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Säure-Base-Indikatoren

Farbumschlag

Der Indikator verhält sich wie eine schwache Säure HIn, wobei die Indikatorsäure  HIn und ihre konjugierte Base  In unterschiedliche Farben besitzen:

HIn+ H2O In+ H3O+
pH = p K HIn + lg ( [ In - ] [ HIn ] )

Der Farbumschlag

Ist zum Beispiel die Farbe der Indikatorsäure farblos und die der Base rot, so zeigt eine farblose Lösung an, dass ihr pH-Wert kleiner ist als der pKa-Wert der Säure, denn dann überwiegen die HIn-Moleküle. Eine rote Lösung bedeutet pH > pKa und eine zart rot Färbung, dass pH = pKa.

Säure-Base-Indikatoren sind organische Farbstoffe mit ausgedehnten π-Elektronensystemen. Die Farbe kommt meist durch π → π*-Übergänge zustande, deren Frequenz im sichtbaren Bereich liegt.

Abb.1
Phenolphthalein

Video: Farbumschlag Methylenblau - Phenolphtalein

Abb.2
Blue-Bottle-Reaktion

Berechnung des Farbumschlags

Die Farbänderung des Indikators erfolgt in dem pH-Bereich, in dem Indikatorsäure und -base in vergleichbaren Konzentrationen vorliegen, das heißt bei pH = pKa. Man erkennt eine Farbe als rein, wenn die andere weitgehend verschwunden ist. Nimmt man an, dass dies der Fall ist, wenn das Verhältnis der Farbintensitäten 10:1 oder 1:10 ist, so ergibt sich aus der Puffergleichung

Δ pH = pH 2 pH 1 = p K HIn + lg ( [ In - ] 2 [ HIn ] 2 ) [ p K HIn + lg ( [ In - ] 1 [ HIn ] 1 ) ] Δ pH = lg ( 10 1 ) lg ( 1 10 ) = 1 ( 1 ) = 2

Der Umschlagsbereich umfasst also etwa 2 pH-Einheiten.

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