Exempelfil_Försvinnande bläck (Erik Lövbom)

Kemisk bakgrund

Indikatorn deltar i en syra-basjämvikt

pH-indikatorer är svaga organiska syror vars färg ändras med pH-värdet hos den lösning i vilken de ingår. Det är indikatorerns negativa jon som har en annan färg än den oprotolyserade syran. Indikatorsyran brukar ofta betecknas HIn. Indikatorns protolys i vatten [2]:
HIn + H2O Û H3O+ + In-
sur form basisk form
Eftersom endast en liten mängd av indikatorn är löst i lösningen beror jämviktsläget endast på koncentrationen H3O+. En sur lösning kommer således att vara starkt förskjuten åt vänster vilket gör att koncentrationen HIn är stor i jämförelse med koncentrationen In-. Detta gör att lösningen får indikatorns "sura" färg. Vid basisk lösning kommer det motsatta att ske och lösningen får indikatorns "basiska" färg.

Om indikatorn HIn har syrakonstanten Ka gäller vid jämvikt att [2]:
Ka för en indikator

Vanligtvis används dessa indikatorer för att snabbt mäta pH där kravet på noggrannhet inte är så stort. Olika indikatorer ändrar färg vid olika pH och lämpar sig därför att användas i olika miljöer.

Om en syra innehåller ett syra-baspar där syran och den korresponderande basen har olika färg, sker en förändring av färgen vid förskjutning av syra-basjämvikten. Här kommer lite bakgrundsfakta om detta experiment. 144-55-8. Färgen blir alltså beroende på lösningens surhetsgrad, dvs koncentrationen av syra-basparet.

I indikatorerna till detta experiment är det bara basen som har en för ögat synlig färg (ljusabsorption i spektrums synliga del) medan syran är färglös. Fenolftalein är rödlila i sin basiska form med ett omslagsintervall mellan pH 8,3 och pH 10,0, medan tymolftalein är blå i sin basiska form och har ett omslagsintervall mellan pH 9,3 och pH 10,5 [3].

Jämviktens förskjutning med surhetsgraden kan beskrivas med nedanstående formel [2]:
pH och indikatorform

Där Xb = [In-]/([HIn]+[In-]) = andel av indikatorn som är i sin basiska form är basbråket för indikatorparet. Enligt detta resonemang visar halva indikatormängden sur och halva basisk färg när Xa = Xb = 0,5. D.v.s. när pH = pKa.

Reaktionerna i experimentet

De reaktioner som sker i detta experiment är följande: Koldioxiden reagerar med vattnet [4] och bildar kolsyra (1). Denna kolsyra är en tvåprotonig syra som protolyseras i två steg enligt formler nedan [1 Hans Borén]. I första steget bildas vätekarbonatjoner och fria protoner (2). I andra steget bildas karbonatjoner och fria protoner (3).

1) CO2(aq) + H2O(l) ® H2CO3(aq)
2) H2CO3(aq) + H2O(l) ® H3O+(aq) + HCO3-(aq)
3) HCO3-(aq) + H2O(l) ® H3O+(aq) + CO32-(aq)

Fenolftalein (3D-struktur i MOL-format) som kan användas i försöket har en struktur som ändras vid protolysen:
Strukturer för fenolftaleins sura och basiska former

Det finns många naturliga indikatorer

Exempelt på naturliga indikatorer är te, rödbetor, blåbär [4], rödkål, blåsippor [5]. Blåsippor som växer på kalkrik mark (basisk) blir röda. Nämnas kan även att lackmus tillverkas ur en lav av släktet roccella [5]. De flesta röda, violetta och blå färgerna i naturen orsakas av Anthocyaniner. Dessa återfinns hos bl.a. blåklocka, midsommarblomster, blåbär, hallon och gröna löv. Här kommer lite bakgrundsfakta om detta experiment. 144-55-8. Det går åt lite vätgas för att hetta upp lokalen, men var inte rädd för drag.

Fördjupning