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Dr. Ph. Reiß, im Juli 2007
Gl i e d e r u n g :
A. S i n l e i t u ng :
1. all g e mei ne Uefinition d e r I ndi kat0ren
2 . P h ~ n0men der Indi katoren
3. ~ i n te i l ung u n d Über s i ch t der Indikatoren
8 . Hau p t t e i l :-:
1. Indikatortheori e nach OSTWALD
2. I ndi katort h eo ri e n ach H~NTSCH
3. neuest e Indi katortheorie
(1'/1' ~),~," :. ,~..,. '
4. Anwendun g d es Mas 5 enwi rk u n g sgese t zes :Bes t i mmu n~ der
D i s s ~zi a t i on?kons tan ten kHIn,der Ums c h l a gs pu nk te un d
d er Umsch l a gsbereiche.
5. Einflußfaktoren au f die Dissoziationskonstante KHI nG. "Anwend ung der I ndi k a t o r en
- d i e Äqu i v a l enzpunk tbe s t i~mun g und i hre f eh l e rque l l e n
- di e pH- Be s t i mmung a u fg r u n c1 colorimetrischen Ve rg l e i c h s
un d ihre Feh le r qu e l len
o
Indi ka t oren~ ' "
c , Sch lui
1. n achla s s ende 3ede u tu ng de r pH-
D. Anh a n g
Tabe l l e ü b e r d i e Ums c h lag sbere i che d er verwendeten Indikatoren
Foto kopi en der verwe ndeten Fo l i e n
3 . Li t eraturverz ei c hni s
'P.QJh Q lQvn.lC~
e~cLtLJ. ~cMu. Sh.~
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t · .
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A. 1 .all ge8e i n ~ Oe f i n i t i o G
Unt e r I nd ikato r e n ve r stehc ma n ganz:i 11 9(~me.in "Hi l f 3anz t-= i ge r "
(au s eie rn l a t . rt i nd l ca c e " , ö a s " a nz e i gen" b eci e u ce t ) ,d i e den Ve r l e u f
od e ~ das Ende e iner ~eaktion a nzeigen s ol len .
Daher wer den I nd ikatore n vor a l lem be i maßana ly t ischen Be s t i mmunge n ,
wi e z . 3 . be i R~dox-T itra t ionen ,~onlp lexbi ldu ngs tit rationen un d be i
Säu r e - 3ase-Ti t r at ionen verwendet.
Auf d ie Anwendung de r Indi kato re n be i ~äure-Base-Reak t i onen wi r d
s ich d ec f olgende Vor t r ag be s ch rä nk e n . ·
A. 2. Phänome n des I ndi ka to r s
pH- Indikato ren s ind j e de m bekannt als S toff e ,die i m sauren e i ne
andere Far be besit zen als im alkal i s chen Sere i c h .
Vers teh t man Indi k a toren s o, so (Jehö r e n e i ni ge Faros t o r fe , di e in
uns eren al lt~glich e n Obs t - und GemU ses äftenenthalten s i nd, e be nf a lls
z u den pH-Indikatoren •
Ve rs uch 1 : Indi kato~ ei ge n s c h af t e i n2 r w~s s ci ~2n L6 2ung des . ~ o t k r a u t s
Ger ä te : E:~ <-:; ch e cg l a S 3- 10 0 0 .nl , E; u n s e ni:J r,,~ n n er , Dr- e i fuß , '-\ s ';)es cne c z
Ch e rn i.k a Li e n t 9 ,:,; s ci, n i t t ene s , f r ; sches :~o t.k r au t ; de s t. , ·, ! a s s ~ c ;
Lö s unq e n \{ C) l1 pH 2 ·o i s 12
0u r c hfU h r llng: Ro t krau t wi ~d mi t c a . 230 ml dest . ~a s s er g ek oc~ t .
Uberste~ ende vio l ett e Lösu ng wi r d z u de n L6 su ng e no
mi t elen v e r s c h t e de ri e n pH - ·,je r t e . ·~e 0 '2 b en .
3 eo b=:tchf: u n g : ;: H 2 f t o t ; PH 3 ~ .l. F.l. ;: r(') t ;ph S cotvio l e t t;pH 7 b lau
ph 9 (J r ;~ :"g e l b ; pH 12 g e l b
In dem Rotk r~utsaft bef inden s i c h sog . h n t ho cyane , di e zu de r ~a rb-
•. . lC ' .. . '·s t o f f k l a s s e de r Py r i l i umve r b i nd ung geh oren .O~e se anc e r n mi t de~
pH- Aert ih re ~ a cbe .
Auße r i rn Ro t koh l s a ft gib t e s auch in a nde ren Obs t - und GeDUses ~ f ten
derar tige Pa r o s t of fe , d i e man durch e xt r ahi e r e n echalten kan n , s o
2 . 8 . in Äpf e l n , Br ombe e r en , Pf l a uffi un , Ki r s c he n , Ka r o t t e n , us w.
A. 3. Ei n t e i l ung u nd Übersicht der I ndik a t o r e n
Pr i nz i p i e l l kann man di e bekannte n I n di k a to~en entweder nach i hrer
Wi rk ungswe i s e od e r nac h i ll re r chemi s c he n Kons t i t u ti on g l i e der n .
PU r die wichtigsten und ge l ä uf i g s t e n I ndi katoren gi b t fol ge nd e
Tabel le ein~ Ube r s i c h t , d i e e i ne Kombi na t i on von de n zwei Si n t e i l
unqsrn öq l Lch k e Lt en ist:
Pol l e 1 ( sieh e Anh ang )
Neben den aufg eführten Indi katoren s i nd no ch von 3e de u t ung :"'de r Universa lind ikato r ,d . h'. ei nr Gemi s c h de r verschi e de nsten e i ~ze l nen
Ind i k a tore n ,di e e i n 3 r el a t i v j re i t e pH -S ka la abdecken ,inde m ma n
Uber da s ge s amte pH- Gebiet ver sch iedene f a r bnua nc en e r ke nne n kan n
de r Mi s c h i nd ik a t o r , d . h . e i n Ge mi sch von z~e i Ind i~a t o r e n , d e r2 n
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F'luorescen zo
Licht int , ·
Farten am Ums c h lag s p u n k t komp lem~ nt~r 5l no ,s o da ß e i ne Mi s c h f 3 r~ 2
entsteht. So li e g t z . G. ~e i dero b e k an n t en Mi s c h i nd i ka t o r Met hy l ro t /
Me t h y le nb l a u im sau r e n d i e F a r be des ~e t h y l co t s (=rot) voc,am
Ums ch l ags p u nk t tritt di e Mi s c h f a r b e d er a l k a l i s c h e n Fa rbe des
Me t h y l r o t s (= g ~lb) und de r sauren Fo r m de s Meth y lenb l a u s (=bl au~
als s c h mu t z ig g rU n auf.Im al kali sch en Be r e i c h liegt dann ~ie Fa r b e
d er al k a lischen Fo r m des Me t h y l e nb l a u s (=grUn) vor.DerVorteil
di eser Mi s c h i n d i k a t o r e n li e gt d a r i n ,daß d a s men schliche Au g e
be s o nd e r s g u t Abwe i chu ngen von d e n ~ i i s ch f arbe n wah rn e h men k a n n ,
so daß damit die leicht e i n t r e tenden Ub e r t i t r a t i o n e n v ermieden
werd en kön nen .
Ve rsu ch 2 ~ i s ch i nd ik 3 to r
Ge r äc e : s e c hs : ::2 ag t-~ n zgläs er
Ch e i'!ii k a I ien : i :1sch ind i k a t o r h e eh y 1 r ot / i'i-::' eh y I e n :") 1a u (l Tei 1 1'1'= th '/ 1 r o t
Co , 2/ , i n Al koh o l u n d 1 Te l I ;·:e t h y 1 enb l au 0, 1 ;~ i n Al k o h o l) ; .
Lbsung pH2 u0d Na-a ceta tpuf f e r ~H 5 ,2 b i s 5 , 8 ; 2 N NaOH
Du rchfUhr~ n g : Zu d en L6s u n s~n we r d e n g le ich e Me ng e n ~ ~i sch i n d i k a t or
g e seh e n .Gi b t ma n ~ u der L6 s u n g pH 5, ; nac h Zugab e a n
~~(l d : I< a tor auch nu r e i n 'I' r' , 2 :'"'i {·;.J.O:i , so e r s c h e i n e s o f o r t;
d ie .] r ;j ,e a L x a L i s cb e f 3.r~ e .
q eoh - c'n r u ~ ~ · s i c 'n c ~ n n ~ ~ ~ n ~ m 7~ X ~w .'_' 0 . _ 1 . :) . _ _ ~ '. _ ~, l-:J ";"' -l. k) '_ ' l _ l I . _ C l...
Fluorenscenz-Indikato ren,d.h. S t off e , de re n e i ne Po r m...,zei qt. Fluores c en z i st, we n n El e k t r o n e n d a s a bso r b i e t e
r-. 1 1 -0 • tt . twe n l g e r aso s e c . e ml . le~ •
Der Vo r te i l so lcher Fluoresce n zin d ik a t oren b e ruh t d a r a u f , d aß man
~ i e beson ders gu t be i g ef~ rb ten b z w. t rUb ~n z u titr i eren~en LBsung-
en verwen d en k a n n .
Ve r s u oh 3 ? 1uores c .rn z i nd l k a t o r
Na OH ; -;
' 0 , 1 ~ wd s s ri g e rrop~o l i n o e ; 2n He L
D' '··-r l-, ,. '1.11 1;- ', ' na . ') I~, •...... - _. . .- . - ~ ~ -,. ' .'. 1 . 2n ~C l +f rop ä oli n 00
2 n ~ ACH +Trop äo l in oe+Tr o pdo li n
? a r :::, e : r o t
» r: ' '''' - s l' ", , '"' n " ~ (' l t' + ·"r p" ,: ·.." i n , ··,-- ' ~ ""r 'J - ,.) \·· a', u ""'10 2 1 h'-' ''4 . ". :> ':::J Te. ', ' '', ,,,,, ,, ', .!. .~V.L ..J. , ;u r ·...1. . C - " :;1- ~
u n t ~~ die UV 'La mpe s es tellt . Zu g a j e vo n S 3 ~ i cy ls ~ure .
L , .::t 2. S e Lrie 3 e c h e r g l a s q i b c ma n 2 n rJa O:-l b i.s b Laue F lu c r -
e s c e n z a u f t r L c t ,
f ·..: yoo l.) " ·n ..... ' ~J e ~ I ~_·· ::- · ·· !·1 ..-' 1· 1 \·' c- .- ~ .nr ll' t ..: .. .. • "J· ~'·f ·",·"' n - -.•::• .:... .1. LAi. ~ ~ .•~ :" J.. ...Uo-")" I""..J -_"J...I ''::'' .L. ..... ' _ ....... : '10, ..L':" ' ~ , \ '-4 ':) : .-.. I:j '.... . l
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b zw. de r Pluo r e sc e nzumsc h l ag be i be s t i ~~ t en pH - ~ert en .
FUr di e Er k l ä r ung diese Umsch l ags g ibt e s zw~ theo r eti s ch e An s g tze :
d . 1 . I nd ika t o rtheorie nac h OST~AL r
~i l h e l m Ostwal d bet~achtet di e Indi kato r en in t h r 2~ c he mi s c he n Ve rha lt en
wi e sch ~~che Säu r e n ode r schwache Bas~n .
Vers uc h. 4 Indi kato ren a l s s c hwac he S ~u ren/Basen
G,:~ r ä t e : z we i, Re a .:] eri z q 1 ä s e r , pH' E: 1e letrode
Ch em.ik a I i en : des c , jJas s e r , ['Je th 1'1 r o t , l' ieti1y lo rar1 ge
Ducchf Uh rung : PH- Me s s u ng d e s dest . ~as sers ,dann e r neüt nac h Zugabe von
a . Methy lro t ,b . Me ~hylorang e
3eobach t un<] :r:+i 't'l'er t nL::rnt be i Zugabe vo n r-:e thy l ro t ab j dh , l.fe ::: h y l r o t
ve rhä l t sich wi e e i ne s chwache S äu r e .
prl- lile r t n i mm t bei :":ugabe von r ; e th y lor3.ng :~ zu, d i h , j"lethy l -
o range ve r h ä I t s i.c h '../i e e i ne s c hwache bas e .
~ Demnach lässt ' sich fUr die Indika torsäuren (HIn) fol gendes chemisches
,-,' Gl eichge wich t formu l i eren:
- +HI n -->,;[n + H, HI n=Indi ka t o r s äu reI n-=Indikatoranion
Und f Ur di e Indika torba s e n( IriOH) g i lt a nal og:
r " OH -.::a I + OH-n I .. - n + InOrl~I nd i k 4 torbas e
I n+ = I nd i k a torkatio~)
o
Da nach OSTWAL D das I ndi ka torion ( I H- ode r 1n+) ei ne a nde r e f a r be
besitzt als da s undissoziiert e Indi katormo l e kül (HI n ode r InOH),
erkl ärt e r de n Farbumsc hl a g f o l genderma ße n :
Bei Ind i kators ::iu r.e n \'vij rd (~ ei.ne F:r höhu ng de r [ H-l;] d a s c bemi s c be Gle ich
ge~i ch t auf d i e Se i te de s und issoz i i e r ten HIn ve r s c hoben we rd e n ,so d a~
i m s auren 8e re i c h dessen Farbe dominiert
++ H___ InH ln 4"'-~
E:ine Ver rir.1 9c:'c ' löl 'j de r C..j+J be i s pi e l s we i s e durch Zugabe vo n lL a ug r:
wU r de j edoch das Gl e i c hge\..... i cht au f d i e Se i te de s d i s soz i i er ten I n
verschi e ben, so daß nun des s e n Fa r be i n de C Lbs un g domi ni er t
....
En t s p r e c hende ,j edoch umge ke h r t e Gbe r legu nge rl Uber di e Verschi e bung
des ch emi schen Gl e i ch ge wichts ge l t e n fUr d ie Indikatorbas en.
Am Be i sp i e l de r I ndik a t orsäure p-N i t r o phe no l s o l l d i e Thoe r ie
Os t ~a l ds e r l äu t e r t werden .
F'ol i. e 2 ( 3 1 2[) <:. .vnh a riq )
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An de r Gr und vo r s t e l l ung Os t wa l d s , d aß sich Indi katoren wie s c hwac he
S~u ren bzw. da s e n verhalten,wird a uc h heute noch fe s t qeh a l t en .Jedoch
sind g eg e l1 die E rk l ~ ru ng d es Pa r b ums c h l a g s l ediglich au ~ d em Di sso z -
r .Q
iationsvorgang heraus, Einwä nd e e r hoben wo r d e n .
Einwand 1:Der Indikatorumschlag,der nach Ostwald e i ne Di s s o z i a ti o ns
vorgang,also e i ne Ionenreaktion,sein soll,müßte als solcher
un meßbar schnell verlau fen.
Jedoch gibt es eini ge Indikatoren ,die nur l a ngsam umschlagen,
diese Tatsache deu t e t auf den Ablauf einer No leku l a r rea k t i o n
hin
Ve r s uc h 5 Mo l e ku l a r e r Ablauf des Indi katorumschla gs
Cn e rni ka 1i ~~ n : ko r.z • il aCH, Kr i s t2 11 v .L a I e t t
Durehf l: ~1run (J: Zu .eLner \,./ti. ss r i ge n Lö s un g rn l t e i nrc en i'r:- .l{ r ist a l l·v' i Gl,::: t t
a l s L n d l k a t o r wi r d ko nz .i laCH ge C] !~ b en.
l 3 2oba c htun g : lanss Qme En tf ~ rbu ng d e r Lö s u ng von t i e f v i o l e t t nach
h e llviolett und s ptte r i n s Pa rb los e
Einwand 2:Die meisten anorganisch en un d o r ga nisch e n Sal ze, Säuren
und 3as e n h abe n i m d i s s oz i i e r t e n Zu s t a nd di es selb e r a rbe
wi e im undi ssoziierten Zu s t a nd .
We nn charakteristisc he Parbumschl ~ ge auf t~eten,sind i mmer
a uc h g le i c hz e i t i g Ko n s t i t u t i o n s~n d erungen z u beobachten.
Ve r s uc h () I ndi k ':l t c;~ f :t,t:' b ur:~ s ch 1 ?- 9 , a l '::: Ko ns ti t u t Lo ns ä n oc r-u n c'0
Ge r~ t e : z~e i R~ dgen zq l ä s e r
C h em i ~a l i en : a lk a li~ch e C h ro~ at 1 0s u n ] ; 2 n He l
Ju rch fL;hcu n ' ~ : Z u de r J: l'~~ l i s ch~n Ch ror~ a tlö s u n g ·,·Ji ;:'d d i e He l '>:~ r;eb 2 n .
~3 t==00 2cit :: ung : c:i e i m alkali schen ~ e l je 13rba ~ n d e r t s i c h.. ~
Von d aher nahm HANTZSCH in s e i ne r Th eori e nn , d a ß die Urs a c ;,e des
f' a r bwec hs e 1s in e i ne r C;:Ul l s t i tu tionsänderung des Indika tormol ekü Is
zu erblicken ist,die mit dem Di ssoziationsvorg2ng pa r a l l e l l äuf t.
Ansch aulich e ~rkl ärun g de r I ndi ka tort heorie HANTZSCH's a m
Be i sp i e l von p- Ni t r o phe no l :
Oa n i on derJ
aci- 'Ji::r'bindun g ==::::::-=== aei-Verbdg.'"
Ps e udo s äu ce
Fo l ie 3 ( 3ieh e Anh a ng )
Allgemein und sch e matisch l ~ ß t sich die Vors tellung von Han tzsch be
züglich des Fa r bwe c hs e l s von Indikatoren folg endermaßen formul i eren:
a.für tndi kators tiuren
b .iU r I ndi katorba s en
~seudobase ~K t ' , J+. a 10n a e rb aso- Ver bind ung~ b s .s o-Ye r bdq , + e H
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<.
Ko ns t i t ut i o nsänder un g e r f o l g t , un t e r d e r e ine Vers c h iebung de r
1T-i::lek tronen z u verste he n is t .
Di e t arbe einer Lbsung wird demn ac~ i m we s e n t l i c he n du~ch die
Verteil ung de r 'tr - El e k t r o ne n übe r das r·lo 1eklil hinweg besti mmt.
J e gr öße r die ~elokali sierung Qer ~-G l ek t ronen ,d2 s t o e ne r gi eä r me res
Lich t r.eic htaus, um di e i( -r~lek tronen in de n angeregten Zu s tand zu
UberfUhren,d.h. das Mo l e k Ul wird i m sic h tbar e n dere i c h ab s o rb i e ren
und d i e Lö s ung e r s c hei n t" un s a l s farb i g .
0 a s Ma ß der Delokalisierung derrr-Slektronen ist gekennz eic hne t durch:
Vorhandensein eines ko n j ugie r ten rr - r:~l ektronensyst ems
Aus s eh en und To po l og i e des1T-Systems:lin e ar,verzweigt,cyc lisch
- SUDstitutionseffekte durch f r e md a t ome , d i e abh ~n g i g sind von
den Elek t r o ne0a t i v i tä ten u nd von u e m Vo r hand ense i n eines f re i e n
~-Elektron en p aares ( +M~ ~ff ekt oder - M-Gf f e kt)
Der Zus a mmenhang zwischen chemischer l<onstitution, d.h.Ver teilun g de r
~ -~l ek tronen u nd d e r f a rb i gkeit , d . h . der Lichtab sorption, z eigt
fol g e nder Ve r s uch :
Ve ..-s uc h 7 Che mi s c he Ko ns t i t ,: t Lon .m d r ar;; i '~,f( e i t
Gerä te : S2 ch s nea ] enz g läser
C h en ~ i :':: a 1i en: Kr i s t al l v i o let t , f';a 1a ch i tg r :j n .ve r d , u nd ko riz , HC I , k o nz , i'.I a OH
Du r c hf Uhrun g : . ~ G 1 fC r i sta l l v i o l e t t + verd. He l
~G 2 Kris eal lv iole t t + ko nz . He l
ra c je o l a uc r ü n
[-' a r b e g,,,; l :J-jr ün
'f~'.
RG 3 Kr i s t a l l v i c l e t t
2G 4 G a l ac ~ i t g rü n
, ~G 5 i';.:l1 ach i, t c r ün
RG 6 ~l d l ach ttq ~U n
+ k on z . ·." r ''-l..... ~ . ; ...~ ....~..
+ :-0 '1 ~ : (~ 1.'. . :.. ~ ..' ()- -
r.3::"b l o s
Zur De u t u ng de s Vers uchs s ei auf Po l ie 3 verwi e s en, d~~t z e i g t sich
d ig äh n l i c he c he mi s c he Ko n3 t itut i o n zwi s c he n Kr i s t a ll v i o l e t t und
~a l achitgrU n , d ie sich nur du r-ch das Vorh an de ns e i n e ine r ~e th y l ierten
Aminogru ppe be i m l<ri s t allviolett u n t e rs che id~ . Be i ? r o t o ni e r ung
ei ne r- so l c hen GF~.ppe , s c ht äge - ;':r i 5 t all violett::~"s b l aug rüne um,
d.h. es absorpiert nun im g l e ichen ~e l l en b ereich des Lichtes,wie
das ;'la l a c h i t q r ün , das n i c h t durch e i ne me th y l i erte ,.:..r.1i no g r u ppe am
Be n zo l r i ng aktivi ert i st. Das bed e u t e t , d a s e ine Fr oton ier un g d e r
Aminogruppe,den aktivi erenden Ei n f l u ß des früheren f re ie n El e k t
ron en paars au f hebt,so d a ß nun a nd ere Verh äl t n i s s e i ~~ -El ekt ronen
s ystem vo rh a nden sind,die sich i m u n t erschi edlichen Abs o r p t i o ns
maxi mum zei gen. Di e Reak t i o n mi t ' ko nz . HCl i s t g lei c he r ma ße n zu deu ten ,
nur. mi t dem un t e r s ch i eo , <;l aß nun vo Ll s t ä ndi qe Pr o t o ni e r ung c. e i ns etz t e .
Die He a k tion mi t kon z . NaOH, d , h , " i e An lagerung von OH an das vorher2 3sp h yoridlslerte mi ttl e r e L- Atom oe wi r k t e i ne s o H yb r i di si erung ~
d amit: ist der ELek t r-on e n f Lu ß de r 1f- ~;: l p. ktronen UO--2r d 3 S mi t t l e r e
C-Ac o~ ge h i nd e r t, d i e Ue l ok a l i sl e runq e r n ied r ig t ,w as e i ne Abs o r p t i o nChemie in der Schule: www.chids.de
fU r e i ne q uan c i c a t i ve de ~ r ach t u n g d~r I ndi k atoren i s c jedoc h die
Th e o r i e d e s Farbums ch l ag s ohne Be d e u t u ng , d a d a mit nur d ie Änd er
un g d e r f a r b i gk e i t e rk lir t werden kan n . ~ edeutend ist de~geg enUber
di e Aus s age ,daß sich Ind i ka t o re n wi ~ schwache S~uren bz~ . aasen
verhal ten.
3 . 4 . Anwe nd u ng des Masse nwi r ku ng s gese t z t e s auf Indikatoren
Das fU~ Indikators~uren g e l tend e chemische Gl e i c hgew i c h t
( 1)
kann ma n durch ~ i n fUh rung der Gle i c hg e wi c h t s ko n s t a n t e n KHI nauch formuliert we rde n als
( 2 )
bzw. bei Verwendun g des negativ dekadischen Lo garithmus als
Dividiert man Gle i ch u ng ( 2) du rch di e Wa s s e r s t o f f i one nko n zen t ra t i o n,
= ( 4)
[H+J GIn]so e rken n t man, a. we nn [H+] kleiner als KHI n , dann is t [ In-j größ.er [HIn]
g le i c h KH I n , d a n n ist [In-J g l e i c h [HIn]
größ<~r KHI n , d ann ist [Inj kleiner [ Ht~J
Es zeigt s i c h ,~ß c as Verh äl tnis z wischen dissozii ertem Indi kaoorion _
und u rldissoziiert em Indikatormol ekUl sowohl von der Gl eichgewi c hts
kon s tan t e KH
In als auch von d e r in Lösu ng vorh a ndene n [H+] a bh ängig
ist. ,
:\ m 'Jms c h Laq s pu n k t j werm (In1 = [L{t~ ,L, t dd e Gle i r : '.; _-,:i c h t s ko n s t a n t e KHI n
nume r i scr- c;; l e i c h mi t der [ H+l a n;: ij:h u ng , :i. h . wen n d ie s e r Fa l l
au f t ri t t , ~U ß t e der · F arbumicG i~g fUr ~ is me n s ch l i ch e Aug e wahrnehmbar
s ein. Da d as men s c h l i c h e Au ge eine f a r b 8 jedoch nur dann e indeut ig
i dentifizieren kann,wenn sie in 10fa c h em Uberschuß vorha nden ist,
bedeutet di es,daß
schlagsbereich z u
[rn-l = 10Q1 Ir\) -::r-
kein fe s t e r Umschlagspunkt,sondern nur ein Um-
sehen ist. Der Umschlagebereich erstreckt sich zwisc he n
und Un'l = 1[H .Lnl 10
bzw. unter oerücksichtigun g von KHI n und dem ne 0.dek.Logarithmus:
Umschlagsbereich = +p KH1 n - 1
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Aus dem obe n gena n n t e n geh t h e r vor , d a ß d i e Umsch lag s ~unk t e d e r
vecsc~iedenen Indik a tore n im we sen t l i che n d u rch ihre Di s s o z i a t
ions konstante KH1 n gegeben sind .
Aus d i e s e m Grund e wird sich im fol g end en eine ge naue r e 3e t rach t u ng
•• d e r Di ssoziationskonst ante anschließen .
Ve r suc h 8 gxperi~entell e Bes t i mmun g v o n KHI n
d urch Ti tra tion
Vers~chsprinzi p: Sei d e r Ti t r3 t i on e i n e r b e k ann t en Siu re ~ i t e i ne r
b e k a n n c e n un d gen3u d e f i n I e r t en Lac :J2 b ei' An we s e nri e i i2
e i n e s Ind i k ato r s , z e i g t d e r P a r~uM sch~ ag de s I ndi kato rs
a n , da ß d ie [ H+] vorli e g t, di e nu me r i s ch g le i ch mi t
KWI is t. Anh an d de r ve r~raucht en Lau g e , k a n n man auf d i eI , n
no c h in Lös u n g vorliegen d e ( H+] r ü c k s c h l i e ße n u n d d i e s e
q Le i ch deLi KWI se t z cn ,. , nß~che rg l ~s e r 1 50 ml , Vo l l p i p e t t e 0.20
[,.a g n e t f is c h e ,3ü r e t t e
Ch emi.k a Li. en r Lo o rü 0 ,01 i' ] HCl,10 0 'rn I 0 , 0 1 N i'l 26 H, f h ymo l b l a u ,
Ph eno lphtha le i n
Dur ch f Uhr ung : 2 0 ml 0,01 N Hel werd e n mi t d em Indikator Th ymo l b l a u
v e rse tz t und mi t 0 , 0 1 N ;~ aCH t i t ri er t j i s zum I n(ik a t or-
ums c .i L a q r ot nac h ge l b , Da C:2 '.:' F a r-o ums c h lag s c h we r z u-:: r -
ken rlen i s t , e mpf i eh lt e s s i c h , Ve r g l e i c h s l ö s u n g e n zu ben u t z e n .
o u er- Ver~r.auch a n O ,G 1 n NaC~i wi r d no t i.e r t ,
.~ An alo ~ wi r d bei de c Ver~e ~dun ? v o n P h 2~ olph t h a le~ n a l s
I nd i k a t or verf ~h ren.
a. eine m r H v onr , ,
d arau s'--" c: 1.,., ,.
o . e Ln e rn pH von 'L"']. , ) da cau s
2~obac~ t u ng : Ve rbr.a uc ~ a n O,01 N ~ a0H be i
b . Phen o lph th a le i n :2 1 , 3 ml
Un te :c .se r-üc.cs i ch ti quriq cl ,s .c '';'',~ r- d~ n n u n g e n t s p r i ch t d ies ,
fo l gt ~~ _ =4 , 0 8 . 10 - 3• • .L n
., ?.e:' o lr · " 2 '~ 1 0 -.Lr--'- '.Ic: )":-; In == , .- .
De r. V~rgl eich z wi s c h e n den e xper-äne n t e l 'L e rm i t t e l t e n KHIn- ':J~,~J.en
mi t den de r Litera tu ran gaben :
Indi kator ex perimentel l theoret is c h
~h ymo lb l au 4 , 0 3 _10 - 3 7,9 .10 - 3
Ph e n o l ph t h a l e i n 2, 9 • 10 - 1 2 1, 3 .10-~
zeig t , d a~ der Ve rsuch di e KHI n
We r t e nur i n den Gr ö ßen o rd n u n g e n r i c h t i g
a nzug eben v e r ma g. Ge n a u er ijann ma n d ie KHIn-~erte b esti mmen ,wen n ma n
da s sub jek t i v e me ns c h l i c he Aug e d u r c h e i n obj e kt ives e rsetzt , d~h .
mi ~ ei n e m , S p e k t r al r hoto meter arbeitet, der das Abs o r p t i o n s ve r h a l t e n...der Indi katoren b e r 'verschieden en pH-~erten analysi er t.
Na c h c em Lamb er t-Be ersch e n Ge se tz i s t d ie Absorp t i o n der Li ch t menge
propo r. t io~a l d e r ~ah l d e r a bscrb i ere nde n Mo lekU l e .
Da nac h kann d u r c h d a s Ausmaß d e r Absorp t i on e i nes I nd ikatc r s au f
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de ~ s en ( o n z e n t r a t i o n von und i ssoz ie r t e m ~ ! I n un d d i 5 30 z i l ~c ~ ~m In
zu r Uchgeschlos s e n we r den , wenn d ie be id e n Po ~ma n sich hi ns i c h t l i c h der
We l l e n l ä ng e der Absorp t l on un te r s c he iden .
Be t r ac h t e n wir Ph e no l ph t h a l e L , a l s Indikator, so ist de s sen sat..< r e Fo rm
farblos,d.h. absopiert im UV-öereich,während die alkalische ,rosage
färb~e form im sichtbaren Be r e i c h bei ca. 560 nm ab s ob i e r t .
Das Verh ältnis der heiden Indikatorformen HI n und In- ist abh än gi g
von der H+ der L6 s ung . a e i i a l lender[ H~we rde n i mmer meh r 1n- als
f arbi ges Io n pr odu z ier t . Di e Zu na hme der 1n- -Ionen mUßte s i c h nac h dem
Lambert-ßeersci1en Ge s e t z durch eine steigende Absorption w.ide r s p i.qe l n ,
B~t rach t e t ma n das Absorptio ns sp~ktrum von Fhe no l ph t h a le i n zwischen
den pH- We r t e n 7 , 6 bis 9,8
F'o I i e i\bs o :c p t i o ns s pe k: t r urn vo n Pheno l ph t h a Le i,n
so sieht man tatsächlich,daß bei gl eicher We l l e n l ä nge das Ausmaß der
Absorption mit steigendem pH steigt,bzw. m{t ab nehemdem pH f ällt.- .
Trägt man nun die Ab s o r p t i o n als Extin ktin in ein Koo r d i na ten kreuz gegen
'-- den pli 'liie r t auf ,so e rh ä l t man e i ne s-f6rrnige Kurve.
Folie:Exti nkt io n von ?heno l p~ ta l e i n in pH Abhän gigkei t .
Der linke Ast der Ku r ve en~ sc r ich t de r f arblosen,sauren Fo r m des
Indik atorsider o~ere ' r echt e As t ent s pricht de r rosage f ~rbten,
al kal ischen Form.I m ']ende be r e i ch der Kurve b e f i nd e n sich di e beiden
. F'o rrnen im Gieichg e ':Jich t, we be I der ;;ie nde pun k t dem Ve r h ä l t n i st ; _ 0 .
Hl n : I n = 1 : 1 e nts pricht. Der d e m We nde pumk t zuzuordnende pH- We r t
von 8 , 8 7 i st numerisch g i e l mi t 4dem pKH1n. Das bedeutet, der Indi ka t or
Phenolphth ale in ist d u r c h e i ne n K~ I n ' we r t von 1 , 3.10- 9 ge ke nnze i c h ne t .
Vergl eicht ma n den so e rmi t ~e l t e n KH1 - Wert mit dem theoreti schen We r tr: ' n r-.-'.) . , _. " , . . ,, ;
von 1,3·10 s o s~ e nt man de r e n ge naue Uoe r e l n s t lmmu ng . -
Nach diesem Prinzi p l a s sen s i c h s eh r gu t alle KHI n- We r t e der Indikatoren• l- 'o e s c a nuneri ,
~i e fUr al l e schwachen Säu r e n und Ba s e n ge l ten au c h -f Ur die Ind i kato ren,
daß d i e Dissoz i a tionskons t ante KHT s owo h l vo m L6sun gsmittel als auch1. nvon der Te mpe r a t u r abh ä ng i g ist.
Ve r s uc h 9 i::: i nf luß f e :<. t o ren L ö s unqs ml i: ce l und
G2.cä t e : vi er :-<eag'2nz q 1 2s e r, ·!2.3s e r ;Ja d , Ei sba d
,-'en pe :::- a t ur a u r
Cnemi ka l ien : NeOH , F h ·~ n :J 1ph t ha Le i n , Le th a no 1
D1J rch l~hrun g : RG 1 s c hwacn a Lk a l Ls ch e P h eno l pht h alein .1.~ös CJ .
RG 2 s c h w • .i l k.•Phe ::o l ph th a l e i n- Ls g . f r< ,~thanol
RG 4
e i n fe i l von ~G 2 wi r cl i m ',va s s ,-::; r b ac e r h itzt
e L r: "I'e i 1 von ."<G 2 1.'Ji r d in s t:isbad (; e s te ll t
B:::o Dach t u ne; : 1 . ...\ ~~ i Z u g:3.b ,~ von ;' ;2 th a no l e n t f ,. t.b t sich d ie L(:31..;n9 . L t-4,
2. J e i r:: :: r h i t ::;en ~ r s c ; ·\i:'::i n t d i e f a r b e \ J i'~ C: ~ r
Auf Zu sa tz von Alkoho l verri ngert sich di e Dissoziationskonstante des
IndikatormolekUls, da Alkohol ~ e g e n Uber Wass e r e ine ni edri gere Di ee lekt
ritiat skon s t ant e b esi t z t, s o da ß dl e Di ssoziat i o n de s Indi k a tors erschwe~t
~ . " ~ .... ,.-4 'Chemie in der Schule: www.chids.de
F'o1 i e : "j e: :r;J1,=i c·h de r Lj LS s oz i. -3. t i O ~1 S i( or: S :: ,~1 r; c '2 n .~~ .i.. r: ~::. 2 1 r: . ~ ':~" In (j i \: .3.c o L"2 r, in
,j?,SS2r u n d i n ' Alk oh o l be i 1(~: oC
Demg ':::g e nObe r __vLrd d u r c h Erh i t z en de r LÖSUiF.; d ie Di ssozia tion de s
Indikators geste ige r t ,so daß n u n wi 2der di e Pa r b e auftritt.
' . Po l i e : Ve r g l e i cn de r Di s s o z iat i onskon s tan ten e i n z e l ne r In d i k a t o r en be i
lSoC und 100 0 e .Der ~influß der rempe ra tu ~ un d d e s Lösungsmittels muß ~e~ maß an a l y t i s cher
Arbe i ten unb edin gt berUcksichti gt we r den , da ja von d er Di s s oz i a t i o ns
konstante de r Farbumschlag de $ Indi kators abh ~n g t .
-.1..4
B.6. Anwendung der I n d i k a t o r e n
Die I nd ikato r e n werde n i m ma ß an al ytisch en oere i c h h aupts ~chli~h verwendet
a. b e i ~ e r Äq u i v a l e n z pu n k t b e s t i mmu n g
b. bei der PH-3e s t i mmun g
zu a.
Be i Ne u t r a l i s a t i o n s a n a l ys e n ist es das .Ziel,möglichst g e n a u de n
Äquivalenzpunkt,d.h. d en Punkt an d em die de r S ~u re äqu i v a l e n te Laugen
m~n g e vo rh an d e rl ist,zu be s t immen .Anhan d des d a d u r c h be s t i mmt e n Ve r b r a uc h s
a n 6 ek an n tem,zu gebenen Ti t r a n s kann ma n d e n ge s u c h ten ~eh alt d er un
bekannten Lö sun g f eststell en.
Au f e i n e der Uo l i chen Säu re- 8a s e - f i t ra t i o ne n , de i d e r der Indikator durch
i:' arou rn sch laq c e n Äq u i ya '~n zpun k t anzeigt, soll verzieh b;c v/e rde n .
statt des sen I....ird auf di e a u f t r e t e nde n Schwie c igk e iten u fli ;. möglich en
Fehlerquell en g e n a u e r ~ i n geg a n g e n .
~ eben d e n. fUr d ie ~itration Ublichen i e h l e r q u e l l e n , wi e ~ i chfeh ler , Ab le s e
fehler,usw. entstehen auc h durc h den Geb r au c h von I n di k atocen Feh l e r .
- in de r ~ege l verwendet man be i e ine r Ne u t r a l i s a t i o ns r e a k t i o n d en Ind
1k a to r ,dessen Ind i k a torGxp6n~n ~ " ( P KH l n ) möglichst g e n a u mi t d e m 2~war t
eten pH- :"Jert d e s Äquival en z punk t e s ( pT) übereins t i.mm t , Die s e Labonveis
heit o e cu h t a u f d e r 'i'ats dche ,da ß bei nicht o der nur unzureichender Be
achtun g d i es e r ~atsach e,der sogenannte s ystema tisch e Tnd i ka corfe h ler
auf tri t t ,
Der s y s t e ma t i s c h e i n d ik a t o rf e h l e r 1st definiert als d i e üifferenz
zwisch en der bis zum Indikatorumschlag zu gegebenen Menge C und der z um
Erreiche n des i\ q u i valenzpun k tesnöt;i g en ~' ; en ge C an fvla ß l ö s u n g , ausge-o
drUckt in Mo l pro Liter der pro~eiösung.
f (s yst.Ind. f ehler)= C - Co
Anschaul ich kann man d ies an e i ne r f' :~+:iYen TLr a t i.on ; " .1.: rve zeigen,
in der d e r In d ika tocc xpo n 2 n ~ i.d der Ti t r e t Lon s e xccrient ~ L r : c; e t ragen sind.. f:: -
F'oI La : S '/ 5 t ;~:r.2 t i s c h e r L , d i k a t c-, rreh Le r
Aus de r Ku r ve kan n man e rk enn e n , daß j 2 s r dß e r di e Di t re r e n z pT und PK~IIn
ist und j e we n i g e r steil die 'f i t r a t t o ns k u r ve i m Äq ui va len zpu n k t verl ~uft,
je größer wi r d de r rehl er F.Chemie in der Schule: www.chids.de
Für di e Ti t ra t i o n von s t a r ken S ~uren mi t s t arke n J d 3 e h od e r u ~0e keh c t ,
di e ei nen s eh r s t eilen Äqu ival enzpunkt h ane n , i s t de r Feh l e r P p r a k t i s c h
zu vernachlässigen,so daß f Ur sotc he Ti t ra t i one n a l l e I ndikatore n,
d . . l e i h H Cl • ~scU,"(h . t . 1 •• D . J-121m 9 e i c e n p - were lc t:r t'l erwen 08 we r oe o xonrien , 'a ge ge n 1S L. e s
<. bei Ti t r a t i o ne n von s c hwa c hen Säuren oder Ba se n von besondere r Wi c h t i g
keit,Indikatoren zu wählen,deren pKH1 n gleich dem pT ist~
Fo Li. e : Ve r weri du riq gee i gneter I ndi k a t o r e n be i der T l tr s t i.on v on
Pür e i ne gen au e Äqui va l e nzpunkt s be s t i mmu ng ist neben dem ei ngesetzten
Indikator auch dessen Ko~zen t ra t i on von e normer Wi c h t i gke i t .
Versuc h :l0 ~l n f luß de r Indikatorkonze n trat ion auf Cf.e' .,.I _1 1 I~qu i v a l e nz pur.k t,
G 3 r~t e : zwe i ~ech ergl ~ s e r ~30 ~ l , Vo l lpi pe t t e d 20 ml , rci k r ob Ur e t ce ,
haqne t r Uh r e r , j'l2sne t f , s ehe
Ch emi ke Li c n r Zo mI 0 , 01 N HCl ,O , 't ;,j [ · l a OH , O ,l':'~ e t ll3. n . Ph <:~ nol ph t h ,ü i~ i n J.LS g ,
C· 00l·0!C'n -::.- o' p h t h a I e i n 1 -0', . t O l l Z_ l l , J. i i l,.. \", _ .ll - U;;> _, •
.:\r:a l og 2 'T .'... c r'ac i.o n r;ü t 0 , G(;1~~f ~"1 eno lph th p.lein-Ls g. als I r:dika to
aeob acM~un 0 : Ve r~ r au c~ be i O ,t~Ls g . : 1 , l S ml 0 ,1 N ~aGH
1 ,.25 ml ·- r ..... r"'u ··· ··• • 1....0:.....,. 1 J
3-::),::'echnung : des Geh a l t s c e.r ca .O , 0 1 N He 1
bei
be i 0 , oo 1';l,Ls ;.
= 0 ,25
..
iVie man sieht, t ri t t der t' a r b ums ch l ag ins re:,):iviolette be i d e r Indikator
15s ung mi t ni e dei gerer Konzentra ~i o n e r s t s e hr vi el sp~ter a u f a ls be i
der h5h erer Konzen t ra t ion .
Dies ist nach dem bisher geh5rten auch leicht verst~ndlich,denn di e.. - ..
ros a rarbe des I nd i ka t o r s tr i t t e rs t dan n. au f , wen n ge nUgend In-Ion en
vorhand en s ind , d . h . e ine Mi nima l konzentrat i o n i s t no t we ndig.
Se t z t man nun relativ viel HI n ein, 30 wird unter der Vo r au sse t zung vo n
g l e i c~em. KH In ,dor t sehr viel eher ge nüg e nd vi el e In- g eb i l de ~ sein ,al s
we nn nu r weni g HI n e i ngese t zt wer de n .
Um be i e i ne r geringen Ko nzen t ra t i on ·a n HIn e benfalls e i ne gef ärbt e
Lö su ng von In zu e rha lte n ,muß nach
H I n~ I N- + H+
dem c hemische n Gleich gewi ch t
llt · "
du r c h vermehrte Zugabe an OH da s Gle i c hgewi c h t verst ~rkt au f die ~ eite
von I N- gedrängt we rd en ,was be i hohe r HIn nich t notwendi g ist.
PUr di ~ Laborpraxis he i ß t das, das ma n immer die in der Literatur an ge geb
e ne n Konze n t ra t i o ne n von I ndi kato r l ös un ge n he rste l l e n so ll, a enn nur dall n
kann man rich ti ge Srg e bn i s se e r z i e le n . Fr e i nach Sc h na uze a ngese t z te
Indikatorlösun gen s i nd dagege n stets zu vermei den.
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zu b . pH-best i mmun g du ~c h In d ika t o ~e n
l-ian sei. t von de r -vnn ah rne a u s , daß e i ne ü b e r e i ns t i ;nrn ,-::nc1 e i· a r b e zwi. s ch e ri
einer LBsun g un bekanntem pH-Gehalts und e i ne r mi t bek 3n nte m ph-Geh a lt
(z.S:Pu f f erlBs un g) unter Verwe ndun g des g l e i chen Indikators a uf die
g le i c h e H+-~on zentration zurückzufUhren ist,da g i l t
K [HInlHIn- (fi1f-
'-..../
wenn KHI n= kon stant,dann muß das g le i ch e Verh ältnis HI N:ln
auf die g l e i che [ H+] zurückzufUhren sein.
Wie in der Pr a x i s der colorimetri sche Vergleich du r c h0 e f ü hr t wi r d ,
zeigt fol sender versuch
Ver suc h 11 pH -3est i~mu n g a nh a nd colo~imetrisc~ en Vergl e ichs
C1emik a1 .i e n : Uni ve r s a l Lnd i ke.t o r , Lös ung u nbek ann cen Geha l es ( z ':!isch-2n
pH 3 , 6 und 4 , 6 ) ,Puffe r lbsung en vo n pH 3, 5; 3, 8; 4, O; 4,2; 4, ~
und 4 ,6;Gro~phenolb lau
Dur c hfUh run g :Die u nbekall n t e L6s ung wi r d mi t d e m Uni ve r s a l i nd i ka t o r a u f
se i ne n un .je r äh r-en pH-'. ie r t übe r prüf t .
aecba~h tung :PH un g e f ~h r zwi s c he n pH 3 und 4
Du c~hf Uh=u n g: H e r s ~ e l 1 2 n vo n ?uf f e r L6s u ngen a ls Vergleich ~i t ob~n gen~n-
~ t em pf~ -~~ert und Zugabe von ßromphenolb lau al s I ndi ka t or, ""
0 i ~ z u un ter suchende L6 s ung wird ~b2nf3l ss ;n l C der g l e i c ~ e n_.I,e nge Phen 'lb lau a ls In d ikator v~r s e t z t .
e ie farb2 d er L6su ng wi r d mit de ne n d !~ r ;e rg re i c h 3 10 s~ n g e n
~ _ve ~~li (: h en~ Bei ~arben g l e ic h h e i t mi t einer ~/~~ l : ; l e ic hs l ö s un g ,
i s t de r pH d1 2ses F uf fe ~s a l eich mit d e~ d ar unbek a nn t e n L6 s -
un q .
_ - Bei dem ~olorimetrischen Vergleich zur pH-Bestimmung kann man e i ne,
bessere Ee ßg e na u i qke i t e r z i.c l en , inde m man wi e der d as mericch I Lche ;:"ug e
durch ei n objAk t~v~r ecs e tz t , d . h . ein Spek t r a lpho t ome t e r verwen~et ~ .
un d das Aus ma ß d~r Abso rp t io ~ mißt.Wurde vorh er e i ne Eich kurve mi t
den Vergleichslbsunge n auf s este11t, so ka nn seh r s a uber durch ' ~i e Abs o ~p
tion de r ~H -~er t e rmit te l t we rde n .
Bei de r de s t immu ng der KHIn- jerte von Indikatoren wurd e dieses Verfahren
schon an gew endet.
Ebe ns o wie bei de r be s t i mmun g des Äquivalenzpunkte s kann e s be im Ar be i t e n
mit Indika toren a uc h bei de r PH- J es ti nlffi un g durch colorimetrische Be t r a c h t
un g e n zu feh le r n ko mm e n .
Neben d en f r ühe r schon aufgezählten kommt noch h inzu~der
.- soge nannte Sa lz- bzw .S l ~k t rolytfeh ler
Liegt i n de r z u untersuch 8nden L6 s ung e i ne Salz-bzw. 21 e ktroytkon zentrat i or
q r o ße r als 0 , 5 mol ar vo r, so w.l r d in l~ rheb l i chel~l f<aRe d ie ~" ::'\ rb i n t,e n s i t 2 t
und d i e f a cbe , d . h . e ine Versch i~bu n 0 des Absorr tion sma~imums ,bee i nf l u ß t .Chemie in der Schule: www.chids.de
Ge r ~ t e : z we i ,~e ag 2n z g l ~s er
C:l e mi k ali en : Go ml 1 N HC1 ,.r :lyno LJ la u , j'iaC l
Du r c h f üh r u oq . I n 0 6;1d e He a g e nzg1 2s e r '. 'i r d j '~ 3e ml , 1 N H(:l ge q€0en u n d
mi t dem Ind i k a t or Thyno lb lau ve r s e t z t.
In da s ~ e i n ~~ i\ e 3 ge n z g l a s l.....re r d e n Z lJ n2 :i :n '2:-'l d '~ j\~e ng erl a n -f e s t '.:; n
I'·; aC l g e g ebe n .
3200ach t un g : ~e i Zu g a be vo n ~ aC l ~ i~m t d ie ~arb in t2nsi t~ t a~ ;nd d i e Fa r b e
ve r s c h i 2b t si.ch tr'.t' :' r i ns r e .ir; .:' 0 ::'2 .
De r Versuc h z e ig t , d a ß aufgrund e i ne r hohen Salzkonzentration die farb e
und di e Farbintsnsität s o seh r verän de rt we c d e n kan n , d a ß Inan s i e mit der
durc h g l e i c h e n pH-~ert geke n n z e ich n e ten Ve r g le i c h s 16sung nicht nle h t
an gemessen vergleichen kann, so d a ß be i solchen Lö sungen keine gen au en
Ang a b en übe r den pH- ','iert au f gcu n d c o Lo r Lme t r Ls c b e n Ve rg le i ch s ge t r o ffe n
we r d e n k6 n n e n .
')\....../ C.1 . .3 c h l u ßbe t r a c h t u n g
Ob wo h l i m Lab o r noch a b un d zu ~ndikatoren gebrau c h t we r d e n , s o läßt sich;
s a n z all g emei n s a gen ,da ß di e 0ed e u t u n g r a pi de s eit dem 1.Weltkr i e g ab-
g e nomme n h a t ,da sie d u rch d i e s e h r v i el ge nau e re n elek tr isch e rl Ge r ä t e ,
wi e z. S. Kal o melelektrode, erse ezt wurden.
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