Кислотно-основные индикаторы
Кислотно-основные индикаторы — вещества, которые меняют цвет в зависимости от среды раствора. Лакмус в кислой среде красный, в нейтральной фиолетовый, в щелочной синий. Фенолфталеин бесцветен в кислой и нейтральной среде и становится малиновым в щелочной. Метилоранж красный в кислой, оранжевый в нейтральной и жёлтый в щелочной среде, а универсальный индикатор показывает цветом значение pH. Цвета индикаторов — в таблице ниже, проверить их можно в виртуальной лаборатории.
Цвета индикаторов в разных средах: таблица
Кислую среду создают ионы водорода H⁺, щелочную — гидроксид-ионы OH⁻. Индикатор — слабая органическая кислота или основание, у которой молекула и ион окрашены по-разному: когда среда меняется, меняется и преобладающая форма, а с ней цвет раствора.
Окраска индикаторов
| Индикатор | Кислая среда (pH < 7) | Нейтральная (pH = 7) | Щелочная (pH > 7) |
|---|---|---|---|
| Лакмус | красный | фиолетовый | синий |
| Фенолфталеин | бесцветный | бесцветный | малиновый |
| Метиловый оранжевый | розовый | оранжевый | жёлтый |
| Универсальный индикатор | красный (pH 1–3), оранжевый (4–6) | жёлто-зелёный (pH 7) | сине-зелёный (8–10), фиолетовый (11–14) |
Все четыре индикатора есть в виртуальной лаборатории: капните его в раствор и посмотрите цвет.
Лакмус, фенолфталеин и метилоранж
Каждый индикатор меняет цвет не при pH 7, а в своём интервале перехода — отсюда и разные «таланты».
Лакмус
Природный краситель из лишайников. Красный в кислой среде, фиолетовый в нейтральной, синий в щелочной; переход — примерно при pH 5–8. Чаще всего его используют в виде лакмусовой бумажки: синяя краснеет от кислоты, красная синеет от щёлочи.
Фенолфталеин
Бесцветный в кислой и нейтральной среде, малиновый в щелочной; окраска появляется примерно при pH 8,2. Лучший индикатор на щёлочь — поэтому его берут в опытах с нейтрализацией и с натрием в воде. В очень концентрированной щёлочи малиновая окраска может снова исчезнуть.
Метилоранж
Красно-розовый в кислой среде, оранжевый в нейтральной, жёлтый в щелочной. Его интервал перехода — pH 3,1–4,4, поэтому в чистой воде и в щёлочи он почти одинаково жёлто-оранжевый. Метилоранж хорошо отличает кислоту, но плохо отличает воду от щёлочи — для щёлочи берут фенолфталеин.
Универсальный индикатор и шкала pH
pH — показатель кислотности раствора по шкале от 0 до 14. При pH < 7 среда кислая, при pH = 7 — нейтральная, при pH > 7 — щелочная. Чем дальше значение от 7, тем сильнее выражена среда.
Универсальный индикатор — смесь нескольких индикаторов, поэтому он меняет цвет плавно по всей шкале: от красного в сильнокислой среде через оранжевый и жёлтый к зелёному около pH 7, затем к синему и фиолетовому в сильнощелочной. Значение pH находят, сравнивая цвет бумажки с цветной шкалой на упаковке. Точнее pH измеряют прибором — pH-метром.
| Среда | pH | Примеры |
|---|---|---|
| кислая | меньше 7 | соляная кислота, уксус, лимонный сок, газированная вода |
| нейтральная | около 7 | дистиллированная вода, растворы поваренной соли и сахара |
| щелочная | больше 7 | растворы щелочей, соды, мыла, нашатырного спирта |
Кислотность почвы определяют теми же индикаторами — см. как определить pH почвы.
Как индикатором определить кислоту, щёлочь и воду
Классическая задача 8 класса: в трёх пробирках без подписей — раствор кислоты, раствор щёлочи и вода. Достаточно одного индикатора, если выбрать его с умом.
- Лакмус решает задачу сразу: красный — кислота, синий — щёлочь, фиолетовый — вода.
- Фенолфталеин найдёт только щёлочь — малиновая окраска. Чтобы отличить кислоту от воды, в малиновый раствор щёлочи по каплям добавляют жидкость из другой пробирки: кислота обесцветит его, вода — нет.
- Метилоранж надёжно покажет кислоту — красно-розовый цвет, а воду и щёлочь лучше различить фенолфталеином.
Индикатор берут каждый раз в новую пробу раствора, а не в общую пробирку, иначе результаты перепутаются.
Почему растворы солей бывают кислыми и щелочными
Индикатор показывает среду, а не класс вещества. Раствор соли тоже может быть кислым или щелочным из-за гидролиза. Раствор соды щелочной — Na₂CO₃ + H₂O ⇄ NaHCO₃ + NaOH, фенолфталеин в нём малиновеет. Растворы NH₄Cl, AlCl₃, CuSO₄ и FeCl₃ слабокислые: соль образована слабым основанием и сильной кислотой. Раствор поваренной соли нейтрален. Слабокислую среду лакмус почти не замечает, а универсальный индикатор показывает её сразу. Подробнее — гидролиз солей.
Природные индикаторы: краснокочанная капуста
Сок краснокочанной капусты содержит антоцианы — пигменты, которые меняют цвет в зависимости от среды. Мелко нарезанную капусту заливают горячей водой, настаивают, остужают и процеживают — получается фиолетовый раствор. В кислоте (уксус, лимонный сок) он краснеет, в нейтральной воде остаётся фиолетовым, в слабощелочном растворе пищевой соды становится сине-зелёным, а в сильнощелочной среде — жёлто-зелёным.
Похожие свойства у сока черники и чёрной смородины. Чай светлеет, если добавить лимон. Куркума в щелочной среде из жёлтой становится красно-бурой. Это безопасный домашний опыт, но и его делают со взрослыми.
Опыт: индикаторы в лаборатории онлайн
В свободном режиме лаборатории есть все четыре индикатора — фенолфталеин, метилоранж, лакмус и универсальный, растворы кислот, щелочей и солей. Цвет раствора меняется по pH, а точное значение pH и среду показывает панель «Показания приборов».
- Откройте свободный режим и налейте в пробирку раствор: кислоту, щёлочь, воду или раствор соли.
- Добавьте каплю индикатора и посмотрите на цвет.
- Сверьте среду и pH в «Показаниях приборов».
- Вымойте посуду и повторите с другим индикатором и другим раствором.
Нейтрализация. В опыте «Нейтрализация» к раствору NaOH с фенолфталеином приливают соляную кислоту. Малиновая окраска исчезает, когда щёлочь полностью нейтрализована: NaOH + HCl → NaCl + H₂O, H⁺ + OH⁻ → H₂O. Раствор при этом разогревается — нейтрализация идёт с выделением теплоты.
Натрий и вода. В опыте «Натрий и вода» фенолфталеин доказывает, что при реакции натрия с водой образуется щёлочь: раствор становится малиновым.
Проведите опыт онлайн
Эти опыты есть в виртуальной лаборатории: запустите прямо здесь или откройте на весь экран.
Нейтрализация
Щёлочь с фенолфталеином титруют кислотой, пока малиновая окраска не исчезнет.
Натрий и вода
Натрий в воде с фенолфталеином: плавает, шипит, раствор малиновый.
Читайте также
Частые вопросы
Какой цвет имеет фенолфталеин в щелочной среде?
Малиновый. В кислой и нейтральной среде фенолфталеин бесцветен.
Как меняется цвет лакмуса в кислоте и щёлочи?
В кислоте лакмус красный, в щёлочи синий, в нейтральной среде фиолетовый.
Почему метилоранж плохо отличает нейтральную среду от щелочной?
Он меняет цвет при pH 3,1–4,4, то есть ещё в кислой области. В воде и в щёлочи метилоранж почти одинаково жёлто-оранжевый, поэтому для щёлочи лучше фенолфталеин.
Как сделать индикатор из краснокочанной капусты?
Нарезать капусту, залить горячей водой, настоять и процедить. Фиолетовый сок краснеет в кислоте и становится сине-зелёным или жёлто-зелёным в щелочной среде.
Какой индикатор лучше для определения pH?
Универсальный: он меняет цвет по всей шкале pH, и значение находят по цветной шкале на упаковке. Точнее всего pH измеряет pH-метр.