المؤشرات. مؤشرات اللون

مؤشرات المصنع في المختبر المدرسي

بافلوفا سارجيلان

ماكاروفا فيكتوريا

الصف 9 "ب" ، MBOU "مدرسة Vilyui الثانوية رقم 1 سميت على اسم G.I. شيرييف ، فيليوسك ، جمهورية ساخا (ياقوتيا)

بتروفا آنا بروكوبييفنا

مستشار علمي ، مدرس من أعلى فئة ، مدرس كيمياء ، MBOU "مدرسة Vilyui الثانوية رقم 1 التي تحمل اسم G.I. شيرييف ، فيليوسك

المؤشرات عبارة عن مواد كيميائية يتغير لونها اعتمادًا على درجة الحموضة في الوسط. المؤشر في اللاتينية يعني "المؤشر".

في دروس الكيمياء ، نستخدم مؤشرات مثل عباد الشمس ، الفينول فثالين ، الميثيل البرتقالي ، والتي تغير اللون اعتمادًا على وسط المحلول. تتميز عصائر التوت والفواكه والأزهار ذات الألوان الزاهية بخصائص مؤشرات القاعدة الحمضية ، أي أنها تغير لونها عندما تتغير حموضة الوسط.

ملاءمة: استخدام المؤشرات الحمضية القاعدية من ثمار النباتات التي تنمو في ياقوتيا لتحديد رد فعل البيئة.

هدف : الحصول على مؤشرات النبات من المواد الخام الطبيعية.

مهام:

· دراسة الأدبيات ، والتعرف على طريقة إعداد مؤشرات محلية الصنع من ثمار النباتات التي تنمو في منطقتنا.

· الحصول على مجموعة من المؤشرات تجريبياً.

· دراسة سلوك مؤشرات النبات في البيئات المختلفة.

· إجراء دراسة لتحديد بيئة المحاليل المنظفة للعناية بالشعر.

موضوع الدراسة: نباتات طبيعية بخصائص مؤشرات القاعدة الحمضية.

فرضية: يمكن تحضير حلول مؤشرات المصنع بشكل مستقل واستخدامها في المختبر المدرسي.

أساليب وتقنيات العمل:

· التعرف على منهجية إجراء التجارب ؛

تحضير حلول المؤشرات من المواد الخام الطبيعية ؛

· دراسة التغيرات اللونية للمؤشرات الطبيعية حسب البيئة.

مراعاة لوائح السلامة أثناء التجربة الكيميائية.

2. جزء تجريبي

2.1. تحديد وسط الحلول بمؤشرات اصطناعية

الغرض: ن مراقبة التغير في لون محاليل الأحماض والقلويات وبيئة المحاليل الملحية باستخدام مؤشرات مركبة صناعيًا.

الكواشف: محلول حمض الهيدروكلوريك HCl ، محلول هيدروكسيد البوتاسيوم KOH ، محلول كربونات البوتاسيوم K 2 CO 3 ، محلول كلوريد الصوديوم NaCl ، محلول كلوريد الألومنيوم AlCl 3.

يحتوي مختبر الكيمياء المدرسي على المؤشرات الاصطناعية التالية: الفينول فثالين ، وبرتقال الميثيل ، وعباد الشمس. قمنا بفحصها من أجل تغير اللون في البيئات المحايدة والحمضية والقلوية.

الجدول 1.

تغير لون المؤشرات في الحلول

	مؤشر
	الفينول فثالين	عديم اللون	توت العُليق	توت العُليق	عديم اللون	عديم اللون
		ليلكي
	ميتيل برتقالي	البرتقالي

يوضح الجدول 1 أن جميع المؤشرات تغير لونها: في بيئة حمضية إلى اللون الأحمر (باستثناء الفينول فثالين) ؛ في اللون المحايد ، لها لونها الطبيعي ، وفي القلوية ، يختلف اللون اختلافًا كبيرًا. يغير الفينول فثالين لون المحلول إلى التوت ، وعباد الشمس إلى اللون الأزرق ، والميثيل البرتقالي إلى الأصفر.

2.2. طريقة تحضير مؤشرات الخضروات

تقدم:

لتحضير مؤشرات النبات ، أخذنا 25 غرامًا من المواد الخام وسحقناها وسكبنا 100 مل من الماء وغلينا لمدة 1-2 دقيقة. تم تبريد المرق الناتج وتصفيته. إلى المرشح الناتج ، من أجل الحماية من التلف ، تمت إضافة الكحول بنسبة 2: 1. مؤشرات معدة من التوت من lingonberries ، التوت البري ، التوت ، العنب البري ، العنب البري ، الفراولة ، البنجر.

2.3. تحديد وسط الحلول بمؤشرات المصنع.

نتائج البحث:

لدراسة التغير في لون المؤشرات الطبيعية في مختلف الوسائط ، تم أخذ عدة قطرات من مؤشر نباتي باستخدام ماصة وإضافتها بالتناوب إلى محاليل حمض الهيدروكلوريك وهيدروكسيد البوتاسيوم وكلوريد الصوديوم وكربونات البوتاسيوم وكلوريد الألومنيوم. يتم عرض نتائج جميع التجارب في الجدول.

الجدول 2.

تغيير لون المؤشرات الطبيعية في بيئات مختلفة

		مؤشر اللون الطبيعي	الرسم في بيئة محايدة	التلوين في وسط قلوي (محلول KOH)	التلوين في وسط قلوي (محلول K 2 CO 3)	تلطيخ في بيئة حمضية	تلطيخ في بيئة حمضية
	توت العليق	أحمر فاتح	لم يتغير				البنفسجي
	توت العُليق	قرمزي أحمر					البنفسجي
	كرز
	توت بري	أحمر فاتح					البنفسجي
	الفراولة	البرتقالي			البرتقالي	البرتقالي	البرتقالي
	توت بري	أحمر فاتح					البنفسجي
	ثمار البنجر					لم يتغير

يوضح الجدول 2 أن جميع الكائنات التي اخترناها تغير لونها الطبيعي اعتمادًا على حموضة الوسط. لوحظ هذا جيدًا في التوت البري ، والتوت ، والعنب البري ، والتوت البري ، والفراولة ، والبنجر ، ومغلي أحمر مشرق من التوت والفواكه التي تصبح في بيئة حمضية وردي - أحمر - بنفسجي ، وفي بيئة قلوية - أصفر - أخضر فاتح.

الخلاصة: تحتوي توت النباتات على بيئة حمضية ، لذلك لا يتغير لون المحلول في البيئة الحمضية ، ويظل اللون أحمر. في وسط قلوي ، تصبح المحاليل من الأصفر إلى الأخضر. من ثمار النباتات ، تعتبر ثمار البنجر مؤشرات جيدة ؛ يتم الحصول على ألوان واضحة للحلول.

2.4. إعداد أوراق المؤشرات.

باستخدام ورق الترشيح والمستخلصات من مؤشرات الخضروات ، قمنا بإعداد أوراق المؤشرات. طريقة التحضير بسيطة للغاية: يتم تطبيق محلول من مستخلص مؤشر نباتي على ورق الترشيح باستخدام ماصة ، وتجفيفه وتكرار الإجراء مرة أخرى.

يتوافق التغيير في لون أوراق المؤشر المشبعة في وسائط مختلفة مع التغيير في لون مستخلص مؤشر نباتي مشابه.

2.5. تحديد بيئة محاليل المنظفات.

الكواشف: مؤشرات الخضروات ، محاليل الشامبو: المطلق ، السلسلة الخاصة (البيرة) ، الرأس والكتفين ، القطران ، Clear vita abe.

تقدم: كل منظف اختبار قابل للذوبان في الماء وينقسم إلى خمسة أجزاء. نضيف قطرة من المؤشرات الطبيعية لهم. في كل منها ، تغيرت المؤشرات اللون. (الجدول 3).

الجدول 3

تغير لون المؤشرات الطبيعية في محاليل المنظفات

	مواد أولية لإعداد المؤشر	مؤشر اللون الطبيعي		الرأس والكتفين	ديجارنايا		سلسلة خاصة (بيرة)
	توت العليق	أحمر فاتح
	توت العُليق	أحمر-
	كرز
	توت بري	أحمر فاتح			أزرق فاتح
	الفراولة	البرتقالي
	توت بري	أحمر فاتح
	ثمار البنجر		البرتقالي	البرتقالي		البرتقالي

استنتاجات من نتائج الدراسة:

1. جميع المؤشرات: ورق عالمي محلي الصنع ومصنع في المصنع ، أظهر في جميع المنتجات المختبرة الطبيعة المناسبة للبيئة.

2. بيئة بشرة الإنسان حمضية قليلاً. لحماية الجلد والشعر من الآثار السلبية للمنظف ، يجب تحديد قيمة مقابلة لقيمة الأس الهيدروجيني للبشرة. يحتوي شامبو الشعر على بيئة حمضية قليلاً ، والتي تلبي المتطلبات الصحية لهذه المنتجات. وفقًا لدراساتنا حول الشامبو من مختلف الصانعين ، يتوافق الشامبو عمومًا مع المؤشرات القياسية ، لكن شامبو Clear vita abe أكثر حمضية من أنواع الشامبو الأخرى. يحتل الشامبو "Absolute" المرتبة الثانية من حيث الحموضة ، في حين يحتل الشامبو "Tar" المرتبة الثالثة.

استنتاج:

باستخدام طريقة الحصول على مؤشرات النبات في المختبر المدرسي توصلنا إلى الاستنتاجات التالية:

1. عباد الشمس والبرتقال الميثيل والفينول فثالين هي المؤشرات الحمضية القاعدية الأكثر استخدامًا في المدارس. من خلال تغيير لونها ، لا يمكن للمرء أن يحكم فقط على رد فعل الوسط ، ولكن أيضًا يحدد بدقة الرقم الهيدروجيني للمحلول.

2. مؤشرات النبات لها حساسية عالية بما فيه الكفاية ، لذلك يمكن استخدامها كمؤشرات قاعدية حمضية لتحديد بيئة الحلول في مختبر المدرسة في مقرر اختياري ، في الدوائر الكيميائية ، وكذلك لتحديد حموضة التربة المحلية.

طلب رقم 1

الشكل 1. لدراسة تغير لون المؤشرات الطبيعية ، تم أخذ بضع قطرات من مؤشر محلي الصنع باستخدام ماصة وإضافتها بالتناوب إلى محاليل كلوريد الصوديوم وهيدروكسيد البوتاسيوم وكربونات البوتاسيوم وحمض الهيدروكلوريك وكلوريد الألومنيوم

الشكل 2. مجموعة من مؤشرات الخضار المعدة

الشكل 3. نظرة عامة على التجارب

الشكل 4. مؤشرات الورق النهائي

الشكل 5. تغير لون مؤشرات الورق في بيئات مختلفة

فهرس:

1. قاموس موسوعي كبير - الطبعة الثانية ، منقح. وإضافية - م: "الموسوعة الروسية الكبرى" ؛ سانت بطرسبرغ: نورينت ، 2001.

2. Olgin O. ، تجارب بدون انفجارات. / O. Olgin. - م: الكيمياء ، 1986.

3. سيمينوف ب. "مؤشرات من مادة نباتية محلية" ، "كيمياء في المدرسة" ، 1984 ، العدد 1 ، ص 73.

4. Stepin S.S.، Alikberova L.Yu. مهام مسلية وتجارب مذهلة في الكيمياء ، م: "دروفا" ، 2002.

عند إجراء عملية كيميائية ، من المهم للغاية مراقبة ظروف مسار التفاعل أو إثبات إنجازه. في بعض الأحيان يمكن ملاحظة ذلك من خلال بعض العلامات الخارجية: توقف تطور فقاعات الغاز ، أو تغيير لون المحلول ، أو هطول الأمطار ، أو ، على العكس من ذلك ، انتقال أحد مكونات التفاعل إلى المحلول ، إلخ. في الحالات ، يتم استخدام الكواشف المساعدة لتحديد نهاية التفاعل ، ما يسمى بالمؤشرات ، والتي يتم إدخالها عادة في المحلول الذي تم تحليله بكميات صغيرة.

المؤشراتتسمى المركبات الكيميائية التي يمكنها تغيير لون المحلول حسب الظروف البيئية ، دون التأثير بشكل مباشر على محلول الاختبار واتجاه التفاعل. لذلك ، تغير مؤشرات القاعدة الحمضية اللون اعتمادًا على الرقم الهيدروجيني للوسط ؛ مؤشرات الأكسدة والاختزال - من إمكانات البيئة ؛ مؤشرات الامتزاز - على درجة الامتزاز ، إلخ.

تستخدم المؤشرات على نطاق واسع بشكل خاص في الممارسة التحليلية لتحليل المعايرة. كما أنها تعد أهم أداة للتحكم في العمليات التكنولوجية في الصناعات الكيميائية والمعدنية والنسيجية والغذائية والصناعات الأخرى. في الزراعة ، بمساعدة المؤشرات ، يتم إجراء تحليل وتصنيف التربة ، ويتم تحديد طبيعة الأسمدة والكمية المطلوبة منها لتطبيقها على التربة.

يميز المؤشرات الحمضية القاعدية ، الفلورية ، الأكسدة والاختزال ، الامتزاز واللمعة الكيميائية.

مؤشرات القاعدة الحمضية

كما هو معروف من نظرية التفكك الإلكتروليتي ، تتفكك المركبات الكيميائية المذابة في الماء إلى أيونات موجبة الشحنة - كاتيونات وشحنة سالبة - الأنيونات. ينفصل الماء أيضًا إلى حدٍّ صغير جدًا إلى أيونات الهيدروجين موجبة الشحنة وأيونات الهيدروكسيل سالبة الشحنة:

يُشار إلى تركيز أيونات الهيدروجين في محلول بالرمز.

إذا كان تركيز أيونات الهيدروجين والهيدروكسيد في المحلول هو نفسه ، فإن هذه المحاليل تكون محايدة وأن الرقم الهيدروجيني = 7. عند تركيز أيونات الهيدروجين المقابلة للرقم الهيدروجيني من 7 إلى 0 ، يكون المحلول حمضيًا ، ولكن إذا كان تركيز الهيدروكسيد الأيونات أعلى (الرقم الهيدروجيني = من 7 إلى 14) ، المحلول قلوي.

يتم استخدام طرق مختلفة لقياس قيمة الأس الهيدروجيني. من الناحية النوعية ، يمكن تحديد تفاعل المحلول باستخدام مؤشرات خاصة تغير لونها اعتمادًا على تركيز أيونات الهيدروجين. هذه المؤشرات عبارة عن مؤشرات حمضية قاعدية تستجيب للتغيرات في درجة الحموضة في الوسط.

الغالبية العظمى من المؤشرات الحمضية القاعدية عبارة عن أصباغ أو مركبات عضوية أخرى ، تخضع جزيئاتها لتغييرات هيكلية اعتمادًا على تفاعل الوسط. يتم استخدامها في التحليل بالمعايرة في تفاعلات المعادلة ، وكذلك لتحديد درجة الحموضة اللونية.

مؤشر	نطاق درجة الحموضة الانتقالية اللون	تغيير اللون
ميثيل البنفسجي	0,13-3,2	أصفر - بنفسجي
الثيمول الأزرق	1,2-2,8	احمر اصفر
تروبيولين 00	1,4-3,2	احمر اصفر
- دينيتروفينول	2,4-4,0	عديم اللون - أصفر
ميتيل برتقالي	3,1-4,4	احمر اصفر
النفتيل الأحمر	4,0-5,0	برتقالة حمراء
الميثيل الأحمر	4,2-6,2	احمر اصفر
الأزرق البروموثيمول	6,0-7,6	أصفر - أزرق
الفينول الاحمر	6,8-8,4	اصفر احمر
ميتاكريسول الأرجواني	7,4-9,0	أصفر - بنفسجي
الثيمول الأزرق	8,0-9,6	أصفر - أزرق
الفينول فثالين	8,2-10,0	عديم اللون - أحمر
ثيمول فثالين	9,4-10,6	عديم اللون - أزرق
الايزارين الاصفر ف	10,0-12,0	أصفر شاحب - أحمر برتقالي
تروبيولين 0	11,0-13,0	أصفر - متوسط
المسرطنة	11,6-13,6	أزرق مخضر - عديم اللون

إذا كان من الضروري تحسين دقة قياس الأس الهيدروجيني ، يتم استخدام مؤشرات مختلطة. للقيام بذلك ، يتم تحديد مؤشرين بفواصل pH قريبة من انتقال اللون ، مع وجود ألوان إضافية في هذا الفاصل الزمني. باستخدام هذا المؤشر المختلط ، يمكن إجراء التحديدات بدقة تبلغ 0.2 وحدة من الأس الهيدروجيني.

تستخدم على نطاق واسع أيضًا مؤشرات عالمية يمكنها تغيير اللون بشكل متكرر في نطاق واسع من قيم الأس الهيدروجيني. على الرغم من أن دقة التحديد بواسطة هذه المؤشرات لا تتجاوز 1.0 وحدة من وحدات الأس الهيدروجيني ، إلا أنها تسمح بتحديد نطاق واسع من الأس الهيدروجيني: من 1.0 إلى 10.0. عادة ما تكون المؤشرات العامة عبارة عن مزيج من أربعة إلى سبعة مؤشرات ثنائية اللون أو أحادية اللون مع نطاقات مختلفة من الأس الهيدروجيني لانتقال اللون ، مصممة بطريقة تؤدي إلى حدوث تغير ملحوظ في اللون عندما يتغير الرقم الهيدروجيني للمتوسط.

على سبيل المثال ، المؤشر العالمي المتاح تجارياً PKC هو مزيج من سبعة مؤشرات: البروموكريسول الأرجواني والأخضر البروموكريزول والبرتقالي الميثيل والتروبولين 00 والفينول فثالين والأزرق الثيمول والأزرق البروموثيمول.

هذا المؤشر ، اعتمادًا على الرقم الهيدروجيني ، له اللون التالي: عند الرقم الهيدروجيني = 1 - التوت ، الرقم الهيدروجيني = 2 - البرتقالي الوردي ، الرقم الهيدروجيني = 3 - البرتقالي ، الرقم الهيدروجيني = 4 - الأصفر البرتقالي ، الرقم الهيدروجيني = 5 أصفر ، الرقم الهيدروجيني = 6 - أصفر مخضر ، الرقم الهيدروجيني = 7 - أصفر-أخضر ،. الرقم الهيدروجيني = 8 - أخضر ، الرقم الهيدروجيني = 9 - أخضر مزرق ، الرقم الهيدروجيني = 10 - أزرق رمادي.

عادة ما يتم إذابة مؤشرات القاعدة الحمضية الفردية والمختلطة والعالمية في الإيثانول وإضافة بضع قطرات إلى محلول الاختبار. عن طريق تغيير لون المحلول ، يتم الحكم على قيمة الأس الهيدروجيني. بالإضافة إلى المؤشرات القابلة للذوبان في الكحول ، يتم أيضًا إنتاج أشكال قابلة للذوبان في الماء ، وهي عبارة عن أملاح الأمونيوم أو الصوديوم لهذه المؤشرات.

في كثير من الحالات ، يكون من الأنسب عدم استخدام حلول المؤشرات ، ولكن استخدام أوراق المؤشرات. يتم تحضير الأخير على النحو التالي: يتم تمرير ورق الترشيح من خلال محلول مؤشر قياسي ، ويتم ضغط الورق من المحلول الزائد ، وتجفيفه ، وتقطيعه إلى شرائح ضيقة وكتيب. لإجراء الاختبار ، تُغمس ورقة مؤشر في محلول الاختبار أو توضع قطرة واحدة من المحلول على شريط من ورق المؤشر ويلاحظ تغيير في لونه.

مؤشرات الفلورسنت

بعض المركبات الكيميائية ، عند تعرضها للأشعة فوق البنفسجية ، لديها القدرة ، عند قيمة معينة من الأس الهيدروجيني ، على التسبب في تألق المحلول أو تغيير لونه أو الظل.

تُستخدم هذه الخاصية لمعايرة الزيوت ذات القاعدة الحمضية ، والمحاليل العكرة والملونة بشدة ، نظرًا لأن المؤشرات التقليدية غير مناسبة لهذه الأغراض.

يتم العمل باستخدام مؤشرات الفلورسنت من خلال إضاءة محلول الاختبار بالأشعة فوق البنفسجية.

مؤشر	نطاق الأس الهيدروجيني الفلوري (تحت الضوء فوق البنفسجي)	تغيير لون الإسفار
4-إيثوكسياكريدون	1,4-3,2	أخضر - أزرق
2-النفثيلامين	2,8-4,4	زيادة التألق البنفسجي
ديميتنلنافتييرودين	3,2-3,8	ليلك - برتقالي
1- نفتيلم	3,4-4,8	زيادة في التألق الأزرق
أكريدين	4,8-6,6	أخضر - أرجواني
3،6-ديوكسي فثاليميد	6,0-8,0	الأصفر والأخضر - الأصفر
2،3-ديسيان هيدروكينون	6,8-8,8	أزرق أخضر
يوشريسين	8,4-10,4	برتقالي - أخضر
1،5-نفتيل أمين سلفاميد	9,5-13,0	الأخضر الأصفر
CC-acid (1،8-أمينونافثول 2،4-حمض السلفونيك)	10,0-12,0	الأخضر الأرجواني

مؤشرات ريدوكس

مؤشرات الأكسدة والاختزال- مركبات كيميائية تغير لون المحلول تبعا لقيمة احتمالية الأكسدة والاختزال. يتم استخدامها في طرق التحليل بالمعايرة ، وكذلك في البحث البيولوجي لتحديد القياس اللوني لإمكانات الأكسدة والاختزال.

مؤشر	إمكانات الأكسدة الطبيعية (عند الرقم الهيدروجيني = 7) ، V.	تلوين هاون
		شكل مؤكسد	شكل مستعاد
أحمر محايد	-0,330	أحمر بنفسجي	عديم اللون
سفرانين ت	-0,289	بنى	عديم اللون
إنديومونوسلفونات البوتاسيوم	-0,160	أزرق	عديم اللون
البوتاسيوم indigodisulfonate	-0,125	أزرق	عديم اللون
إنديجوتريسولفونات البوتاسيوم	-0,081	أزرق	عديم اللون
البوتاسيوم inngtetrasulfonate	-0,046	أزرق	عديم اللون
التولويدين الأزرق	+0,007	أزرق	عديم اللون
تنونين	+0,06	ليلكي	عديم اللون
o-cresolindophenolate الصوديوم	+0,195	أزرق محمر	عديم اللون
2،6-دنيكلوروفينوليندوفينولات الصوديوم	+0,217	أزرق محمر	عديم اللون
م- بروموفينوليندوفينولات الصوديوم	+0,248	أزرق محمر	عديم اللون
ديفينلبنزيدين	+0.76 (محلول حامضي)	ليلكي	عديم اللون

مؤشرات الامتصاص

مؤشرات الامتزاز- المواد التي في وجودها يتغير لون الراسب المتكون أثناء المعايرة بطريقة الترسيب. العديد من مؤشرات القاعدة الحمضية وبعض الأصباغ والمركبات الكيميائية الأخرى قادرة على تغيير لون الراسب عند قيمة pH معينة ، مما يجعلها مناسبة للاستخدام كمؤشرات للامتصاص.

مؤشر	أيون محدد	مرسب أيون	تغيير اللون
أليزارين الأحمر سي			أصفر - وردة حمراء
البروموفينول الأزرق			الأخضر الأصفر
			ليلك - أصفر
			أرجواني - أزرق - أخضر
ديفينيل كاربازيد	, ,		عديم اللون - بنفسجي
الكونغو الأحمر	, ,		أحمر أزرق
			أزرق أحمر
فلوريسئين	,		الأصفر والأخضر - الوردي
يوزين	,		أصفر أحمر - أحمر بنفسجي
اريثروزين			أحمر - أصفر - أحمر غامق

مؤشرات الكيميائيات

تتضمن هذه المجموعة من المؤشرات مواد قادرة على إصدار ضوء مرئي عند قيم معينة للأس الهيدروجيني. تعتبر مؤشرات الإضاءة الكيميائية ملائمة للاستخدام عند العمل مع السوائل الداكنة ، حيث يظهر التوهج في هذه الحالة عند نقطة نهاية المعايرة.

من بين مجموعة متنوعة من المواد العضوية ، هناك مركبات خاصة تتميز بتغيرات اللون في بيئات مختلفة. قبل ظهور مقاييس الأس الهيدروجيني الإلكترونية الحديثة ، كانت المؤشرات "أدوات" لا غنى عنها لتحديد مؤشرات القاعدة الحمضية للبيئة ، واستمر استخدامها في الممارسة المختبرية كمواد مساعدة في الكيمياء التحليلية ، وأيضًا في حالة عدم وجود المعدات اللازمة .

ما هي المؤشرات؟

في البداية ، تم استخدام خاصية هذه المركبات لتغيير اللون في مختلف الوسائط على نطاق واسع لتحديد الخصائص الحمضية القاعدية للمواد الموجودة في المحلول بصريًا ، مما ساعد في تحديد ليس فقط طبيعة الوسط ، ولكن أيضًا لاستخلاص نتيجة حول الناتج. منتجات التفاعل. يستمر استخدام حلول المؤشرات في الممارسة المختبرية لتحديد تركيز المواد عن طريق المعايرة والسماح لك بتعلم كيفية استخدام الأساليب المرتجلة في غياب أجهزة قياس الأس الهيدروجيني الحديثة.

هناك عدة عشرات من هذه المواد ، كل منها حساس لمنطقة ضيقة نوعًا ما: عادة لا تتجاوز 3 نقاط على مقياس المعلوماتية. بفضل هذه المجموعة المتنوعة من الكروموفورات ونشاطها المنخفض فيما بينها ، تمكن العلماء من إنشاء مؤشرات عالمية تُستخدم على نطاق واسع في المختبرات وظروف الإنتاج.

مؤشرات الأس الهيدروجيني الأكثر استخدامًا

وتجدر الإشارة إلى أنه بالإضافة إلى خاصية التعريف ، تتمتع هذه المركبات بقدرة جيدة على الصباغة ، مما يسمح باستخدامها في صباغة الأقمشة في صناعة النسيج. من بين العدد الكبير من مؤشرات اللون في الكيمياء ، أشهرها وأكثرها استخدامًا هي الميثيل البرتقالي (الميثيل البرتقالي) والفينول فثالين. تستخدم معظم الكروموفورات الأخرى حاليًا في الخلط مع بعضها البعض ، أو لتوليفات وتفاعلات محددة.

ميتيل برتقالي

يتم تسمية العديد من الأصباغ بألوانها الأساسية في بيئة محايدة ، وهي أيضًا سمة مميزة لهذا اللون. الميثيل البرتقالي هو صبغة آزو لها مجموعة - N = N - في تركيبتها ، وهي مسؤولة عن انتقال لون المؤشر إلى اللون الأحمر في وإلى الأصفر في القلوية. مركبات Azo نفسها ليست قواعد قوية ، ومع ذلك ، فإن وجود مجموعات مانحة للإلكترون (- OH ، - NH 2 ، - NH (CH 3) ، - N (CH 3) 2 ، إلخ) يزيد من قاعدة أحد النيتروجين الذرات ، والتي تصبح قادرة على ربط بروتونات الهيدروجين وفقًا لمبدأ المتلقي المانح. لذلك ، مع حدوث تغيير في تركيز أيونات H + في محلول ، يمكن ملاحظة تغيير في لون مؤشر القاعدة الحمضية.

المزيد عن الحصول على برتقال الميثيل

احصل على الميثيل البرتقالي في التفاعل مع ديازوتيزيشن حمض السلفانيليك C 6 H 4 (SO 3 H) NH 2 متبوعًا بمزيج من ثنائي ميثيلانيلين C 6 H 5 N (CH 3) 2. يذوب حمض السلفانيليك في محلول قلوي الصوديوم عن طريق إضافة نتريت الصوديوم NaNO 2 ثم يبرد بالثلج لإجراء التوليف عند درجات حرارة قريبة قدر الإمكان من 0 درجة مئوية ويضاف حمض الهيدروكلوريك حمض الهيدروكلوريك. بعد ذلك ، يتم تحضير محلول منفصل من ثنائي ميثيلانيلين في حمض الهيدروكلوريك ، والذي يتم سكبه في المحلول الأول عند تبريده ، والحصول على صبغة. يتم قلويتها بشكل إضافي ، وترسب بلورات برتقالية داكنة من المحلول ، والتي ، بعد عدة ساعات ، يتم ترشيحها وتجفيفها في حمام مائي.

الفينول فثالين

حصل هذا الكروموفور على اسمه من إضافة أسماء الكاشفين المشاركين في تركيبه. يتميز لون المؤشر بتغير لونه في وسط قلوي مع اكتساب صبغة التوت (أحمر بنفسجي ، توت أحمر) ، والتي تصبح عديمة اللون عندما يكون المحلول قلويًا بشدة. يمكن أن يتخذ الفينول فثالين عدة أشكال اعتمادًا على درجة الحموضة في البيئة ، وفي البيئات شديدة الحموضة يكون لونه برتقاليًا.

يتم الحصول على هذا الكروموفور عن طريق تكثيف الفينول وفثاليك أنهيدريد في وجود كلوريد الزنك ZnCl 2 أو حمض الكبريتيك المركز H 2 SO 4. في الحالة الصلبة ، تكون جزيئات الفينول فثالين بلورات عديمة اللون.

في السابق ، كان الفينول فثالين يستخدم بنشاط في إنتاج المسهلات ، ولكن تدريجيًا انخفض استخدامه بشكل كبير بسبب الخصائص التراكمية الثابتة.

عباد الشمس

كان هذا المؤشر من أوائل الكواشف المستخدمة في المواد الحاملة الصلبة. عباد الشمس هو مزيج معقد من المركبات الطبيعية التي يتم الحصول عليها من أنواع معينة من الأشنات. يتم استخدامه ليس فقط كوسيلة ولكن أيضًا كوسيلة لتحديد الرقم الهيدروجيني للوسط. هذا هو أحد المؤشرات الأولى التي بدأ استخدامها من قبل الإنسان في الممارسة الكيميائية: يتم استخدامه في شكل محاليل مائية أو شرائح من ورق الترشيح المشرب به. عباد الشمس في الحالة الصلبة عبارة عن مسحوق غامق برائحة أمونيا خفيفة. عندما يذوب في الماء النقي ، يتحول لون المؤشر إلى اللون الأرجواني ، وعندما يتحول إلى اللون الأحمر. في وسط قلوي ، يتحول عباد الشمس إلى اللون الأزرق ، مما يجعل من الممكن استخدامه كمؤشر عالمي للتحديد العام للمؤشر المتوسط.

لا يمكن تحديد آلية وطبيعة التفاعل الذي يحدث بدقة عندما يتغير الأس الهيدروجيني في هياكل مكونات عباد الشمس ، حيث يمكن أن يشتمل على ما يصل إلى 15 مركبًا مختلفًا ، قد يكون بعضها عبارة عن مواد فعالة لا يمكن فصلها ، مما يعقدها. دراسات فردية للخصائص الكيميائية والفيزيائية.

ورقة مؤشر عالمية

مع تطور العلم وظهور أوراق المؤشرات ، أصبح إنشاء المؤشرات البيئية أبسط بكثير ، حيث لم يكن من الضروري الآن وجود كواشف سائلة جاهزة لأي بحث ميداني ، لا يزال العلماء وعلماء الطب الشرعي يستخدمونه بنجاح. لذلك ، تم استبدال الحلول بأوراق مؤشرات عالمية ، والتي ، نظرًا لطيف عملها الواسع ، ألغت تمامًا الحاجة إلى استخدام أي مؤشرات أخرى ذات قاعدة حمضية.

قد يختلف تكوين الشرائط المشبعة من مصنع لآخر ، لذلك قد تكون القائمة التقريبية للمكونات على النحو التالي:

• الفينول فثالين (0-3.0 و 8.2-11) ؛
• (ثنائي) الميثيل الأصفر (2.9-4.0) ؛
• برتقال الميثيل (3.1-4.4) ؛
• الميثيل الأحمر (4.2-6.2) ؛
• أزرق برومثيمول (6.0-7.8) ؛
• α-naphtholphthalin (7.3-8.7) ؛
• الأزرق الثيمول (8.0-9.6) ؛
• كريسولفثالين (8.2-9.8).

تحتوي العبوة بالضرورة على معايير مقياس الألوان التي تسمح لك بتحديد الرقم الهيدروجيني للوسط من 0 إلى 12 (حوالي 14) بدقة عدد صحيح واحد.

من بين أشياء أخرى ، يمكن استخدام هذه المركبات معًا في محاليل مائية ومائية كحولية ، مما يجعل استخدام هذه الخلائط أمرًا مريحًا للغاية. ومع ذلك ، قد تكون بعض هذه المواد ضعيفة الذوبان في الماء ، لذلك من الضروري اختيار مذيب عضوي عالمي.

نظرًا لخصائصها ، وجدت مؤشرات القاعدة الحمضية تطبيقها في العديد من مجالات العلوم ، وقد أتاح تنوعها إنشاء خلائط عالمية حساسة لمجموعة واسعة من قيم الأس الهيدروجيني.

المواد التي يتغير لونها عند تفاعل التغيرات المتوسطة هي مؤشرات - غالبًا مركبات عضوية معقدة - أحماض ضعيفة أو قواعد ضعيفة. من الناحية التخطيطية ، يمكن التعبير عن تكوين المؤشرات بواسطة الصيغ Ind أو IndOH ، حيث Ind هو أنيون عضوي معقد أو كاتيون مؤشّر.

في الممارسة العملية ، تم استخدام المؤشرات لفترة طويلة ، ولكن المحاولة الأولى لشرح عملها تمت في عام 1894 من قبل أوستوالد ، الذي ابتكر ما يسمى بالنظرية الأيونية. وفقًا لهذه النظرية ، فإن جزيئات المؤشر غير المرتبطة وأيوناتها الصناعية لها ألوان مختلفة في المحلول ، ويتغير لون المحلول اعتمادًا على موضع توازن تفكك المؤشر. على سبيل المثال ، يحتوي الفينول فثالين (مؤشر حمضي) على جزيئات عديمة اللون وأنيونات قرمزية ؛ الميثيل البرتقالي (المؤشر الرئيسي) - الجزيئات الصفراء والكاتيونات الحمراء.

الفينول فثالين ميثيل البرتقال

HIndH + + Ind – IndOH
إنديانا + + أوه-

عديم اللون توت العليق. الأصفر أحمر

يؤدي التغيير وفقًا لمبدأ Le Chatelier إلى تحول في التوازن إلى اليمين أو اليسار.

وفقًا لنظرية Chromophore (Hanch) ، التي ظهرت لاحقًا ، يرتبط التغيير في لون المؤشرات بإعادة ترتيب عكسية للذرات في جزيء مركب عضوي. مثل هذا الترتيب العكسي في الكيمياء العضوية يسمى tautomerism. إذا ظهرت مجموعات خاصة تسمى chromophores في جزيء مركب عضوي نتيجة لتغيير حشو في البنية ، فإن المادة العضوية تكتسب لونًا. Chromophores عبارة عن مجموعات من الذرات التي تحتوي على واحد أو أكثر من الروابط المتعددة التي تسبب الامتصاص الانتقائي للاهتزازات الكهرومغناطيسية في منطقة الأشعة فوق البنفسجية. يمكن أن تعمل مجموعات الذرات والروابط ، مثل −N = N− ، = C = S ، −N = O ، هياكل الكينويد ، وما إلى ذلك ، كمجموعات كروموفور.

عندما يؤدي تحويل صفي إلى تغيير في بنية اللون ، يتغير اللون ؛ إذا لم يعد الجزيء يحتوي على حامل اللون بعد إعادة الترتيب ، فسيختفي اللون.

تعتمد الأفكار الحديثة على نظرية الأيونات الملونة ، والتي بموجبها يكون التغيير في لون المؤشرات ناتجًا عن الانتقال من الشكل الأيوني إلى الشكل الجزيئي ، والعكس بالعكس ، مصحوبًا بتغيير في بنية المؤشرات . وبالتالي ، يمكن أن يوجد نفس المؤشر في شكلين لهما هياكل جزيئية مختلفة ، ويمكن أن تتحول هذه الأشكال إلى بعضها البعض ، ويتم إنشاء توازن بينهما في المحلول.

كمثال ، يمكننا النظر في التغييرات الهيكلية في جزيئات المؤشرات الحمضية القاعدية النموذجية - الفينول فثالين وبرتقال الميثيل تحت تأثير المحاليل القلوية والحمضية (عند قيم الأس الهيدروجيني المختلفة).

رد الفعل ، نتيجة لإعادة الترتيب الحشو لهيكل جزيء الفينول فثالين ، تظهر فيه مجموعة كروموفور ، والتي تسبب ظهور اللون ، وفقًا للمعادلة التالية:

عديم اللون عديم اللون عديم اللون

قرمزي

المؤشرات ، مثل الإلكتروليتات الضعيفة ، لها ثوابت تفكك صغيرة. على سبيل المثال ، K d من الفينول فثالين هو 2 × 10-10 وفي الوسط المحايد يوجد بشكل أساسي في شكل جزيئاته بسبب تركيز الأيونات المنخفض جدًا ، وهذا هو السبب في أنه يظل عديم اللون. عند إضافة القلويات ، ترتبط H + -ions من الفينول فثالين ، "تتعاقد" مع OH - أيونات قلوية ، وتشكل جزيئات الماء ، ويتحول موضع توازن تفكك المؤشر إلى اليمين - نحو زيادة تركيز أيونات Ind. في الوسط القلوي ، يتكون ملح ثنائي الصوديوم ، له بنية كينويد ، مما يسبب لون المؤشر. يحدث التحول في التوازن بين الأشكال الحشوية تدريجياً. لذلك ، لا يتغير لون المؤشر على الفور ، بل يمر من خلال لون مختلط إلى لون الأنيونات. عند إضافة حمض إلى نفس المحلول في وقت واحد مع معادلة القلوي - بتركيز كافٍ من H + -ions - يتحول موضع توازن تفكك المؤشر إلى اليسار ، نحو الاستقطاب ، يتغير لون المحلول مرة أخرى.

وبالمثل ، يتغير لون برتقالي الميثيل: تعطي الجزيئات المحايدة لبرتقال الميثيل المحلول اللون الأصفر ، والذي يتحول ، نتيجة البروتونات ، إلى اللون الأحمر ، وهو ما يتوافق مع البنية الكينويدية. لوحظ هذا الانتقال في نطاق الأس الهيدروجيني 4.4-3.1:

اصفر احمر

وبالتالي ، فإن لون المؤشرات يعتمد على بيئة الأس الهيدروجيني. كثافة اللون لهذه المؤشرات عالية جدًا ويمكن رؤيتها بوضوح حتى مع إدخال كمية صغيرة من المؤشر ، والتي لا يمكن أن تؤثر بشكل كبير على الرقم الهيدروجيني للمحلول.

الحل الذي يحتوي على مؤشر يتغير لونه باستمرار مع تغير الأس الهيدروجيني. ومع ذلك ، فإن العين البشرية ليست حساسة للغاية لمثل هذه التغييرات. يتم تحديد النطاق الذي يتم فيه ملاحظة تغير لون المؤشر من خلال الحدود الفسيولوجية لإدراك اللون بواسطة العين البشرية. مع الرؤية العادية ، لا تستطيع العين تمييز وجود لون واحد في خليط منه مع لون آخر إلا إذا كان هناك على الأقل بعض كثافة عتبة اللون الأول: لا يُدرك تغيير لون المؤشر إلا في المنطقة التي يوجد بها فائض بمقدار 5-10 أضعاف لشكل واحد بالنسبة لشكل آخر. أخذ HInd كمثال ووصف حالة التوازن

هند
H + Ind-

الثابت المقابل

,

يمكن كتابة أن المؤشر يظهر لونه الحمضي البحت ، وعادة ما يلتقطه المراقب ، متى

,

ولون قلوي بحت في

ضمن الفاصل الزمني الذي تحدده هذه القيم ، يظهر لون مختلط من المؤشر.

وهكذا ، فإن عين المراقب تميز التغير في اللون فقط عندما يتغير تفاعل الوسط في نطاق حوالي 2 من وحدات الأس الهيدروجيني. على سبيل المثال ، في الفينول فثالين ، يتراوح نطاق الأس الهيدروجيني هذا من 8.2 إلى 10.5: عند درجة الحموضة = 8.2 ، تلاحظ العين بداية ظهور اللون الوردي ، الذي يتكثف إلى درجة الحموضة = 10.5 ، وعند الرقم الهيدروجيني = 10.5 ، هناك زيادة في اللون الأحمر اللون غير مرئي بالفعل. هذا النطاق من قيم الأس الهيدروجيني ، الذي تميز فيه العين تغيير لون المؤشر ، يسمى الفاصل الزمني الانتقالي للون المؤشر. بالنسبة لبرتقال الميثيل ، K D = 1.65 10-4 و pK = 3.8. هذا يعني أنه عند الرقم الهيدروجيني = 3.8 ، تكون الأشكال المحايدة والمنفصلة في حالة توازن بتركيزات متساوية تقريبًا.

نطاق الأس الهيدروجيني المحدد لما يقرب من وحدتين للمؤشرات المختلفة لا يقع في نفس المنطقة من مقياس الأس الهيدروجيني ، لأن موضعه يعتمد على القيمة المحددة لثابت التفكك لكل مؤشر: كلما كان الحمض أقوى ، كان الانتقال أكثر حمضية الفاصل الزمني للمؤشر. في الجدول. يوضح الشكل 18 فترات الانتقال وألوان مؤشرات القاعدة الحمضية الأكثر شيوعًا.

لتحديد قيمة الأس الهيدروجيني للحلول بشكل أكثر دقة ، يتم استخدام مزيج معقد من عدة مؤشرات مطبقة على ورق الترشيح (ما يسمى ب "مؤشر Kolthoff العالمي"). يتم غمس شريط من ورق المؤشر في محلول الاختبار ، ويوضع على ركيزة بيضاء مقاومة للماء ، وتتم مقارنة لون الشريط بسرعة مع المقياس المرجعي للأس الهيدروجيني.

الجدول 18

فترات الانتقال والتلوين في مختلف الوسائط

المؤشرات الحمضية القاعدية الأكثر شيوعًا

اسم	لون المؤشر في بيئات مختلفة
الفينول فثالين	عديم اللون	قرمزي 8.0 < pH < 9.8	قرمزي
		البنفسجي 5 < рН < 8
الميثيل البرتقالي		البرتقالي
		3.1< рН < 4.4
الميثيل البنفسجي		البنفسجي
بروموكريسول
بروموثيمول
الثيمول		2,5 < pH < 7,9

تغير لون المؤشرات حسب الرقم الهيدروجيني

مؤشرات الحمض القاعدي هي مركبات يتغير لونها اعتمادًا على حموضة الوسط.

على سبيل المثال ، عباد الشمس أحمر في بيئة حمضية والأزرق في بيئة قلوية. يمكن استخدام هذه الخاصية لتقييم الأس الهيدروجيني للحلول بسرعة.

تستخدم المؤشرات الحمضية القاعدية على نطاق واسع في الكيمياء. من المعروف ، على سبيل المثال ، أن العديد من التفاعلات تسير بشكل مختلف في الوسط الحمضي والقلوي. من خلال ضبط الأس الهيدروجيني ، يمكن تغيير اتجاه التفاعل. يمكن استخدام المؤشرات ليس فقط للتقييم النوعي ، ولكن أيضًا للتقييم الكمي للمحتوى الحمضي في محلول (طريقة معايرة القاعدة الحمضية).

لا يقتصر استخدام المؤشرات على الكيمياء "البحتة". يجب التحكم في حموضة البيئة في العديد من عمليات الإنتاج ، عند تقييم جودة المنتجات الغذائية ، في الطب ، إلخ.

في الجدول 1يشار إلى المؤشرات "الأكثر شيوعًا" ويلاحظ لونها في وسط محايد وحمضي وقلوي.

الجدول 1

ميتيل برتقالي

الفينول فثالين

في الواقع ، يتميز كل مؤشر بفاصل الأس الهيدروجيني الخاص به والذي يحدث فيه تغير اللون (الفاصل الزمني الانتقالي). يحدث التغيير في اللون بسبب تحول أحد أشكال المؤشر (الجزيئي) إلى شكل آخر (أيوني). مع انخفاض حموضة الوسط (مع زيادة الرقم الهيدروجيني) ، يزداد تركيز الشكل الأيوني ، وينخفض ​​تركيز الشكل الجزيئي. يسرد الجدول 2 بعض مؤشرات القاعدة الحمضية ونطاقات الانتقال الخاصة بكل منها.

الجدول 2