Индикатор (вещество)

Индика́тор (лат. indicator — указатель) — соединение, позволяющее визуализировать протекание химической реакции или изменение в исследуемой среде^[1], например изменение концентрации какого-либо вещества или компонента в растворе при титровании, быстро определить pH и другие параметры^[2]. Информация от вещества-индикатора может получаться как визуально (или другими органами чувств человека), так и с помощью физических метолов измерения^[3]:9. Вещества-индикаторы могут применяться как самостоятельно, так и на носителях (реактивные индикаторные бумаги, индикаторные трубки)^[4].

Индикаторные трубки

Универсальная индикаторная бумага

История открытия

Кислотно-основные индикаторы применяются для установления конца реакции между кислотами и основаниями, или других реакций, если в них участвуют ионы Н⁺, а также для колориметрического определения рН водных растворов. Причина изменения цвета индикатора в том, что присоединение или отдача протонов его молекулами связаны с заменой одних хромофорных групп другими или с появлением новых хромофорных групп.

Вероятно, самым древним кислотно-основным индикатором является лакмус. Лакмус был известен уже в Древнем Египте и Древнем Риме. Лакмус (от гол. lakmoes) — красящее вещество, добываемое из некоторых видов лишайников. Фактически природный лакмус представляет собой сложную смесь. Его основными компонентами являются: азолитмин (C₉H₁₀NO₅) и эритролитмин (С₁₃H₂₂O₆). Лакмус в древности использовали в качестве фиолетовой краски, но со временем рецепт его приготовления был утерян. В 1640 ботаники описали гелиотроп (Heliotropium Turnesole) — душистое растение с тёмно-лиловыми цветками, из которого было выделено красящее вещество. Этот краситель, наряду с соком фиалок, стал широко применяться химиками в качестве индикатора, который в кислой среде был красным, а в щелочной — синим.

В 1667 году знаменитый химик и физик Роберт Бойль предложил пропитывать фильтровальную бумагу отваром тропического лишайника — лакмуса, а также отварами фиалок и васильков, и таким образом положил начало применению индикаторной (лакмусовой) бумаги.

Применение индикаторов

Индикаторы позволяют быстро и достаточно точно контролировать состав жидких или газообразных сред, следить за изменением их состава, или за протеканием химической реакции. Индикаторы, удовлетворяющие ряду требований (высокое светопоглощение индикатора; контрастный переход окраски; узкая область перехода окраски), применяются для фиксирования конца титрования^[5].

Широко используются кислотно-основные индикаторы, разбавленные растворы которых обладают способностью заметно изменять цвет, в зависимости от кислотности раствора^[6]. Причина изменения цвета — изменения в строении молекул индикатора в кислой и щелочной среде, что приводит к изменению спектра поглощения раствора.

Для определения состава газовых сред используют индикаторные бумажки и индикаторные трубки.

Структура молекул и цвет индикаторов

Трифенилметановые красители-индикаторы

Структура трифенилметановых красителей

Трифенилметановые красители широко используются в качестве индикаторов. В зависимости от типа заместителей изменения структуры молекулы приводят к широкой гамме цветных соединений, большинство из которых могут служить химическими индикаторами.

Производные азобензола

Структура производных азобензола

.

Виды индикаторов

• Кислотно-основные индикаторы
• Редокс-индикаторы, Ох- и Red-формы которых имеют различный цвет
• Металлоиндикаторы
• Адсорбционные индикаторы

Распространённые кислотно-основные индикаторы

Основная статья: Кислотно-основные индикаторы

Индикатор	Окраска/кислая форма	Окраска/щелочная форма	Интервалы pH
Ализариновый жёлтый	жёлтый	фиолетовый	10,1—12,1
Тимолфталеин	бесцветный	синий	9,4—10,6
Фенолфталеин	бесцветный	малиновый	8,2—10,0
Крезоловый красный	жёлтый	тёмно-красный	7,0—8,8
Нейтральный красный	красный	коричневый	6,8—8,0
Феноловый красный	жёлтый	красный	6,8—8,0
Бромтимоловый синий	жёлтый	синий	6,0—7,6
Лакмус (азолитмин)	красный	синий	5,0—8,0
Метиловый красный	красный	жёлтый	4,4—6,2
Метиловый оранжевый	красный	жёлтый	3,0—4,4
Бромфеноловый синий	красный	синий	3,0—4,6
Тропеолин 00…	-	жёлтый	1,4—3,2

Металлоиндикаторы

Основная статья: Металлоиндикаторы

Окислительно-восстановительные индикаторы

Окислительно-восстановительные индикаторы изменяют цвет в зависимости от присутствия в растворе окислителей или восстановителей. Дифениламин бесцветен в восстановленной форме, но имеет фиолетовый цвет в окисленном состоянии. Метиленовый синий (синька) также бесцветен в восстановленной форме и имеет синий цвет в окисленном состоянии.

Некоторые ярко окрашенные вещества сами могут служить индикатором. Например, при перманганатометрическом определении железа(II)

10FeSO₄ + 2KMnO₄+ 8H₂SO₄ = 5Fe₂(SO₄)₃ + 2MnSO₄ + K₂SO₄ + 8H₂O

добавляемый в ходе титрования раствор перманганата обесцвечивается, пока не будут окислены все ионы Fe²⁺, имевшиеся в исследуемом растворе. Точка эквивалентности определяется по розовой окраске раствора, из-за возникшего избытка перманганат-анионов.

Хингидрон также является окислительно-восстановительным индикатором. это смесь хинона и гидрохинона.

Адсорбционные индикаторы

Крахмал

Термоиндикаторы

Термоиндикатор — вещество, которое при определенной температуре изменяет свой внешний вид (яркость свечения, цвет, форму).^[7]. В качестве термоиндикатора можно использовать бумагу, смоченную хлоридом кобальта(II). При нагревании кристаллогидрат теряет связанную воду и меняет последовательно цвет с розового через красный, фиолетовый и синий на бесцветный.

Химические индикаторы влажности

См. также

• Титрование
• Аналитическая химия
• pH-метр
• Стеклянный электрод