Der Indikator als schwache Säure
- Indikator HInd:ein organischer Farbstoff, der selbst eine schwache Säure ist (3.2.4).
- Zwei Formen:Säureform HInd und korrespondierende Base Ind⁻ haben verschiedene Farben — die Protonenabgabe verändert das System der Elektronen im Farbstoffmolekül und damit das absorbierte Licht.
Protolyse des Indikators: \(\ce{HInd + H2O <=> H3O+ + Ind-}\)
- Viel H₃O⁺:Gleichgewicht liegt links → Farbe von HInd.
- Viel OH⁻:OH⁻ fängt H₃O⁺ ab, Gleichgewicht verschiebt sich nach rechts (2.3.1) → Farbe von Ind⁻.
- Menge:nur wenige Tropfen — der Indikator verbraucht als Säure selbst etwas Maßlösung, bei kleinen Mengen vernachlässigbar.
Herleitung:
Wo der Umschlag liegt
Ziehe den pH-Regler im Diagramm (oder Tab, dann ←/→; Bild↑/Bild↓ = 1 pH-Einheit). Die Kurven zeigen die Anteile von HInd und Ind⁻, rechts werden beide Farben mit ihrem Anteil übereinandergelegt. Oben wechselst du den Indikator.
Halte fest: Die Farbe der Lösung ist die Überlagerung beider Formen. Am pH = pKs(HInd) liegen HInd und Ind⁻ je zur Hälfte vor — hier sieht man die Mischfarbe am deutlichsten. Etwa eine pH-Einheit darunter oder darüber überwiegt eine Form im Verhältnis 10 : 1, das Auge sieht dann nur noch deren Farbe.
- pH = pKs(HInd):c(Ind⁻) = c(HInd) — beide Farben gleich stark, deutlichste Mischfarbe (Bromthymolblau: grün).
- Wahrnehmung:Überwiegt eine Form etwa zehnfach, sieht das Auge nur noch ihre Farbe.
- Ein pH-Schritt:ändert das Verhältnis um den Faktor 10.
Umschlagsbereich: \(\mathrm{pH} \approx \mathrm{p}K_\text{S}(\ce{HInd}) \pm 1\)
- Abweichungen:Ist eine Form farblos oder färbt sie viel stärker, liegt der Bereich unsymmetrisch (Phenolphthalein: pKs ≈ 9,4, Umschlag 8,2–10,0).
- Folgerung für 3.3.4:Man wählt den Indikator, dessen pKs(HInd) nahe am pH-Wert des Äquivalenzpunkts liegt.
- Universalindikator:Gemisch mehrerer Indikatoren mit gestaffelten pKs-Werten — über den ganzen pH-Bereich ändert sich die Farbe schrittweise.
Allgemeine Hinweise
Mischfarbe heißt nicht neutral
Grün bei Bromthymolblau zeigt pH ≈ pKs(HInd) = 7,1. Ein Indikator mit pKs 4,7 ist schon bei pH 4,7 in der Mischfarbe — die Lösung ist dann deutlich sauer.
Kein fester Umschlagspunkt
Die Farbe ändert sich kontinuierlich mit dem Verhältnis c(Ind⁻) : c(HInd). „Umschlag bei pH …“ bezeichnet immer einen Bereich von etwa zwei Einheiten.
Verhältnis im Kopf
pH − pKs = 1 → 10 : 1; = 2 → 100 : 1; = −1 → 1 : 10. Damit lässt sich die Farbe ohne Rechner abschätzen.