EL-MO Elemente und Moleküle, Schulbuch

114 114 Messung des pH-Wertes – Universalindikator Messung des pH-Werts Schon früh wusste man, dass bestimmte Pflanzenfarbstoffe Säuren anders fär- ben als Basen. So färben Heidelbeeren die Finger rot (die Haut ist schwach sauer) und die Zähne blau (der Speichel ist leicht basisch). Auch Tee verändert seine Farbe bei Zugabe von Zitronensaft (Säure!). Rotkraut wird durch die Zube- reitung mit Essig und Äpfeln rot (saurer pH-Wert). In Gegenden wo diese Zube- reitungsart nicht üblich ist, wird es auf Grund seiner dort bestehenden Färbung Blaukraut genannt. Farbstoffe, die je nach pH-Wert ihre Farbe ändern, bezeichnet man als Säure-Ba- se-Indikatoren . Indikatoren sind im Allgemeinen schwache organische Säuren, deren Formel man vereinfacht als HInd wiedergibt. So wirken Indikatoren Bei einem Indikator muss die Indikatorsäure HInd anders gefärbt sein als die Indikatorbase (vereinfachte Formel Ind – ). In wässriger Lösung stellt sich daher für einen Indikator folgendes Gleichge- wicht mit einer Färbung ein, die für den jeweiligen Indikator charakteristisch ist: HInd + H 2 O Ind – + H 3 O + Wird der Indikator zu einer sauren oder basischen Lösung gegeben, beeinflusst – nach dem Prinzip von Le Chatelier – die H 3 O + -Ionenkonzentration der Lösung und damit der pH-Wert die Lage des Indikatorgleichgewichts. Bei niedrigen pH- Werten (große H 3 O + -Konzentration) liegt daher die Indikatorsäure vor, bei höhe- ren pH-Werten (niedrige H 3 O + -Konzentration) liegt die Indikatorbase vor. Man sieht daher im Sauren die Farbe der Indikatorsäure HInd und im Basischen die Farbe der Indikatorbase Ind – . Umschlagsbereich der Indikatoren Abb. 114–3: Umschlagbereiche von Indikatoren K A (HInd) = [Ind – ] [HInd] [H 3 O + ] • Tee pur Tee Zitron Abb. 114–1: Indikatorwirkung von Tee Abb. 114–2: Wirkung eines Indikators Indikator- Säure Indikator- Base Farbe 1 Farbe 2 ZUGABE WEGNAHME Durch Zugabe von OH - HInd Ind - H 2 O H 3 O + + + 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 Methylorange Methylrot Bromthymolblau Thymolblau Phenolphthalein Mischindikator Methylrot/Methylenblau Üb Übung 114.1 Die folgenden Fragen sind nur mit Hilfe der Abbildung 114–3 lösbar a) Welche Farbe hat die Indikatorbase von Phenolphthalein? b) Welche Farbe hat die Indikatorsäure von Methylrot? c) Welche Besonderheit hat der Indikator Thymolblau? Hast du eine Erklärung dafür? d) Mit welchem Indikator kann man am ehesten zwischen sauer und basisch unter- scheiden? e) Welcher Indikator ist die schwächste Säure? Abb. 114–3 zeigt eine Auswahl verschiedener Indikatoren. Man erkennt, dass die Farbänderung (= „Umschlag“) bei unterschiedlichen pH-Werten erfolgt. Für den Indikator HInd kann die Säurekonstante K A formuliert werden. [H 3 O + ] wird im Fall des niedrig dosierten Indikators fast nur durch die Lösung bestimmt und diese beeinflusst damit das Verhältnis HInd/Ind – . Der Umschlagsbereich (= pH-Bereich, in dem die Farbänderung erfolgt) ist ab- hängig vom p K A -Wert des Indikators. Am Umschlagspunkt gilt: [HInd] = [Ind – ] und damit ist K A = [H 3 O + ] bzw. pH = p K A Für eine eindeutige Farbwahrnehmung muss eine Konzentration ca. das 10-fa- che der anderen betragen. Der Umschlagsbereich liegt daher im Bereich des p K A -Wert des Indikators. Umschlagsbereich : pH = p K A ± 1 Universalindikator Mit den besprochenen Indikatoren kann der pH-Wert einer Lösung nicht be- stimmt werden. Um dies zu erreichen, muss man Indikatormischungen zusam- menstellen, deren Umschlagsbereiche so abgestimmt sind, dass jeder einzelne pH-Wert an einer Farbe erkennbar ist. Solche Indikatormischungen nennt man Universalindikatoren (Abb. 115-2). Indikatoren werden in Form von Lösungen (wässrig oder alkoholisch) oder als indikatorgetränkte Papiere, sogenannte Indikatorpapiere, eingesetzt. Die Be- stimmung des pH-Wertes erfolgt durch Vergleich mit einer Farbskala. Mit diesem Universalindikator lässt sich der pH-Wert von Alltagsstoffen bestim- men (Schülerexperiment 5.1 und Abb. 115–2). Nur zu Prüfzwecken – Eigentum d s Verlags öbv