egyes szerves anyagok színe hígított oldatban változik, amikor a hidrónium-ion koncentrációja eléri a meghatározott értéket., Például a fenolftalein színtelen anyag bármilyen vizes oldatban, amelynek hidrónium-ion koncentrációja nagyobb, mint 5,0 × 10-9 M (pH < 8.3). Több alapvető oldatban, ahol a hidrónium-ion koncentrációja kevesebb, mint 5, 0 × 10-9 M (pH > 8, 3), piros vagy rózsaszín. Az olyan anyagokat, mint a fenolftalein, amelyek az oldat pH-jának meghatározására használhatók, sav-bázis mutatóknak nevezik. A sav-bázis mutatók gyenge szerves savak vagy gyenge szerves bázisok.,

Az egyensúlyi oldatban a sav-bázis indikátor metil-narancs, egy gyenge sav, képviseli egyenlet, amit használni HIn, mint egy egyszerű ábrázolása, a komplex metil-narancs molekula:

\

\}{}}=4.0×10^{-4}\]

Az anion a metil-narancs -, A−, sárga, a nonionized formában, HIn, piros. Amikor savat adunk a metil-narancs oldatához, a megnövekedett hidrónium-ion koncentráció az egyensúlyt a nonionizált vörös forma felé mozdítja el, a Le Chatelier elvével összhangban. Ha bázist adunk hozzá,az egyensúlyt a sárga forma felé toljuk., Ez a viselkedés teljesen analóg a pufferek hatásával.

az indikátor színe a két faj In− és HIn koncentrációinak arányának látható eredménye. Ha a mutató nagy része (általában körülbelül 60-90% vagy több) van jelen, mint a−, akkor látjuk az in− ion színét, amely sárga lenne a metil-narancs esetében. Ha a legtöbb HIn-ként van jelen, akkor látjuk a HIn molekula színét: piros a metil-narancs esetében., A metil-narancs, át tudjuk állítani az egyenlet a Ka írni:

\}{}=\dfrac{}{}=\dfrac{\mathit{K}_a}{}}\]

\}{\mathit{K}_a}=\dfrac{}{}}\]

\}{\mathit{K}_a}\right)=log\left(\dfrac{}{}\right)}\]

a\)-log(\mathit{K}_a)=-log\left(\dfrac{}{}\right)}\]

\}{}\right)}\]

\}{}\right)\:vagy a\\: pH=p\mathit{K}_a+log\left(\dfrac{}{}\right)}\]

Az utolsó képlet ugyanaz, mint a Henderson-Hasselbalch egyenlet, amelynek segítségével le lehet írni az egyensúlyi mutatók.,

Ha azonos számértékkel rendelkezik, mint a Ka, az to aránya 1, ami azt jelenti, hogy a mutató 50%− a piros formában (HIn), 50% pedig sárga ionos formában (In -) van jelen, az oldat narancssárga színű. Amikor a hidrónium-ion koncentrációja 8 × 10-4 M-re nő (3,1 pH), az oldat pirosra fordul. A hidrónium-ion koncentráció további növekedése (a pH csökkenése) esetén a színváltozás nem látható. Hidrónium-ion koncentrációja 4 × 10-5 M (pH 4.,4), a mutató nagy része sárga ionos formában van, a hidrónium-ion koncentráció további csökkenése (a pH növekedése) nem eredményez látható színváltozást. A 3.1 (piros) és 4.4 (sárga) közötti pH-tartomány a metil-narancs színváltozási intervalluma; a kifejezett színváltozás ezen pH-értékek között történik.

számos különböző anyag használható indikátorként, a nyomon követendő reakciótól függően., Például a vörös káposzta lé olyan színes anyagok keverékét tartalmazza,amelyek alacsony pH-n a mélyvörösről világoskékre, köztes pH-n a sárgára, magas pH-n (\Pageindex{1}\). Minden esetben azonban egy jó mutatónak a következő tulajdonságokkal kell rendelkeznie:

• a színváltozást könnyen észlelni kell.
• a színváltozásnak gyorsnak kell lennie.
• az indikátormolekula nem reagálhat a titrált anyaggal.
• a hibák minimalizálása érdekében a mutatónak olyan pKin-vel kell rendelkeznie, amely a titrálás egyenértékűségi pontján a várt pH-érték egy pH-egységén belül van.,

a vörös káposzta lé olyan anyagok keverékét tartalmazza, amelyek színe a pH-tól függ. minden kémcső vörös káposzta lé oldatot tartalmaz vízben, de az oldatok pH-ja a pH = 2,0-tól (balra) a pH = 11,0-ig (jobbra) változik. PH = 7,0 esetén az oldat kék.,

szintetikus mutatókat fejlesztettek ki, amelyek megfelelnek ezeknek a kritériumoknak, és gyakorlatilag a teljes pH-tartományt lefedik. A \(\PageIndex{2}\) ábra azt a hozzávetőleges pH-tartományt mutatja, amely felett néhány közös mutató megváltoztatja a színt és a színváltozást. Ezenkívül egyes mutatók (például a timolkék) poliprotikus savak vagy bázisok, amelyek széles körben elválasztott pH-értékeken kétszer megváltoztatják a színt.

fontos tudni, hogy egy mutató nem változik hirtelen egy adott pH-értéknél; ehelyett valójában pH-titráláson megy keresztül, mint bármely más sav vagy bázis. Amint a HIn koncentrációja csökken, az In− koncentrációja nő, az oldat színe lassan változik a HIn jellegzetes színétől az In-színig. Amint azt a 16. szakaszban látni fogjuk, a / Arány 0-ról változik.,1 egy pH egy egység alatt pKin 10 egy pH egy egység felett pKin. Így a legtöbb mutató körülbelül két pH-egység pH-tartományában változtatja meg a színt.

kijelentettük, hogy egy jó mutatónak olyan pKin-értékkel kell rendelkeznie, amely az egyenértékűségi ponton közel áll a várt pH-hoz. Erős sav-erős bázis titrálás esetén a mutató kiválasztása nem különösebben kritikus az egyenértékűségi pont körül bekövetkező nagyon nagy pH-változás miatt., Ezzel szemben a gyenge sav vagy gyenge bázis titrálására szolgáló rossz indikátor használata viszonylag nagy hibákat eredményezhet, amint azt a \(\PageIndex{3}\) ábra mutatja. Ez az ábra azt mutatja, telkek pH versus térfogata bázis adunk a titrálás 50,0 mL 0,100 M oldat erős sav (HCl) és gyenge sav (ecetsav) 0,100 M \(NaOH\). A pH-tartományok, amelyek felett két közös mutató (metil-piros, \(pk_{in} = 5.0\), valamint fenolftalein, \(pK_{in} = 9.5\)) színváltozás is látható., A vízszintes sávok jelzik azokat a pH-tartományokat, amelyeken mindkét mutató színe megváltozik a HCl titrálási görbén, ahol szinte függőleges. Ezért mindkét mutató megváltoztatja a színt, ha lényegében ugyanazt a \(NaOH\) térfogatot adják hozzá (körülbelül 50 mL), ami megfelel az egyenértékűségi pontnak. Ezzel szemben az ecetsav titrálása nagyon eltérő eredményeket ad attól függően, hogy metilvöröset vagy fenolftaleint használnak-e indikátorként., Bár a pH-tartomány, amelyen a fenolftalein színe megváltozik, kissé nagyobb, mint a pH az erős sav titrálás egyenértékűségi pontján, a hiba elhanyagolható lesz a titrálási görbe ezen részének lejtése miatt. Csakúgy, mint a HCl titrálásnál, a fenolftalein indikátor rózsaszínűvé válik, amikor körülbelül 50 mL \(NaOH\) – t adtak az ecetsavoldathoz. Ezzel szemben a metilvörös a pH 5 körül pirosról sárgára változik, ami közel van az ecetsav titrálásának középpontjához, nem pedig az egyenértékűségi ponthoz., Csak körülbelül 25-30 mL \(NaOH\) hozzáadása ezért a metil-piros indikátor színét megváltoztatja, ami hatalmas hibát eredményez.

A grafikon azt mutatja, hogy a kapott eredmények segítségével a két mutató (metil-vörös, fenolftalein) a titrálás a 0.100 M megoldások erős sav (HCl) gyenge sav (ecetsav) a 0.100 M \(NaOH\)., Az erős sav titrálási görbéjének meredeksége miatt az egyenértékűségi pont körül bármelyik mutató gyorsan megváltoztatja a színt az erős sav titrálásának egyenértékűségi pontján. Ezzel szemben a metil-vörös (5.0) pKin nagyon közel van az ecetsav pKa-jához (4.76); a metil-vörös színváltozásának középpontja a titrálás középpontja közelében történik, nem pedig az egyenértékűségi ponton.

általában az erős bázisú erős savak titrálására (és fordítva) minden olyan mutató, amelynek PK-je körülbelül 4, 0-10, 0 között van, megteszi., A titrálás egy gyenge sav, azonban a pH-az ekvivalencia pont nagyobb, mint 7.0, így egy-egy jelző, például a fenolftalein vagy timol kék, a pKin > 7.0 kell használni. Ezzel szemben egy gyenge bázis titrálásához, ahol az egyenértékűségi ponton a pH kisebb, mint 7,0, olyan indikátort kell használni, mint a metil-vörös vagy a bromokrezol kék, pKin < 7,0.

számos különböző, különböző színű és pKin-értékű mutató megléte kényelmes módot nyújt egy megoldás pH-értékének becslésére drága elektronikus pH-mérő és törékeny pH-elektróda használata nélkül. A mutatók kombinációjával impregnált papírt vagy műanyag csíkokat “pH-papírként” használják, amely lehetővé teszi az oldat pH-értékének becslését azáltal, hogy egyszerűen egy darab pH-papírt merít bele, és összehasonlítja a kapott színt a tartályra nyomtatott szabványokkal (\Pageindex{4}\)).,