Окисно-відновні індикатори

О́кисно-відно́вні індика́тори (редо́кс-індика́тори^[1]) — хімічні індикатори, що застосовуються для визначення точки еквівалентності в окисно-відновних реакціях.

Експеримент «Блакитна колба»^[en]: демонстрація дії окисно-відновного індикатора

Найчастіше такими індикаторами є органічні сполуки, які виявляють окисно-відновні властивості, та металоорганічні, у яких по досягненню певного потенціалу змінюється ступінь окиснення металу. В обох випадках зміни в структурі супроводжуються зміною забарвлення сполуки.

Цікавий факт

Це 600 000 стаття в українській Вікіпедії

Класифікація

Метиленовий синій

У залежності від типу взаємодії розрізняють індикатори:

• загальні — змінюють своє забарвлення відповідно до потенціалу та незалежно від природи речовин у розчині (наприклад, дифеніламін, метиленовий синій);
• специфічні — дають реакцію лише із певними сполуками (крохмаль є індикатором на йод, тіоціанат-іони — на катіон Fe³⁺).

За схемою переходу кольору індикатори поділяють на:

• однобарвні — одна форма має колір, інша — безбарвна;
• двобарвні — обидві форми мають власні кольори.

Застосовувані індикатори повинні відповідати вимогам:

• добре розчинятися у воді, кислотах та інших типових середовищах для титрування;
• бути стійкими до дії світла, повітря, інших компонентів у розчині та стабільним при тривалому зберіганні;
• забарвлення окисненої та відновленої форм має чітко відрізнятися;
• інтервал потенціалу, на якому відбувається перехід між формами, має бути вузьким і відповідати стрибку на кривій титрування;
• забарвлення повинно змінюватися швидко, а відповідна реакція бути повністю оборотною, не зазнавати впливу сторонніх реакцій;
• зміна кольору розчину в кінцевий точці титрування повинна бути чіткою навіть при найменшій кількості додаваного індикатора.

Перебіг реакції

Окиснена і відновлена форми фероїну (та кольори їхніх комплексів)

Загальною схемою дії індикатора є зворотна реакція відновлення його окисненої форми:

Ind_ox + ne^- ⇌ Ind_red

Інколи взаємодія також проходить за участі іонів H⁺:

Ind_ox + ne^- + xH⁺⇌ Ind_red; (x може набувати як додатних, так і від'ємних значень).

Ця реакція не впливає на поведінку індикаторів, однак спричинює додаткову витрату титранту.

У загальному вигляді потенціал індикатора, що бере участь у взаємодії, описується рівнянням Нернста:

${\displaystyle \mathrm {E=E_{ox/red}^{0}+{\frac {0,059}{n}}\cdot lg{\frac {[Ind_{ox}]}{[Ind_{red}]}}} }$,

де E⁰_ox/red — стандартний потенціал для даної пари форм, що відповідає умові [Ind_ox]=[Ind_red]

Вважається, що перехід забарвлення помітний за десятиразового переважання однієї форми над іншою. У цьому випадку множники в рівнянні набудуть вигляду ${\displaystyle \mathrm {lg{\frac {10}{1}}} }$ і ${\displaystyle \mathrm {lg{\frac {1}{10}}} }$, що дорівнює 1 та -1 відповідно. З цього припущення випливає визначення інтервалу переходу забарвлення індикатора pT:

${\displaystyle \mathrm {pT=E_{ox/red}^{0}\pm {\frac {0,059}{n}}} }$

Наприклад, дифеніламін, який має стандартний потенціал 0,76 В і здійснює перехід за участі двох електронів, змінює забарвлення в діапазоні 0,76±0,03 В. При значеннях менше 0,73 В він є безбарвним, при більших за 0,79 переважає фіолетова форма. У проміжку 0,73—0,79 В забарвлення змінюється поступово.

Похибки при використанні індикаторів

При використанні окисно-відновних індикаторів виділяється три похибки:

• хімічна — відсутність збігу кінцевої точки титрування (моменту зміни забарвлення) з реальною точкою еквівалентності. Момент зміни визначається потенціалом індикатора, на який можуть впливати pH середовища та іонна сила розчину, тому, наприклад, якщо в ході визначення сильно змінюється значення pH, момент зміни забарвлення може не збігатися зі стрибком на кривій титрування й спричинити викривлення результатів;
• візуальна — нездатність людського ока точно розрізняти зміни забарвлення;
• індикаторна — витрата додаткової кількості титранту на взаємодію з індикатором.

Поширені індикатори

Водний розчин нейтрального червоного

Індикатор	Колір форми		Стандартний потенціал переходу, В[2]
	Indox	Indred
Нейтральний червоний	червоний	безбарвний	0,24
Метиленовий синій	синій	безбарвний	0,53
Дифеніламін	фіолетовий	безбарвний	0,76
Дифенілбензидин	фіолетовий	безбарвний	0,76
Дифеніламінсульфокислота	червоно-фіолетовий	безбарвний	0,85
пара-Фенілантранілова кислота	червоно-фіолетовий	безбарвний	1,08
Фероїн	синій	червоний	1,06
Трис-(2,2'-дипіридилат) рутенію	безбарвний	жовтий	1,33

Див. також

• Кислотно-основні індикатори
• Окисно-відновний потенціал