензидин фиолетовый бесцветный 0,76
Дифениламинсульфокислота красно-фиолетовый бесцветный 0,85
пара-Фенилантранилова кислота красно-фиолетовый бесцветный 1,08
Ферроин синий красный 1,06
Трис-(2,2'-дипиридилат) рутения бесцветный жёлтый 1,33

См. такжеПравить

КомментарииПравить

  1. Термин редокс происходит от англ. redox: reduction — восстановление и oxidation — окисление.
  2. При [H+] = 1 моль/л (pH = 0).

ЛитератураПравить

  • Пискарёва С. К. и др. Аналитическая химия. — Издание 2-е. — М.: Высшая школа, 1994. — С. 296—297. — ISBN 5-06-002179-3.
  • Аналитическая химия. Химические методы анализа / Под ред. О. М. Петрухина. — М.: Химия, 1992. — С. 289—290. — ISBN 5-7245-0640-8.
  • Жаровський Ф. Г., Пилипенко А. Т., П'ятницький І. В. Аналітична хімія. — 2-е. — К.: Вища школа, 1982. — С. 429—431.
  • Бишоп, Э. Индикаторы / Пер. с англ. под ред. И. Н. Марова. — М.: Мир, 1976. — Т. 2. — С. 146—162.